李學(xué)良 / 新疆環(huán)路通公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)有限公司

抗車轍劑在新疆高溫差地區(qū)的應(yīng)用

李學(xué)良 / 新疆環(huán)路通公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)有限公司

簡(jiǎn)述了抗車轍劑對(duì)瀝青混合料的作用機(jī)理，并對(duì)不同摻量下的瀝青混合料進(jìn)行了路用性能試驗(yàn)研究， 分析車轍劑摻量對(duì)瀝青混合料的基礎(chǔ)性能、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性的影響，根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求選擇合適的最佳抗車轍劑摻量。

抗車轍劑；最佳摻量；路面性能；選擇

新疆氣候?qū)俚湫偷拇箨懶愿珊禋夂?南疆干旱,光照長(zhǎng),少雨,年降水量?jī)H20～100毫米,而北疆卻達(dá)100～500毫米。年平均氣溫南疆平原10℃～13℃，北疆平原低于10℃。極端最高氣溫曾達(dá)48.9℃，極端最低氣曾達(dá)－51.5℃。新疆氣候的幾個(gè)特點(diǎn):1.干燥2.冬冷夏熱 3.氣溫日較差大 4.日照豐富 。

隨著汽車運(yùn)輸?shù)闹剌d化趨勢(shì)逐漸增長(zhǎng)以及夏季高溫天氣的持續(xù)發(fā)展，致使車轍成為新疆瀝青路面的主要病害之一。特別是在重載高速公路、礦區(qū)通過道路等路段，路面車轍病害尤為突出，給行車安全帶來極大威脅。據(jù)調(diào)查，新疆主干線公路返修的原因中，車轍占80%以上。有的高速公路甚至在車轍銑刨加鋪兩年后又出現(xiàn)明顯車轍的情況，使項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益受到極大影響。

選擇在瀝青混凝土中摻加抗車轍劑來增加路面抗車轍能力是一種比較有效的措施。在新疆這樣夏季極熱、冬季極寒、高溫差的氣候條件，以及重載、超載車輛多的運(yùn)營狀況，路面既要防止高溫車轍又要顧及低溫開裂病害，如何選擇合適的路面設(shè)計(jì)指標(biāo)以及抗車轍劑最佳摻量是一個(gè)需要研究的課題。

現(xiàn)結(jié)合北京至烏魯木齊國家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路項(xiàng)目路面車轍設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇以及抗車轍劑使用進(jìn)行介紹。

1.抗車轍劑的作用機(jī)理

對(duì)于抗車轍劑作用機(jī)理，不同類型稍有差異。主要可概括為在瀝青混合料中的增強(qiáng)填充、纖維加筋、增黏膠結(jié)、瀝青改性和彈性恢復(fù)作用，從而提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性而不影響其他路用性能。

①增強(qiáng)填充作用：抗車轍劑都是以顆粒形狀存在，當(dāng)拌和混合料中途加入，顆粒表面融化，粘結(jié)在礦料表面。顆粒內(nèi)部軟化，還以顆粒存在，通過施工過程，軟化后的添加劑顆粒通過塑性變形，很好的填充嵌擠到級(jí)配骨架的空隙中，提高了密實(shí)度，增大礦料間的粘結(jié)面積，增強(qiáng)混合料之間的相互作用力。使混合料力學(xué)性能得到優(yōu)化，提高了混合料抵抗荷載及抗車轍的能力。

②纖維加筋作用：瀝青混合料中融化粘結(jié)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，類似加入纖維。將礦料顆粒緊固在一起，起到加筋作用，提高混合料整體強(qiáng)度。

③增黏膠結(jié)作用：車轍劑在混合料拌和過程中加入，部分融化包裹在礦料顆粒表面。由于其冷卻后具有較高黏結(jié)性能，使礦料之間的膠結(jié)作用增強(qiáng)，提高了油膜的界面黏結(jié)強(qiáng)度。

④瀝青改性作用：加入的抗車轍劑，大多是聚酯類高分子化合物。在瀝青混合料施工后，抗車轍劑慢慢從瀝青中吸附油分，起到對(duì)瀝青改性的作用，提高瀝青的粘附性等指標(biāo)，增強(qiáng)混合料的路用性能。

⑤彈性恢復(fù)作用。在瀝青混合料中加入的抗車轍劑，具有彈性變形能力。在較高溫時(shí)，起填充作用的顆粒，具有使路面的部分變形恢復(fù)功能，減少了瀝青混凝土路面的永久變形。

2.項(xiàng)目概況

北京至烏魯木齊國家高速公路明水（甘新界）至哈密段公路公路等級(jí)為四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度120km/h。項(xiàng)目區(qū)位于東經(jīng)94°09’～96°09’，北緯42°01’～43°16’之間。項(xiàng)目沿線基本為荒漠戈壁區(qū)，海拔高度在800～1500m之間。區(qū)域內(nèi)日照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，夏季炎熱，冬季寒冷，溫差較大，干燥少雨雪，春夏季多風(fēng)，屬典型的大陸性干旱氣候。部分路段穿越山嶺，氣溫相對(duì)較低。降水和融雪為地下水和地表水的主要來源。

路面結(jié)構(gòu)為：下面層7cm厚AC-25瀝青混凝土；中面層5 cm厚AC-20；上面層4cm厚AC-16改性瀝青混凝土。

本文主要針對(duì)上面層4cm厚AC-16改性瀝青混凝土性能進(jìn)行研究，抗車轍劑使用深圳海川新材料科技股份有限公司產(chǎn)品。

3.摻加抗車轍劑瀝青混凝土性能

3.1 瀝青性能

本項(xiàng)目采用Ⅰ-C型SBS改性瀝青，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，項(xiàng)目所使用改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)符合Ⅰ-C型SBS改性瀝青要求。改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

