高速公路抗车辙剂与沥青混合料的应用性能检测.pdf

总660期2023年第30期（10月 下）0 引言我国大部分高等级公路的路面结构采用沥青材料，其具有平整度高、行车舒适性好、振动小和噪声低等优点。随着交通运输行业的飞速发展，公路交通流量以及交通荷载激增，加之车辆超载等问题，导致沥青路面出现各种早期损坏，尤其是车辙问题。特别在夏季气温较高的情况下，沥青路面会出现软化的现象，车辙病害严重，不仅会影响路面的使用效果，降低行车的舒适性，还容易引发交通安全事故。基于此，为避免此类病害发生，提高沥青路面的抗车辙能力已成为高速公路沥青路面建设的一项重要内容。近几年，优质抗车辙剂在我国各地的高等级道路中得到了广泛应用，并且效果显著。抗车辙剂的应用提高了沥青路面的高温性能，同时改善了沥青路面的低温抗开裂能力。1 抗车辙剂对沥青混合料的影响沥青路面发生车辙的影响因素分为内部因素和外部因素两方面。内部因素包括：级配、沥青用量和路面结构组合等。外部因素包括：路面施工质量、行车荷载、气候条件和添加抗车辙剂1。本文从抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响进行研究，以提高沥青路面抗车辙能力。抗车辙剂主要成分为高分子聚合物或塑料改性剂，应用目的是预防沥青路面车辙病害。抗车辙剂的应用起到了加筋、胶结、嵌挤和恢复变形作用。1）抗车辙剂具有高黏特性，在拌和过程中部分拉丝成塑料纤维，在矿料之间起到部分加筋作用。2）由于抗车辙剂本身性能，在拌和作用下与沥青形成胶结作用，降低了针入度，增强沥青与矿料之间的黏附能力。3）抗车辙剂在碾压过程中热成型，填充于骨料之间，增强了沥青混合料结构的骨架作用，起到填充、密实、嵌挤的作用。4）由于抗车辙剂具有高弹特性，部分沥青路面形变后会逐渐恢复，降低了沥青路面的永久变形2。在拌和过程中，抗车辙剂与沥青的改性作用就开始发生，拌和锅使抗车辙剂与沥青产生剪切混合，抗车辙剂与沥青中的饱和分、芳香分发生作用，导致抗车辙剂改性沥青的重质组分比例上升，达到改性效果。改性后的沥青流变性能和力学性能发生改善，软化点和针入度发生改善。2 工程概况某高速公路全长 32.82 km，预算投资 22亿元，采用双向六车道建设标准，设计时速120 km/h。在高速公路段内，设置主线站2处，匝道收费站3处，服务区1处。公路路面采用高等级沥青路面结构形式，由于施工区域夏季温度较高（气温最高达42.2，路面最高温度达65.9）；此外，公路本身的交通流量巨大，建成后是周边多个城市的重要货运通道，因此，极易出现裂缝、车辙等病害，此类病害应做好重点预防。3 抗车辙剂沥青混合料性能检测为研究抗车辙剂对沥青混合料性能影响，本试验将不同剂量抗车辙剂掺入沥青混合料中，通过路用性能试验进行研究。抗车辙剂主要是改善沥青混合料的高温稳定性能，同时对沥青混合料的低温抗裂性能、收稿日期：2023-03-29作者简介：王飞龙（1994），男，助理工程师，从事道路桥梁施工相关工作。高速公路抗车辙剂与沥青混合料的应用性能检测王飞龙（廊坊市交通公路工程有限公司一公司，河北 廊坊 065000）摘要：由于交通量的增长以及车辆载重的增加，导致沥青路面车辙损坏成为一个普遍性问题，需要得到公路建设单位和维护单位的重视。可通过在沥青混合料中掺入抗车辙剂的方式进行控制，结合具体工程案例，对掺入抗车辙剂的沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性路用性能进行了研究。研究结果表明，抗车辙剂的掺入可以显著提升沥青路面对车辙损害的抵抗能力，有效改善沥青混合料的整体性能，保证高等级公路的正常使用，延长其使用寿命。关键词：抗车辙剂；沥青混合料；水稳定性中图分类号：U414文献标识码：A16交通世界TRANSPOWORLD水稳定性能等产生影响。为进一步验证抗车辙剂改性沥青混合料路面的可行性，根据工程实际情况，基于抗车辙剂与沥青混合料路用性能的角度出发，从以下几个方面对其进行研究，对抗车辙剂改性混合料路面进行综合评价。3.1 材料选用工程案例中使用的材料为A级道路石油沥青，粗集料选择石灰岩。