樊長(zhǎng)昕

（山西省交通科學(xué)研究院 新型道路材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

0 引言

目前，高溫車(chē)轍已成為高等級(jí)公路的主要破壞形式。為提高瀝青路面的抗車(chē)轍性能，通常在中上面層采用改性瀝青或添加抗車(chē)轍劑[1]?？管?chē)轍劑由于良好的路用性能和簡(jiǎn)便的添加使用方式，近年來(lái)得到快速的發(fā)展[2]。

董澤蛟等人認(rèn)為調(diào)整級(jí)配及加入抗車(chē)轍劑均可以改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性[3]。朱止波等人通過(guò)引入單軸貫入試驗(yàn)并結(jié)合車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)不同抗車(chē)轍劑的瀝青混合料高溫性能對(duì)比研究[4]。國(guó)內(nèi)眾多研究主要對(duì)添加抗車(chē)轍劑的性能評(píng)價(jià)，對(duì)影響抗車(chē)轍劑瀝青混合料高溫性能的礦料級(jí)配因素很少[5]。

因此，為保證摻入抗車(chē)轍劑的瀝青混合料高溫性能，對(duì)不同礦料級(jí)配的瀝青混合料高溫性能研究十分必要。本文選取不同類(lèi)型的礦料級(jí)配，采用車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，對(duì)比分析得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

試驗(yàn)所用瀝青為加德士70號(hào)石油瀝青，常規(guī)三大指標(biāo)分別為25℃針入度67.0（0.1 mm）、15℃延度大于100 cm、軟化點(diǎn)49.0℃。

抗車(chē)轍劑選用自主研發(fā)的德路加D-Ⅱ抗轍裂劑，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率為1.428 g/10 min，黑色松散顆粒，常溫存儲(chǔ)無(wú)黏結(jié)聚集現(xiàn)象。

根據(jù)抗車(chē)轍劑在路面施工中的應(yīng)用情況，礦料選取AC-13輝綠巖、AC-16輝綠巖和AC-20石灰?guī)r。粗細(xì)集料來(lái)自山西省交口縣晉申碎石場(chǎng)，填料為廣西興安礦石粉總廠生產(chǎn)的礦粉。

1.2 試驗(yàn)工藝

根據(jù)工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，油石比采用4.4%，抗車(chē)轍劑摻加量為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。

瀝青混合料拌合溫度為180℃，壓實(shí)溫度為150℃～160℃。

室內(nèi)進(jìn)行瀝青混合料的拌合，拌合順序?yàn)椋?/p>

1）D-Ⅱ與加熱到190℃的石料干拌90 s；

2）加入160℃的瀝青濕拌90 s；

3）加入礦粉拌合90 s。

車(chē)轍試驗(yàn)按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行[6]。車(chē)轍實(shí)驗(yàn)儀為北京航天航宇測(cè)控技術(shù)研究所的HYCZ-5型，試件采用碾壓成型的300 mm×300 mm×50 mm車(chē)轍試件，試驗(yàn)溫度為60℃。

1.3 試驗(yàn)方案

本文采用我國(guó)最普及的車(chē)轍試驗(yàn)，以60℃動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究。每種礦料合成3種級(jí)配類(lèi)型，分析對(duì)比不同礦料、級(jí)配類(lèi)型對(duì)摻入抗車(chē)轍劑的瀝青混合料的高溫性能的影響，得出結(jié)論。

2 結(jié)果與討論

2.1 AC-13輝綠巖級(jí)配的影響

AC-13瀝青混合料主要應(yīng)用在高速公路路面的上面層，厚度一般為4 cm。上面層作為和交通荷載直接接觸的面層，其高溫抗車(chē)轍性能十分必要[7]。目前我國(guó)絕大部分高速公路面層主要采用SBS改性或抗車(chē)轍劑改性瀝青路面。

本次研究采用AC-13輝綠巖礦料，合成3種不同級(jí)配分別進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。其中：級(jí)配AC-13-1為去粉50%目標(biāo)配合比；級(jí)配AC-13-2為未去粉目標(biāo)配合比；級(jí)配AC-13-3為實(shí)驗(yàn)室調(diào)整配合比，細(xì)料用量加大，粗料相對(duì)少。AC-13輝綠巖3種級(jí)配合成曲線見(jiàn)圖1，動(dòng)穩(wěn)定度車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 AC-13輝綠巖3種級(jí)配合成曲線

從圖1 AC-13輝綠巖各級(jí)配合成曲線可以看出：級(jí)配AC-13-1與級(jí)配AC-13-2相比，2.36 mm以上的篩孔基本沒(méi)有變化，主要是細(xì)集料中小于0.075 mm的細(xì)粉減少，進(jìn)而級(jí)配曲線2.36 mm以下各篩孔通過(guò)率都會(huì)少1%。級(jí)配AC-13-3將粗集料10～15 mm的用量減少13%，相應(yīng)細(xì)集料0～3 mm機(jī)制砂用量增加13%，與AC-13-2相比各篩孔通過(guò)率增加10%左右，其中9.5 mm的通過(guò)率已經(jīng)超過(guò)上限[8]。

