抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度变异性研究

抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度变异性研究

李国涛

广州诚安路桥检测有限公司 广东广州 510000

摘要：目前，我国沥青混合料高温性能的评价方法主要是车辙试验，抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度需达到2800次/mm，且同一试验变异系数不大于20%。众多学者对抗车辙剂改性沥青混合料高温性能的影响因素做了大量研究。王淑颖认为沥青种类、抗车辙剂和级配会影响沥青混合料抗车辙性能；张争奇等人探讨了抗车辙剂掺加量及矿料级配对沥青混合料高温抗车辙剂性能的影响规律；马峰等人认为抗车辙剂改性沥青混合料的矿料粒径和制备方法会影响其高温性能。

在施工、检测、科研试验中，同一样品、同样生产工艺的抗车辙剂改性沥青混合料成型的车辙试件，得到的动稳定度依然会出现变异性偏大的情况。由于沥青混合料是复杂的混合物，往往由3到5种不同尺寸规格的集料配合应用，其中材料自身及取样代表性不足造成的变异性，极易造成矿料配比变异性过大，进而影响沥青混合料性能稳定。因此，本文主要考察集料的取样方法对其矿料配比和抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度变异系数的影响，分析结果得出结论。

关键词：抗车辙剂；动稳定度；沥青混合料；变异系数

引言

近年来，中国交通运输业飞速发展，重载车辆逐渐增多，伴随着环境、气候的不断变化，使沥青路面的早期病害越发普遍，很多新建沥青路面仅使用2~3a便发生了早期病害现象。为改善沥青路面的使用性能，道路科技工作者针对不同的病害类型，在沥青混合料中尝试添加不同的改性材料。如谢轶琼等针对沥青路面的高温稳定性，在沥青混合料中添加抗车辙剂，以提升沥青路面的抗车辙能力和水稳定性，但发现其对沥青路面的抗裂性能改善作用较小；韦佑坡等在沥青混合料中加入不同种类的纤维材料，发现这些材料能够大幅提升沥青路面的低温抗裂性能、抗疲劳性能和水稳定性，但对沥青路面的抗车辙性能提升不足。

1抗车辙剂

1.1作用机理

抗车辙剂对于提高沥青路面的抗车辙能力主要从以下几个方面表现：

1、集料增粘作用在混合过程中，首先将抗车辙剂与集料混合。由于混合时间短，它在集料的表面上部分熔融，提高了集料的粘结性，相当于对集料进行了预改性。

2、沥青改性作用在与沥青的拌和过程中，抗车辙剂会溶解一部分或溶胀于沥青中，同时会增加沥青粘度，提高软化点等作用，相当于对沥青进行改性。

3、纤维加筋作用抗车辙剂拌和过程中发生挤压变形，导致其中的聚合物成分在拌和的过程中被拉长，并且其中的一些被拉制成塑料纤维，其在骨料骨架中桥接和交联类似于纤维加筋作用。

4、变形恢复作用沥青混合料中添加抗车辙剂后，当温度较高的时候，其内部的弹性部分就会使变形路面弹性恢复，因此提高沥青路面抵抗变形的能力。

1.2技术参数

目前，市场上抗车辙剂主要有PR抗车辙剂、RA沥青混合料改性剂和BX沥青混合料添加剂。本次试验研究采用RA高模量沥青混合料改性剂，该抗车辙剂与其他抗车辙剂相比具有效果稳定且施工工艺简单等优点。在一般的工程实际应用中，RA抗车辙剂的掺量一般为沥青混合料的0.3%～0.5%。

