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瀝青路面車轍問題廣泛存在于高溫地區(qū)重交通荷載、交通流量大及長大縱坡路段。車轍病害問題對于路面的行車舒適性、安全性及其他使用功能有較大的影響，已然成為路面建設(shè)、養(yǎng)護及維修中亟待解決的問題。
從產(chǎn)生機理方面分析，主要分為結(jié)構(gòu)性車轍及流動性車轍兩種，前者可通過控制施工質(zhì)量控制路面基層強度解決，后者主要是由于瀝青面層結(jié)構(gòu)強度不足引起，可通過改善級配方案、采用改性瀝青，或在混合料中摻入纖維聚合物、抗車轍劑等外加劑進行改善。由于施工方便且具有良好的經(jīng)濟效益，抗車轍劑是目前廣泛采用的方式。
目前，抗車轍劑的種類較多，不同抗車轍劑的用途及性能均不同。在眾多學(xué)者研究及探討基礎(chǔ)上，選用抗車轍劑摻入普通瀝青混合料中，并對其在不同抗車轍劑摻入量下的路用性能進行了室內(nèi)試驗研究，并通過相關(guān)工程實例對其實際應(yīng)用效果進行觀測及評價。
1室內(nèi)試驗
(1)抗車轍劑:抗車轍劑是由多種聚合物復(fù)合而成，相關(guān)物理性能見表1。參照相關(guān)研究成果，其在瀝青混合料中的推薦摻入量為0.3%~0.5%。(2)瀝青:采用重交AH－70瀝青，參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準。(3)集料:選用石灰?guī)r碎石作為粗集料及細集料，石灰?guī)r磨細后的石粉作為礦物填料，參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準。不同粒徑下的礦料表觀密度。
抗車轍劑物理性能
粒徑 | 密度 | 熔點 | 填充物 | 纖維合物 |
(mm) | (g/cm3) | (℃) | (%) | (%) |
3～6 | 0.97 | 141 | <5 | >95 |
1.2配合比設(shè)計
(1)礦料級配
采用AC－13型級配制備瀝青混合料，為使瀝青混合料試件具備良好的高溫穩(wěn)定性能，目標(biāo)級配設(shè)計曲線應(yīng)呈良好的S型曲線。
(2)油石比的確定
油石比的確定采用馬歇爾試驗，不摻加抗車轍劑的情況下，按目標(biāo)級配組成制備馬歇爾試件并進行試驗，試驗結(jié)果見表6?？芍?，試驗所得AC－13普通瀝青混合料的最佳油石比為4.9%，摻入抗車轍劑后的瀝青混合料，其油石比相應(yīng)增加2%。因此，最佳油石比確定為5.1%。
瀝青的性能指標(biāo)
指標(biāo) | 測值 | 技術(shù)要求 | |
針入度(25℃)(0.01mm) | 72.8 | 60～80 | |
軟化點(℃) | 47 | ≥46 | |
延度(15℃,5cm/min)(cm) | >151 | ≥100 | |
含蠟量(蒸餾法)(%) | 1.73 | <2.2 | |
閃點(℃) | 272 | ≥260 | |
溶解度(%) | 99.7 | ≥99.5 | |
密度(15℃)(%) | 1.014 | 實測 | |
RTFOT后殘留物 | 質(zhì)量變化(%)0.000867≤(±0.8)殘留針入度比(25℃)(%)67.37≥61 殘留延度(10℃)(cm)＞90≥6 | ||
集料的物理性質(zhì)指標(biāo)
指標(biāo) | 壓碎值(%) | 洛杉磯磨耗值(%) | 針片狀顆粒 含量(%) | 含泥量 (%) |
測值 | 18.6 | 24.7 | 7.8 | 0.6 |
規(guī)范要求 | ≯26 | ≯28 | ≯15 | ≯1 |
不同粒徑下的礦料表觀密度
礦料種類 | 表觀密度(g/cm3) |
石灰?guī)r(13.2mm) | 2.761 |
石灰?guī)r(9.5mm) | 2.764 |
石灰?guī)r(4.75mm) | 2.765 |
礦粉 | 2.734 |
瀝青混合料級配組成(AC－13)
孔徑 (mm) | 0.075 | 0.15 | 0.3 | 0.6 | 1.18 | 2.36 | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 | |
設(shè)計級配范圍(%) | 4～8 | 5～15 | 7～20 | 10~ 28 | 15~ 38 | 24~ 50 | 38~ 68 | 68~ 85 | 90~ 100 | 100 | |
實際級配 (%) | 5.5 | 8.2 | 11.7 | 18.1 | 24.9 | 36.4 | 51.4 | 74.7 | 93.8 | 0 | |
AC－13型普通瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果
指標(biāo) | 空隙率 | 飽和度 | 流值 | 穩(wěn)定度 | 最佳油 |
(%) | (%) | (mm) | (kN) | 石比(%) | |