按照粒径将其分为四种不同的规格，由小到大依次为35 mm、510 mm、1015 mm以及1520 mm，细集料选择机制砂。按照公路沥青路面施工技术规范的要求验收材料，确定其能够满足工程建设标准，选用的抗车辙剂性能指标如表1所示。表1 抗车辙剂性能指标项目粒径/mm颜色软化点/密度/（g/cm3）要求6深色颗粒1101500.921.10结果3.1深色颗粒1470.943.2 掺入抗车辙剂在拌和缸内按照一定的质量比，直接加入抗车辙剂与集料混合搅拌，不需要专业的设备。一般情况下，重载高温路段抗车辙剂的掺入量占沥青混合料总重的0.3%0.5%；考虑该工程案例中重载车辆较多，将抗车辙剂的掺入量增至0.7%，动稳定度设置为8 295.1次/mm。沥青混合料拌和过程中，需要按照预先确定好的比例，将对应的材料加入烘干筒进行烘干，烘干温度控制在180190。拌和时直接采用常规工艺，加入抗车辙剂后进行干拌，在干拌时间的基础上增加10 s，然后喷入 160170 的沥青，湿拌的时间为 40 s，拌和到没有花白料结束。掺入抗车辙剂后沥青混合料的相关参数为：毛体积密度2.498 g/m3；沥青体积百分比10.6%；空隙率4.1%；矿料间隙率12.9%；沥青饱和度68.5%。3.3 混合料制备结合马歇尔试验，确定 5 种不同的抗车辙剂掺量（00.7%，以 0.2%为 间 隔），最 佳 油 石 比 依 次 为4.21%、4.23%、4.28%、4.31%和 4.40%。试件成型后检测其路用性能。3.4 路用性能检测根据公路沥青路面施工技术规范3的相关要求可知，沥青混合料必须具备的相关性能指标包括：高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等，结合相关试验对掺入抗车辙剂的沥青混合料路用性能进行检测分析。3.4.1 高温稳定性高温稳定性是指在高温条件下，沥青混合料还可以保持原有强度、刚度等性能。它是沥青混合料的重要性能指标之一，如果高温稳定性不足，沥青路面就会出现车辙。因此，为减少路面早期出现的车辙病害，应研究沥青混合料的高温稳定性，提高路面的服务质量。为了全面分析不同车辙剂掺量对沥青混合料高温性能的影响，将配置好的试件（300 mm300 mm5 mm）放置在恒温台（60）上，恒温 512 h，然后使用轮碾成型机对其进行碾压，设置轮压参数为0.7 MPa，车辙试验结果如表2所示。表2 车辙试验结果5种不同掺量12345抗车辙剂掺量（%）00.10.30.50.7均值/（次/mm）2 3853 4555 9799 04213 173由表2数据结果可知，在掺入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的动稳定性得到了显著提升。当抗车辙剂掺加量增大时，沥青混合料的动稳定性会随之增大，表明抗车辙剂能够显著提高沥青混合料的高温稳定性。3.4.2 低温抗裂性采用低温弯曲试验，对基质沥青混合料和掺入抗车辙剂沥青混合料的低温抗裂性进行对比分析4。分析结果显示，随着抗车辙剂掺加量的增大，沥青混合料极限应变呈现出先升高再下降的趋势。而相关研究表明，结合料会直接决定沥青混合料的低温抗裂性能。在掺入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的低温抗裂性得到了显著提升，主要是其增大了基质沥青的黏度和韧性，实现了沥青和骨料的紧密结合。由低温弯曲试验的结果可知，在掺入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的低温抗裂性能同样可以得到改善，不过相对于高温稳定性的改善并不十分明显。参考极限应变对沥青混合料的低温抗裂性进行评价，当抗车辙剂的掺量为0.3%时，可以得到最佳的极限应变。在其他相关研究中，选择抗弯拉强度作为测定混合料低温抗裂性的评价指标，此时，抗车辙剂的最佳掺量为0.5%。3.4.3 水稳定性沥青路面在使用过程中会受到降雨的影响。尤其在夏季降雨量丰富的地区，在水的侵蚀作用下，沥青和集料之间的黏附力会逐渐下降，整体强度也会受到影响，最终出现损坏。