從表1 AC-13輝綠巖3種級(jí)配車(chē)轍試驗(yàn)表明：摻入抗車(chē)轍劑之后，3種級(jí)配的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均在5000次/mm以上，滿足規(guī)范中摻入抗車(chē)轍劑后動(dòng)穩(wěn)定度大于2800次/mm的要求[8]。級(jí)配AC-13-2與AC-13-1相比，動(dòng)穩(wěn)定度從6659次/mm下降到5236次/mm，級(jí)配AC-13-3動(dòng)穩(wěn)定度大于10000次/mm以上。

通過(guò)AC-13輝綠巖3種級(jí)配合成曲線與車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果分析，3種級(jí)配隨著各篩孔的通過(guò)率增高，即級(jí)配合成曲線越靠上，車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度越大。動(dòng)穩(wěn)定度隨著混合料中細(xì)礦料的增多而出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，主要由于AC-13混合料中最大公稱(chēng)粒徑石料為16 mm，礦料中起主要作用的是4.75 mm以下的細(xì)礦料。當(dāng)混合料中細(xì)料的含量增多時(shí)，車(chē)轍試件整體的壓實(shí)度會(huì)增大，在測(cè)試中很難壓下去。

表1 AC-13輝綠巖3種級(jí)配車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

2.2 AC-16輝綠巖級(jí)配的影響

AC-16瀝青混合料一般是用在市政道路的面層或者高速公路的中面層。厚度一般為4～6 cm。城市高溫條件下的市政路面和重交通荷載下的高速路面中面層均需要優(yōu)良的高溫抗車(chē)轍性能。

本次研究采用AC-16輝綠巖礦料，在實(shí)驗(yàn)室條件下合成3種不同級(jí)配，分別進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。其中：級(jí)配AC-16-1為未去粉工程級(jí)配；級(jí)配AC-16-2為未去粉實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配；級(jí)配AC-16-3為去粉70%實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配。AC-16輝綠巖3種級(jí)配合成曲線見(jiàn)圖2，動(dòng)穩(wěn)定度車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖2 AC-16輝綠巖3種級(jí)配合成曲線

從圖2中AC-16輝綠巖各級(jí)配合成曲線可以看出：3種級(jí)配在9.5 mm以上篩孔的通過(guò)率基本一樣，變化主要在4.75 mm及以下篩孔，3種級(jí)配各篩孔通過(guò)率之間大概差5%左右。級(jí)配AC-16-1細(xì)礦料用量相對(duì)多，級(jí)配合成曲線整體偏上，0.6 mm及以下各篩孔通過(guò)率已超過(guò)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的上限。級(jí)配AC-16-3的細(xì)礦料0.075 mm以下量去粉70%，AC-16-2未去粉，使得級(jí)配AC-16-3比AC-16-2整體偏下，且在規(guī)定的上限之內(nèi)[8]。

表2 AC-16輝綠巖3種級(jí)配車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

從表2 AC-16輝綠巖3種級(jí)配車(chē)轍試驗(yàn)表明：瀝青混合料摻入抗車(chē)轍劑之后，級(jí)配AC-16-1的動(dòng)穩(wěn)定度只有2288次/mm，AC-16-2的動(dòng)穩(wěn)定度為3502次 /mm，滿足規(guī)范中不小于 2800次 /mm的要求[8]，而級(jí)配AC-16-3的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到5720次/mm，性能優(yōu)良。

AC-16輝綠巖3種合成級(jí)配說(shuō)明，隨著瀝青混合料中4.75 mm以下各篩孔通過(guò)率的提高，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸變小。AC-16輝綠巖瀝青混合料的高溫性能會(huì)隨著4.75 mm以下細(xì)礦料的增多而變差。主要由于AC-16混合料中細(xì)礦料的用量增多后，特別是0.6 mm及以下各篩孔通過(guò)率超過(guò)AC-16級(jí)配上限時(shí)，瀝青混合料大料之間存在多余的細(xì)料，很難形成相互嵌擠的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。在荷載的作用下，大料之間會(huì)相互滑動(dòng)，形成難以恢復(fù)的車(chē)轍病害，影響瀝青路面的高溫性能。因此在AC-16輝綠巖的施工過(guò)程中，細(xì)集料的用量和去粉十分重要。