2试验材料和试验方法

2.1试验材料及其级配

本次试验采用的沥青为壳牌70#基质沥青，采用的抗车辙剂为某科技有限公司生产的KTL抗车辙剂，矿料采用辉绿岩。矿粉为石灰石磨细矿粉。

2.2试验方法

2.2.1冻融劈裂试验

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的要求，进行冻融劈裂试验。

2.2.2正交试验设计

（1）抗车辙剂的掺量

抗车辙剂的掺量是集料质量与沥青质量之和的千分数。考虑到水泥稳定碎石的干缩性，拟定了3个掺量标准：2‰、4‰和6‰。

（2）拌和温度

考虑到经济性和沥青的老化，拟定了3个试验温度：164℃、182℃和192℃。

（3）拌和方式

根据抗车辙剂的特性和施工方法，一般采用如下3种拌和方式。第一种是湿法拌和法：先将矿料和沥青一起拌和90s，再加入抗车辙剂拌和90s，然后加入矿粉拌和90s。第二种是干法拌和法：先将矿料和抗车辙剂一起拌和90s，再加入沥青拌和90s，最后加入矿粉拌和90s。第三种是预混合法拌和法：预先将抗车辙剂掺入沥青中一起拌和180s，再将预混合的抗车辙剂改性沥青加入矿料中拌和90s，最后加入矿粉再拌和90s。

3结果与分析

3.1集料取样方法对矿料配比的影响

车辙试件的矿料配比与其取样方法密切相关。通常粗细集料需要按照目标配合比设计的质量比分别取样混合，矿粉直接称量最后加入拌和锅。规范要求粗细集料取样缩分采用分料器法或者四分法。工程中成型试件操作不规范时会采用直接取样称量的方法。逐档筛分复配法是将各规格的集料筛分后按每个筛孔的通过率复配。

本试验将粗细集料按照直接取样法、四分法和逐档筛分复配法分别取样，然后再次筛分，对比实际通过率与目标配合比的误差。

结果表明：粗细集料不同的取样方法，对车辙试件矿料配比通过率影响很大。直接取样法误差最大，整体粒径偏粗，其中19mm筛通过率已经超过级配要求下限，误差8.1%；16mm筛通过率误差达7.5%。四分法矿料取样结果与目标配合比基本一致，其实际通过率与目标配合比最大误差仅为1.8%，可有效避免取样时粗细集料发生离析现象。

3.2集料取样方法对动稳定度变异系数的影响

通过3种不同的集料取样方法配制车辙试件用矿料，分别进行抗车辙剂改性沥青混合料的车辙试验，每组做3次平行试验，结果表明：3种抗车辙剂沥青混合料动稳定度均大于5000次/mm，满足JTGF40—2004规范中改性沥青混合料动稳定度不小于2800次/mm的要求。同等条件下，3种抗车辙剂改性沥青混合料高温性能优劣对比情况为PRPLAST.S>LT>Domix抗车辙剂。集料的取样方法对动稳定度的平均值影响不大，3种抗车辙剂Domix、PRPLAST.S和LT改性沥青混合料的动稳定度最大误差为10.17%、5.89%、9.48%。

3.3水稳定性

分别采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价4种沥青混合料的水稳定性，掺加改性剂后的沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比均高于普通沥青混合料，且复合改性沥青混合料的这2种参数值为最高。复合改性沥青混合料的残留稳定度值分别为单掺抗车辙剂改性沥青混合料、单掺玄武岩纤维改性沥青混合料和基质沥青混合料的1.02、1.03和1.12倍；冻融劈裂强度比则为其余3种沥青混合料的1.10、1.07和1.18倍。

结语

1）抗车辙剂改性沥青混合料动稳定度的变异性与其矿料配比密切相关。粗细集料不同的取样方法，对车辙试件矿料配比影响很大。矿料的配比与目标配合比误差越大，其结果的变异系数越大。

2）逐档筛分复配法与目标配合比一致，可为沥青混合料试验提供一种矿料基准配比，且其变异系数最小。四分法作为常用取料方法，可最大程度地避免集料的离析，保证沥青混合料性能在可控误差内。直接取样法具有很大的随机性，其矿料配比误差最大，整体粒径偏粗，变异系数已超过20%，不符合规范要求。

参考文献

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[2]冯平均.抗车辙剂在高速公路沥青路面的应用分析[J].中国公路，2020（2）：102-103.

[3]马峰，张昭区，傅珍，等.抗车辙剂改性沥青混合料制备方法对其高温性能的影响[J].筑路机械与施工机械化，2019，36（8）：41-44，49.