因此，为保证沥青路面的使用寿命，需要确保沥青混合料在水的作用下不会发生损坏，保持理想的路用性能。基于此，水稳定性是用来评价沥青混合料耐久性的一个重要指标，沥青混合料的水稳定性直接决定了其在水的作用下是否会发生损坏。工程案例采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验分析沥青混合料的水稳定性。本文从两个方面对抗车辙17总660期2023年第30期（10月 下）剂沥青混合料的水稳定性进行分析。1）冻融劈裂试验冻融劈裂试验是评价沥青路面水稳定性的重要试验，主要是用来模拟低温环境下雨雪对路面的损害。本工程案例中，按照 公路工程沥青及沥青混合料（JTJ 0522000）中的相关规定制作沥青混合料试件。对 5 种抗车辙剂冻融前后的劈裂强度以及残留强度（TSR）进行检测分析。分析结果显示，混合料在冻融前后的劈裂强度变化并不明显，TSR随着抗车辙剂掺入量的增大呈现先上升后下降的趋势。在四种掺加量下，TSR都超过了基质沥青混合料，最大数值为93.4%（掺加量 0.4%），能够满足相关规范中不低于 80%的技术要求5。2）浸水马歇尔试验对5种抗车辙剂掺量在30 min和48 h的稳定度进行分析。结果显示，在抗车辙剂掺入量为0的情况下，沥青混合料的残留稳定度可以满足相关标准的要求；而掺入抗车辙剂后，沥青混合料在30 min和48 h的稳定度都有提高，与抗车辙剂的掺入量成正比。残留稳定度先升后降，在掺量为0.3%的情况下达到峰值。分析原因，主要是在加入抗车辙剂后，沥青与集料之间的黏结力得到了大幅提升，沥青混合料的抗剥落能力增强。而当抗车辙剂的掺入量超过0.3%时，抗车辙剂会吸收混合料中的沥青，导致其黏结力下降，表现为残留稳定度下降。总之，在掺入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的残留稳定度会超过基质混合料，满足相关规范中要求的残留稳定度不低于85%的要求。结合上述试验可知，在掺入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的水稳定性能够得到显著改善6-7。3.5 单轴动态蠕变试验制作圆柱体沥青混合料试件，具体尺寸为100 mm150 mm，确定试验温度为45。使用MTS-810万能材料试验机进行半正弦波加载，设置加载时间为 0.2 s，间歇时间2 s，对路面车辆重复加载与卸载的过程进行模拟。在试验中设置应力水平为0.2 MPa，试验持续时间7 200 s。试验结果显示，在加入抗车辙剂的情况下，沥青混合料的变形抵抗能力得到了显著提升，同时，抗车辙剂对混合料变形抵抗能力的改善效果与集料粒径不存在直接关系。对比级配调整，通过添加抗车辙剂的方式来改善沥青混合料的车辙抵抗能力，不需要过度关注集料粒径，最终得到沥青混合所需的抗变形能力，路面结构的稳定性和可靠性较强8。4 结论通过对工程实例的抗车辙剂与沥青混合料路用性能进行研究，抗车辙剂能够有效提高沥青混合料的抗车辙能力，是一种提高路面性能的技术措施，得出以下结论：1）加入抗车辙剂能够显著改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，提升混合料的整体性能，使其能够更好地适应高速公路工程建设的需求。2）不同气候区域，沥青混合料的抗车辙剂掺入量存在一定差异，掺入抗车辙剂的沥青混合料在动稳定性方面可以适应气候分区的要求。在确定抗车辙剂掺入量时，主要通过低温抗裂性能，对照相应的低温弯曲试验结果可知，无特殊情况时，抗车辙剂的最佳掺量范围在0.3%0.5%。3）添加抗车辙剂会增加每吨沥青混合料的成本，但是，掺入抗车辙剂后极大地降低了路面后期养护成本，具有良好的经济效益。参考文献：1 禚永昌，张金喜，张阳光 不同沥青混合料的动态模量及其与路用性能关系的研究J 中外公路，2021，41（6）：260-2662 戚振中 基于外加剂的沥青混合料高低温性能分析J 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