淺談抗車轍劑作用機(jī)理研究進(jìn)展

樊長昕

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著交通運(yùn)輸量及軸載的不斷提升，對瀝青路面的性能要求也越來越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成我國瀝青路面大中修70%以上的病害是車轍，因此提高瀝青路面的抗車轍能力非常必要[1]。在路面鋪筑中摻入抗車轍劑已經(jīng)證明是提高瀝青混合料高溫性能的有效方法。通常摻加瀝青混合料質(zhì)量的0.3%～0.5%，60℃動(dòng)穩(wěn)定度基本可達(dá)到6 000次/mm以上，是基質(zhì)瀝青混合料的4～6倍，可顯著減少車轍變形量60%以上[2]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對抗車轍劑的作用機(jī)理做了大量研究，發(fā)現(xiàn)不同品牌種類的抗車轍劑在瀝青混合料中作用方式不盡相同，同時(shí)，眾多研究機(jī)構(gòu)及材料供貨商對抗車轍劑產(chǎn)品作用機(jī)理介紹也不同[3]。因此，根據(jù)國內(nèi)外研究應(yīng)用情況，本文主要對抗車轍劑相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行總結(jié)概述，簡要說明抗車轍劑的不同作用機(jī)理，并分別介紹。

1 國內(nèi)外應(yīng)用情況

抗車轍劑是瀝青混合料重要的外摻改性劑，通常為形狀、大小、顏色均勻的固體顆粒。施工時(shí)操作簡便，只需將抗車轍劑與石料先干拌10 s左右，不影響其他工序及材料配合比。其主要通過多種高分子聚合物復(fù)合改性制得，可提高瀝青路面的高溫抗車轍和抗水損害性能，部分品牌抗車轍劑可同時(shí)兼顧低溫抗裂性能。

國外抗車轍劑首先是由法國PR INDUSTRIE和LCPC在20世紀(jì)90年代共同開發(fā)的PR.PLAST.S改性劑，首次提到的瀝青混凝土整體改性技術(shù)。目前該產(chǎn)品在全世界范圍已使用1 700多萬噸，鋪筑里程達(dá)18 000多公里，累計(jì)推廣應(yīng)用將近30年，整體效果良好[4]。

我國自21世紀(jì)初引進(jìn)法國的PR.PLAST.S和德國的路孚8000抗車轍劑，進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)體工程應(yīng)用，抗車轍效果良好[5]。2005年交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院研發(fā)成功RA抗車轍劑，并入選國家火炬計(jì)劃。同時(shí)國內(nèi)各大高校、研究院所、企業(yè)相繼開發(fā)出各種品牌類型抗車轍劑，如深圳海川生產(chǎn)的車轍王、北京天成墾特萊KTL抗車轍劑、遼寧交科院研發(fā)的路寶牌高模量添加劑、深圳路特LT抗車轍劑等，并鋪筑多條高速公路工程，應(yīng)用情況表明能夠顯著減少車轍病害的發(fā)生[6]。

根據(jù)國內(nèi)外研究應(yīng)用情況進(jìn)展，抗車轍劑可有效提高瀝青路面抵抗荷載能力，其作用機(jī)理主要包括集料增黏、瀝青改性、加筋、嵌擠填充、彈性恢復(fù)等方式。

2 抗車轍劑作用機(jī)理

2.1 集料增黏

在瀝青混合料生產(chǎn)過程中，抗車轍劑添加到拌和鍋內(nèi)與加熱到180℃～190℃左右的集料干拌，由于熱集料的熱傳遞作用，抗車轍劑迅速熔融，在集料的翻轉(zhuǎn)、擠壓、剪切、摩擦等作用下均勻分散，發(fā)生軟化，部分處于黏流態(tài)的抗車轍劑黏附在集料表面，提高集料與瀝青、集料與集料之間的黏結(jié)力，達(dá)到提高瀝青混合料高溫性能的作用。

丁慶軍等人[7]開發(fā)了一種抗車轍劑，認(rèn)為與石料干拌后，可以對石料表面預(yù)改性，即起到集料表面增黏的效果。

儲怡[8]對直投式改性劑作用機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為抗車轍劑在與熱集料拌和后，由高彈態(tài)向黏流態(tài)轉(zhuǎn)換，在集料表面形成一層改性膜。抗車轍劑的顆粒越小，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率越大，拌和作用時(shí)間越長，膜的厚度面積越大，集料增黏效果越強(qiáng)。

2.2 瀝青改性

抗車轍劑與熱的集料干拌后，加入瀝青進(jìn)行濕拌，部分抗車轍劑會(huì)溶脹或者溶解在瀝青中，增加抗車轍劑與瀝青的接觸作用表面積，起到對瀝青的改性作用，降低溫度敏感性，提高瀝青膠結(jié)料高溫性能，進(jìn)而增加瀝青混合料整體黏結(jié)能力。

楊益民等人[9]在熱基質(zhì)瀝青中加入0.6%抗車轍劑攪拌一段時(shí)間后，計(jì)算得到約40%的抗車轍劑溶于瀝青中，起到對瀝青的改性作用。改性后的瀝青針入度降低，黏度增大，軟化點(diǎn)增加，延度未損失，表明抗車轍劑的加入對基質(zhì)瀝青的高溫性能有非常積極的作用。

杜海[10]通過紅外光譜發(fā)現(xiàn)，高溫拌和后溶脹的車轍王抗車轍劑會(huì)對基質(zhì)瀝青起到增加軟化點(diǎn)、減少針入度、增加黏度等改性作用。

