李艷國

(遼寧省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 沈陽市 110021)

車轍病害是瀝青路面的主要病害之一，為提高瀝青路面的抗車轍性能，可以從路面結(jié)構(gòu)、材料選擇、級配組成等方面進(jìn)行改善和提高。目前，預(yù)防車轍病害產(chǎn)生的方法主要有：改善混合料的級配，如采用骨架密實型級配并選用多棱角、少針片狀含量的骨料；提高瀝青混合料的模量，如采用改性瀝青、添加纖維及抗車轍劑等。添加抗車轍劑是目前較為常用的一種抗車轍方法，通過提高瀝青混合料的模量從而起到抗車轍的效果。高模量瀝青混合料的應(yīng)用不僅能夠顯著提高其高溫性能，同時也有助于抗水損害性能的提高。

1 項目概況

遼寧中部環(huán)線高速公路鐵嶺至本溪段屬新建項目，項目于2016年動工，起于鐵嶺市鐵嶺縣腰堡鎮(zhèn)北，與已建新民至鐵嶺段高速公路對接，終點(diǎn)設(shè)置高臺子樞紐互通立交與丹阜高速公路相接，路線全長118.971km。項目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度為80km/h，路基寬度24.5m。

遼寧中部環(huán)線高速公路鐵嶺至本溪段路面工程共分路面綜合4個標(biāo)段，其中，路面合同三標(biāo)中面層應(yīng)用了高模量瀝青混合料技術(shù)，高模量外摻劑使用北京天成墾特萊(KPL)科技有限公司生產(chǎn)的抗車轍添加劑，鋪筑樁號K316+000～K349+900，長度為33.715km。路面結(jié)構(gòu)為3.5cm SMA-13L上面層+4cm LAC-20中面層(高模量)+7cm LAC-25下面層+20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+15cm級配碎石墊層，中面層高模量外摻劑添加量為0.4% (占瀝青混合料的質(zhì)量)。主要就抗車轍劑(KPL)在遼寧中部環(huán)線高速公路鐵本段的應(yīng)用情況及路用性能進(jìn)行了分析評價。

2 原材料

粗集料選用本溪明山區(qū)牛心臺鎮(zhèn)碎石廠產(chǎn)石灰?guī)r石料，分為19～26.5mm、16～19mm、13.2～16mm、9.5～13.2mm 5檔；機(jī)制砂為自制，分為2.36～4.75mm、1.18～2.36mm、0.075～1.18mm 3檔；礦粉選用本溪明山區(qū)牛心臺鎮(zhèn)碎石廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉；瀝青選用中海瀝青(營口)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的90#瀝青；檢驗結(jié)果均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004及《遼寧中部環(huán)線高速公路鐵嶺至本溪段第三合同施工圖設(shè)計》的質(zhì)量技術(shù)要求。

高模量外摻劑選用北京天成墾特萊科技股份有限公司產(chǎn)的抗車轍劑，墾特萊抗車轍劑是一種粒徑為3mm的固體顆粒物，顏色褐黑，可在常溫下保存。其作用機(jī)理：瀝青混合料拌和過程中加入抗車轍劑，通過剪切共聚共混，使抗車轍劑溶脹變軟，其與瀝青中的輕質(zhì)組分發(fā)生作用，進(jìn)行復(fù)合優(yōu)化，促使抗車轍劑吸收瀝青輕質(zhì)組分并相互溶解，提升瀝青中的重質(zhì)組分比例，構(gòu)成一種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，包裹在集料表面?？管囖H劑在瀝青混合料中起到嵌擠和彈性恢復(fù)作用，從而提升瀝青混合料的模量，提高瀝青混合料的抗車轍性能。

3 配合比設(shè)計

高模量瀝青混合料應(yīng)用層位為中面層，級配類型為LAC-20型，摻加KPL抗車轍劑的瀝青混合料設(shè)計方法與未摻加的瀝青混合料設(shè)計方法完全相同，采用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾設(shè)計方法。通過目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比驗證三個階段，確定瀝青混合料的級配和最佳油石比，經(jīng)過設(shè)計確定最佳油石比為4.8%。LAC-20型混合料合成級配曲線如圖1所示。

圖1 LAC-20混合料合成級配曲線

4 高模量瀝青混合料性能評價

高模量瀝青混合料性能評價與普通瀝青混合料基本相同，即主要評價混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性能。瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能采用車轍試驗評價、低溫抗裂性能采用瀝青混合料彎曲試驗評價、水穩(wěn)定性能采用凍融劈裂試驗評價，主要對比高模量瀝青混合料與普通瀝青混合料的性能變化規(guī)律，分析抗車轍劑對瀝青混合料性能的影響。

4.1 高溫穩(wěn)定性

標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗的試驗條件為：試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa，采用輪碾法成型車轍試件，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 車轍試驗結(jié)果柱狀圖