2.3 AC-20石灰?guī)r級(jí)配的影響

我國(guó)擁有大量的石灰?guī)r資源，為減少工程造價(jià)就地取材，在絕大部分省份的高速公路中下面層建設(shè)均采用AC-20或AC-25石灰?guī)r[9]。其中AC-20石灰?guī)r廣泛應(yīng)用在中面層并摻入抗車(chē)轍劑以提高路面的抗車(chē)轍性能。

本次研究采用AC-20石灰?guī)r礦料，為與AC-16輝綠巖性能比較，采用同樣的方式在實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)。其中：級(jí)配AC-20-1為未去粉工程級(jí)配；級(jí)配AC-20-2為未去粉實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配；級(jí)配AC-20-3為去粉70%實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配。AC-20石灰?guī)r3種級(jí)配合成曲線見(jiàn)圖3，動(dòng)穩(wěn)定度車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖3 AC-20石灰?guī)r3種級(jí)配合成曲線

從圖3中AC-20石灰?guī)r各級(jí)配合成曲線可以看出：級(jí)配AC-20-1整體偏細(xì)，即細(xì)礦料用量相對(duì)多，級(jí)配合成曲線整體偏上，0.6 mm及以下各篩孔通過(guò)率已超過(guò)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的上限。級(jí)配 AC-20-2中 0.3 mm、0.15 mm及0.075 mm的通過(guò)率已超過(guò)規(guī)定上限。級(jí)配AC-20-3比級(jí)配AC-20-2整體偏下，且在規(guī)定的上限之內(nèi)[8]。

表3 AC-20石灰?guī)r3種級(jí)配車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

表3 AC-20石灰?guī)r3種級(jí)配動(dòng)穩(wěn)定度車(chē)轍試驗(yàn)表明：瀝青混合料摻入抗車(chē)轍劑之后，級(jí)配AC-20-1的動(dòng)穩(wěn)定度只有2059次/mm，AC-20-2的動(dòng)穩(wěn)定度為2716次/mm。級(jí)配AC-20-3的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到5408次/mm，高溫性能很好。

AC-20石灰?guī)r3種合成級(jí)配的車(chē)轍試驗(yàn)說(shuō)明，同AC-16輝綠巖混合料的變化趨勢(shì)一致。隨著礦料中細(xì)礦料用量的增多，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度降低，即高溫性能下降。當(dāng)混合料難以形成穩(wěn)定相互嵌擠的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)時(shí)，路面很容易發(fā)生車(chē)轍病害。因此在AC-20石灰?guī)r的施工過(guò)程中，細(xì)集料的用量和去粉同樣十分重要。

2.4 AC-16輝綠巖與AC-20石灰?guī)r的性能對(duì)比

為了解摻入抗車(chē)轍劑的AC-16輝綠巖與AC-20石灰?guī)r瀝青混合料高溫性能優(yōu)劣，采用同樣方式分別合成3種級(jí)配進(jìn)行瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍試驗(yàn)。即未去粉工程級(jí)配、未去粉實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配、去粉70%實(shí)驗(yàn)室合成級(jí)配。動(dòng)穩(wěn)定度車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 AC-16輝綠巖與AC-20石灰?guī)r性能對(duì)比

圖4試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：AC-16輝綠巖與AC-20石灰?guī)r隨級(jí)配的變化，瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度變化趨勢(shì)一致。而每種級(jí)配下，輝綠巖的高溫抗車(chē)轍性能均略優(yōu)于石灰?guī)r。主要由于輝綠巖具有較強(qiáng)的力學(xué)性能，其極限抗壓強(qiáng)度在200～300 MPa，而石灰?guī)r的強(qiáng)度很低，本實(shí)驗(yàn)用泥質(zhì)石灰?guī)r只有25～50 MPa。在同樣的荷載作用下，混合料中的個(gè)別石灰?guī)r會(huì)自身擠壓破碎，失去骨架的作用，而輝綠巖則不會(huì)。因此，在同樣工藝條件下，輝綠巖的高溫抗車(chē)轍性能要優(yōu)于石灰?guī)r。

3 結(jié)論

a）礦料級(jí)配的差異性對(duì)抗車(chē)轍劑瀝青混合料的高溫性能影響很大。AC-13、AC-16及AC-20三種類(lèi)型瀝青混合料均受到不同程度的影響。

b）摻入抗車(chē)轍劑的AC-13瀝青混合料車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度隨著細(xì)集料的增多而出現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

c）AC-16輝綠巖與AC-20石灰?guī)r變化趨勢(shì)一致，隨著礦料中細(xì)集料用量的增多，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度降低，路面的高溫抗車(chē)轍性能下降。

d）在同樣工藝條件下，輝綠巖的高溫抗車(chē)轍性能要優(yōu)于石灰?guī)r。

e）為保證抗車(chē)轍劑瀝青混合料的高溫性能，必須選取合適的礦料級(jí)配。其中，細(xì)集料的用量和去粉十分重要。