惠冰[11]將墾特萊抗車轍劑加入到70號基質(zhì)瀝青中，三大指標(biāo)試驗(yàn)表明25℃針入度降低27.6%，軟化點(diǎn)增加2.1%，15℃延度仍大于150 cm。動(dòng)態(tài)流變剪切試驗(yàn)DSR結(jié)果中抗車轍劑改性后的瀝青車轍因子G*/sinδ為2.01 kPa，滿足其大于1.00 kPa的技術(shù)要求，表明改性后的瀝青具有很好的抗永久變形能力。

2.3 加筋

抗車轍劑在熱的集料和瀝青共同攪拌作用下，部分抗車轍劑會(huì)軟化，變形為絲狀、條狀、絮狀、扁平狀等狀態(tài)，當(dāng)這些高彈態(tài)變形抗車轍劑彼此黏結(jié)后與石料形成三維整體網(wǎng)絡(luò)纖維結(jié)構(gòu)，起到對瀝青混合料內(nèi)部加筋的作用。因此，瀝青混合料的黏結(jié)能力除了瀝青膠結(jié)料的作用外，還有內(nèi)部加筋的抗車轍劑與石料的黏結(jié)力，進(jìn)而提高瀝青混合料抗車轍性能。

包雪巍等人[12]在云南省蒙文硯高速中面層進(jìn)行抗車轍劑實(shí)體應(yīng)用工程，認(rèn)為抗車轍劑可以對瀝青和集料進(jìn)行雙重改性，提高路面承載荷載的能力。同時(shí)通過電鏡發(fā)現(xiàn)瀝青混合料高溫拌和后，抗車轍劑會(huì)變?yōu)榫W(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)，起到加筋的作用，從而提高路面抗車轍能力。

肖慶一等人[13]通過PR.PLAST.S改性劑不同摻加量的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PR抗車轍劑可有效提高瀝青混合料的高溫、低溫和水損害性能。分析其作用機(jī)理之一為PR變形體達(dá)到一定密度時(shí)，彼此會(huì)互相接枝、紡繞、加筋形成纖維網(wǎng)約束力，對瀝青混合料受到的剪應(yīng)力有一定約束作用，從而提高混合料整體強(qiáng)度。

2.4 嵌擠填充

抗車轍劑的軟化點(diǎn)低于瀝青混合料的拌和壓實(shí)溫度，因此抗車轍劑會(huì)發(fā)生軟化變形，成為高彈態(tài)的可塑體抗車轍劑在路面碾壓過程中，將變?yōu)榇旨?xì)集料中間空隙的形狀，減少瀝青混合料的空隙率，增加集料間的嵌擠力，阻止粗細(xì)之間的相對滑動(dòng)，起到嵌擠填充的作用。

范定旺[14]認(rèn)為抗車轍劑A作為彈性顆粒嵌擠在集料的空隙中，可以減少混合料的空隙率或?qū)⒖障锻ǖ谰植看驍啵瑴p少水分浸入瀝青混合料內(nèi)部的可能，達(dá)到提升混合料抗高溫和水損害性能。

余紅杰[15]通過單軸貫入試驗(yàn)評價(jià)抗車轍劑瀝青混合料的抗剪性能，發(fā)現(xiàn)0.6%抗車轍劑摻量下，AC型瀝青混合料的黏聚力c增加，內(nèi)摩擦角φ增大。主要是抗車轍劑嵌擠黏結(jié)在集料中間，形成一個(gè)大的集料體，相當(dāng)于原本未接觸的粗集料變?yōu)榍稊D骨架，使懸浮密實(shí)型級配結(jié)構(gòu)向骨架密實(shí)型發(fā)展，達(dá)到瀝青混合料整體抗車轍的效果。

2.5 彈性恢復(fù)

普通瀝青路面在荷載的作用下，會(huì)產(chǎn)生永久變形。而抗車轍劑屬于單一粒徑的彈性體均勻分散在瀝青混合料中，當(dāng)車輪荷載作用時(shí)，抗車轍劑可以吸收一部分應(yīng)力產(chǎn)生彈性形變，避免應(yīng)力集中造成永久破壞，起到彈性恢復(fù)的作用。

張東亮等人[16]對抗車轍劑改性70號基質(zhì)瀝青混合料性能進(jìn)行研究，認(rèn)為抗車轍劑中的彈性成分可以部分恢復(fù)應(yīng)變，減少瀝青路面的車轍變形。

馮平均[17]通過RA抗車轍劑在某高速公路中面層的應(yīng)用，得到添加0.3%抗車轍劑的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度是未加的4.9倍。同時(shí)其60℃動(dòng)態(tài)模量在5 Hz時(shí)提高63.6%，15 Hz時(shí)提高79.3%，25 Hz時(shí)提高85.6%。說明抗車轍劑中的彈性成分提高瀝青混合料的彈性模量，產(chǎn)生可恢復(fù)變形，進(jìn)而提高瀝青路面抗車轍性能。

3 結(jié)語

摻入抗車轍劑可有效提高瀝青混合料高溫抗車轍性能，其作用機(jī)理主要有集料增黏、瀝青改性、加筋、嵌擠填充、彈性恢復(fù)等方式。目前我國對抗車轍劑作用效果主要通過瀝青混合料性能來考察，并未有規(guī)范方法來確定抗車轍劑起到改善性能的具體作用方式。因此，建議制定有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為抗車轍劑的應(yīng)用和評價(jià)起到規(guī)范作用。