3.2 集料性能

上面層使用玄武巖、石屑、水洗天然砂、礦粉等材料，集料各項(xiàng)指標(biāo)均符合高速公路要求。

3.3 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)以基質(zhì)瀝青配制的 AC一16密級(jí)配瀝青混凝土為基質(zhì)混凝土，通過馬歇爾試驗(yàn)確定基質(zhì)瀝青混凝土油石比為4.5% ，采用抗車轍劑用量分別為0%，0.20% 、0.25% 、0.30%、0.35% 、0.40%對(duì)路用性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)?？管囖H劑在集料混合攪拌時(shí)投入，同時(shí)干拌90 S，然后加瀝青拌90 S，再加礦粉拌90S。集料和礦粉加熱溫度為190～200℃ ，瀝青加熱溫度為160～170℃ ，拌和溫度為180℃ ，試件成型溫度為l50～160℃ 。

3.4 各種摻量瀝青混凝土基本性能

對(duì)各種抗車轍劑摻量的瀝青混凝土按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011進(jìn)行成型后進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 加不同比例抗車轍瀝青混合料強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

通過上表可以看出：摻加抗車轍劑后，瀝青混合料的毛體積密度普遍較未摻加時(shí)有所降低，主要原因?yàn)榭管囖H劑密度相對(duì)較小，隨摻量的增加瀝青混凝土密度隨之減小；瀝青混合料的空隙率普遍較未摻加時(shí)有所增大，說明外摻顆粒狀抗車轍劑后瀝青混合料的密實(shí)程度受到了影響；瀝青混合料的礦料間隙率普遍較未摻加時(shí)增大，說明抗車轍劑交織搭橋而形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得礦料顆粒之間的間隙增大，為瀝青結(jié)合料的填充提供了更大的空間；瀝青混合料的瀝青飽和度普遍較未摻加時(shí)減??；瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增加，沒有出現(xiàn)峰值；流值普遍較未摻加時(shí)略有增大，說明抗車轍劑的交織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)混合料的可塑性產(chǎn)生了直接的影響。

3.5 高溫性能

按不同抗車轍劑摻量確定的最佳油石比，分別成型車轍試件，并進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加抗車轍劑后，瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度明顯增強(qiáng)，在2.0‰～4.0‰范圍內(nèi)隨著抗車轍劑摻量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果不斷增加。

3.6 低溫性能

按不同抗車轍劑摻量確定的最佳油石比，輪碾成型試件，切割成標(biāo)準(zhǔn)試件后，在-10℃進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示

圖2 低溫彎曲

摻入抗車轍劑后，前期混凝土的最大彎拉應(yīng)變有較大幅度的提高，隨著抗車轍劑摻量的加大，瀝青混凝土的最大彎拉應(yīng)變不斷減小。摻量為4‰時(shí)最大彎拉應(yīng)變已低于不摻抗車轍劑的原始混凝土，并小于規(guī)范要求值（不小于3000με）。

3.7 水穩(wěn)定性能

按不同抗車轍劑摻量確定的最佳油石比，分別成型馬歇爾試件，并進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

在2.0‰～4.0‰范圍內(nèi)隨著抗車轍劑摻量的增加，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比不斷減小。同樣說明，外摻顆粒狀抗車轍劑后瀝青混合料的密實(shí)程度受到了影響，孔隙率不斷增大，瀝青混凝土水穩(wěn)定性不斷下降。

3.8 項(xiàng)目路面指標(biāo)選擇

本項(xiàng)目大部分路段處于高溫、干旱少雨路段，部分段落處于山嶺區(qū)，降雨、降雪量相對(duì)較大，綜合試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目高溫、干旱少雨路段推薦摻加抗車轍劑最佳摻量為3.5‰，山嶺區(qū)段落路段推薦摻加抗車轍劑最佳摻量為3.0‰，抗車轍設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇為8000次/mm。

4.結(jié)束語

4.1 抗車轍劑可以增加瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度，隨著抗車轍劑摻量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度不斷小幅增加。

4.2 抗車轍劑可以明顯增加瀝青混凝土的瀝青混凝土的高溫性能，在2.0‰～4.0‰摻量范圍內(nèi)未出現(xiàn)峰值。

4.3 摻加抗車轍劑后，瀝青混凝土低溫性能得到增強(qiáng)，隨著抗車轍劑摻量的增加，低溫性能不斷降低，摻量為4‰時(shí)最大彎拉應(yīng)變已低于不摻抗車轍劑的原始混凝土，并小于規(guī)范要求值（不小于3000με）。

4.4 摻抗車轍劑的瀝青混合料水穩(wěn)定性總體出現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨著摻量的增加，水穩(wěn)定性下降趨勢(shì)逐漸加快。

4.5 摻抗車轍劑的瀝青混合料的毛體積密度普遍較未摻加時(shí)有所降低，空隙率普遍較未摻加時(shí)有所增大，礦料間隙率普遍較未摻加時(shí)增大，瀝青飽和度普遍較未摻加時(shí)減小，流值普遍較未摻加時(shí)略有增大，整體變化趨勢(shì)與未摻加抗車轍劑時(shí)基本一致。

4.6 抗車轍劑最佳摻量應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)要求，兼顧高溫、低溫性能和水穩(wěn)定性綜合比選。

[1]JTG E20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]張宏武.不同改性劑改性瀝青性能分析[J].山西交通科技，2006(6).

[4]趙振東.摻加抗車轍劑瀝青混合料技術(shù)性能研究［J］.公路交通科技，2009(02).