規(guī)范值 | 4～6 | 65～75 | 2～4 | >7.5 | - |
實測值 | 4.5 | 73.6 | 4.4 | 9.4 | 4.9 |
1.3試驗方案
按目標(biāo)設(shè)計級制備配抗車轍劑瀝青混合料試件，抗車轍劑的摻入量分別取0%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、5%，最佳油石比為5.1%。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準對抗車轍劑瀝青混合料試件分別進行車轍、低溫彎曲及浸水馬歇爾試驗。
2室內(nèi)試驗結(jié)果分析
2.1抗車轍劑摻入量對高溫穩(wěn)定性的影響
采用輪碾法制備試件進行車轍試驗，設(shè)定溫度、輪壓分別為60℃、0.7MPa。試件的變形量采用車轍試驗儀進行檢測，并由變形量計算動穩(wěn)定度?？芍?，對于普通瀝青混合料，抗車轍劑的摻入明顯提高了其動穩(wěn)定度。當(dāng)抗車轍劑的摻入量分別為0%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、5%時，其對應(yīng)的動穩(wěn)定次數(shù)分別為1358次/毫米、4832次/毫米、6785次/毫米、7853次/毫米、8567次/毫米、8871次/毫米，動穩(wěn)定度在抗車轍劑摻入量的不斷增大情況下，呈增大趨勢。其中，摻入量由0%增加到0.35%后，動穩(wěn)定度達到了普通瀝青混合料試件的近5倍，遠遠滿足規(guī)范要求，具有良好的高溫穩(wěn)定性能，抗車轍性能優(yōu)異。此后，隨著抗車轍劑摻入量的進一步增加，試件的動穩(wěn)定度增長幅度逐漸減少，這是因為抗車轍劑在瀝青混合料的分布形態(tài)與密度逐漸趨于平衡。
2.2抗車轍劑摻入量對低溫穩(wěn)定性的影響
采用MTS試驗設(shè)備進行小梁彎曲試驗，試驗溫度及加載速率分別設(shè)定為15℃、50mm/min。當(dāng)抗車轍摻入量為0.35%時，其破壞應(yīng)變?yōu)?886uε,相比于普通瀝青混合料破壞應(yīng)變
2465uε,提高了17.1%，且滿足規(guī)范中對于低溫破壞應(yīng)變(改性瀝青混合料)應(yīng)大于2500uε的規(guī)定。但當(dāng)抗車轍劑的摻入量大于0.35%后，低溫穩(wěn)定度性能增強不再明顯，并且當(dāng)摻入量大于0.4%后，抗車轍劑瀝青混合料的破壞應(yīng)變甚至出現(xiàn)了降低。因此，基于低溫穩(wěn)定性能，抗車轍的最佳摻入量取0.35%。
2.3抗車轍劑對水穩(wěn)定性的影響
采用浸水馬歇爾試驗進行水穩(wěn)定性能測定，并以殘留穩(wěn)定度作為評測指標(biāo)，對于瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，其在抗車轍劑摻入量增長情況下呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)抗車轍劑摻入量為0.35%時，其殘留穩(wěn)定度為最大值，達到了93.4%，比普通瀝青混合料增加了11.2%，水穩(wěn)定性能有較好的增長?；诳管囖H劑瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，取抗車轍的最佳摻入量為0.35%。
瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度
抗車轍劑摻量(%) | 0 | 0.3 | 0.35 | 0.4 | 0.45 | 0.5 |
標(biāo)準馬歇爾試驗 穩(wěn)定度(kN) | 9.4 | 12.4 | 13.7 | 14.3 | 14.6 | 15.1 |
浸水馬歇爾試驗 穩(wěn)定度(kN) | 7.9 | 11.5 | 12.8 | 12.7 | 12.6 | 13.2 |
殘留穩(wěn)定度(%) | 84 | 92.7 | 93.4 | 88.8 | 86.3 | 87.4 |
2.4抗車轍劑改性機理分析
(1)增大集料的粘結(jié)性能:抗車轍劑在與集料的拌和過程中，將會部分粘附在集料上，通過自身較好的粘結(jié)作用從而增大了集料粘結(jié)性能。(2)對瀝青進行改性:拌和過程中，抗車轍劑將會在瀝青中部分溶解，通過兩者之間的膠結(jié)作用從而提高瀝青的粘度及軟化點溫度。(3)加筋及增強韌性的作用:對于復(fù)合聚合物型抗車轍劑，其與瀝青混合料在加熱拌和過程中逐漸發(fā)生軟化，使得聚合物中的微結(jié)晶區(qū)形成塑料纖維，在膠結(jié)料體系中起到加筋作用，加大了相互作用力，進而增強了瀝青混合料的整體性能，使得混合料承載性能增強，韌性得到提高，同時降低了混合料的滲透性能。
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