由圖2可知：抗車轍劑(KPL)對瀝青混合料動穩(wěn)定度的提高非常明顯，在基質(zhì)瀝青混合料中摻加抗車轍劑后，其動穩(wěn)定度成倍增長，60℃動穩(wěn)定度可達(dá)到6000次·mm-1以上，動穩(wěn)定度值大于SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度，表明抗車轍劑的添加可有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，且混合料的施工溫度要求也不高，一般出料溫度在165℃左右就可以正常施工。這主要與添加劑的作用機(jī)理和物理性能有關(guān)，KPL抗車轍劑添加在瀝青混合料中可大大地提高瀝青粘性，且KPL抗車轍劑的軟化點(diǎn)為138℃，在正常的施工拌和溫度下，抗車轍劑熔融并裹覆在礦料顆粒表面，形成較高強(qiáng)度的粘結(jié)，限制礦料之間的相互滑動，提高瀝青混合料的勁度模量，從而增強(qiáng)混合料的高溫抗車轍性能。

4.2 低溫抗裂性能

瀝青混合料的低溫抗裂性能采用低溫彎曲試驗評價，試件由車轍試件切割而成，尺寸為30mm×35mm×250mm，采用基本材料性能試驗儀測試，試驗溫度為-10℃±0.5℃、加載速率為50mm/min。通過對長方體小梁施加一定荷載，使小梁產(chǎn)生彎曲破壞，測定小梁在發(fā)生破壞瞬間的最大彎拉應(yīng)變、彎拉強(qiáng)度來評價混合料的低溫抗裂性能。試驗結(jié)果如圖3所示。

(a)

(b)圖3 瀝青混合料的低溫彎曲試驗結(jié)果柱狀圖

由圖3可知：高模量瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變值均介于基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料之間，在4‰摻量下，KPL抗車轍劑對瀝青混合料的低溫抗裂性能是有所改善的，但達(dá)不到改性瀝青混合料的低溫抗裂效果。KPL抗車轍劑的強(qiáng)度和模量均高于瀝青，而高強(qiáng)度、高模量的材料通常具有較低的斷裂韌度。雖然少量的KPL抗車轍劑對混合料的低溫抗裂性有一定程度的改善作用，但隨著摻量的增加，會導(dǎo)致混合料的低溫抗裂性能下降，甚至低于基質(zhì)瀝青混合料的低溫性能?？管囖H劑的應(yīng)用應(yīng)考慮不同氣候分區(qū)對瀝青混合料低溫抗裂性能的技術(shù)要求。

4.3 水穩(wěn)定性能

評價瀝青混合料水穩(wěn)定性能的指標(biāo)主要有浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗的凍融劈裂強(qiáng)度比。但凍融劈裂的試驗條件比浸水馬歇爾試驗要苛刻得多。凍融劈裂試驗是在規(guī)定條件下對馬歇爾試件進(jìn)行凍融循環(huán)，進(jìn)行真空飽水、冰凍和高溫水浴三個過程飽水，測定馬歇爾試件在水損害前后的劈裂抗拉強(qiáng)度，評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。更能真實模擬瀝青混合料的水損害過程，更能有效地評價摻加抗車轍劑瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。采用凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 凍融劈裂強(qiáng)度比柱狀圖

由圖4可知：KPL抗車轍劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性有明顯的提高，具有很好的抗水損害能力。這主要由于KPL抗車轍劑在加熱拌和過程中軟化，體積膨脹，填充集料骨架中的空隙，降低了混合料的空隙率，使水不易進(jìn)入混合料中，從而提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

5 施工工藝

摻加KPL抗車轍劑的高模量瀝青混合料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓及開放交通方面與普通瀝青混合料基本相同，但在混合料拌制方面需要嚴(yán)格控制。遼寧中部環(huán)線高速公路鐵嶺至本溪段高模量瀝青混凝土中面層施工工藝為：采用兩臺攤鋪機(jī)聯(lián)合作業(yè)，攤鋪速度2.0～2.5m/min。高模量瀝青混合料攤鋪溫度不低于145℃，初壓溫度不低于135℃，復(fù)壓溫度不低于120℃，終壓溫度不低于80℃。

碾壓組合方式為：

初壓：用XD146光輪壓路機(jī)，緊跟碾壓，靜壓1遍，速度1.5～2km/h。

復(fù)壓：用XP301膠輪壓路機(jī)振壓2～3遍，速度3～4km/h。

終壓：用CC722雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍，速度3～4km/h。達(dá)到表面平整、密實無輪跡。

6 小結(jié)

(1)KPL抗車轍劑可有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，60℃動穩(wěn)定度可達(dá)到6000次.mm-1以上。

(2)KPL抗車轍劑在4‰摻量下對混合料的低溫抗裂性能是有所改善的，但達(dá)不到SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂效果。

(3)KPL抗車轍劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性有明顯的提高，具有很好的抗水損害能力。

(4)摻加KPL的高模量瀝青混合料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓及開放交通方面與普通瀝青混合料基本相同，攤鋪溫度不低于145℃，初壓溫度不低于135℃，復(fù)壓溫度不低于120℃，終壓溫度不低于80℃。