董海軍，陸學(xué)元

(1.安徽路達(dá)公路工程有限責(zé)任公司，安徽 安慶 246001； 2.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

目前，中國高等級公路與城市道路路面主要為半剛性瀝青路面，一般認(rèn)為路面出現(xiàn)的車轍主要產(chǎn)生于瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)內(nèi)部[1-5]。車轍的外觀特征表現(xiàn)為行車作用下產(chǎn)生的流動變形增大。路面高溫抗車轍能力下降，進(jìn)而產(chǎn)生連同底層、中層以及表層在內(nèi)的W型結(jié)構(gòu)性車轍，甚至未交工驗收就需要進(jìn)行翻修處理。2016年6、7月，江淮、江南地區(qū)出現(xiàn)罕見連續(xù)性強(qiáng)降雨期和連續(xù)2個階段各9 d的29 ℃～39 ℃的高溫天氣，某些工程項目在建成通車后不久就出現(xiàn)了不同程度的車轍等病害。車轍的出現(xiàn)直接影響道路的使用品質(zhì)和服務(wù)水平，過大的車轍(槽)在雨天更會直接危及行車安全。為此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[6-11]，為解決瀝青路面高溫抗變形能力提供了有力的技術(shù)支持；但瀝青路面車轍問題時有發(fā)生，不僅與瀝青混合料材料及組成設(shè)計有關(guān)，還與施工過程質(zhì)量跟蹤優(yōu)化和控制等因素有關(guān)[12-15]。目前，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)與《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50—2006)并未針對車轍劑瀝青混凝土提出明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2013年1月1日，國家頒布實施《道路用抗車轍劑瀝青混凝土》(GB/T 29050—2012)，為探討解決車轍問題給出了又一技術(shù)途徑。針對不同車轍劑及其用量對瀝青混凝土綜合路用性能的影響，筆者結(jié)合多年從事高速公路瀝青路面研究成果和工程實踐，以重交通等級蚌淮高速公路工程項目為依托，研究車轍劑材料在瀝青面層中的應(yīng)用評價和工程實踐驗證，旨在減少車轍病害的發(fā)生，提出抗車轍劑材料應(yīng)用的科學(xué)性及其用量和在瀝青面層的合理層位，為延長道路使用壽命提供技術(shù)途徑和支撐。

1 試驗原材料及試驗方案

粗集料采用反擊破碎機(jī)加工的石灰?guī)r，細(xì)集料采用專用制砂機(jī)碾磨的石灰?guī)r，填料為石灰?guī)r礦粉，礦料均產(chǎn)自安徽鳳陽縣；普通瀝青采用韓國SK 70#A級道路石油瀝青，改性瀝青采用安徽蕪湖環(huán)宇生產(chǎn)的SBS(I-D)改性瀝青；抗車轍劑分別采用交通部公路科學(xué)研究院生產(chǎn)的RA高模量抗車轍劑(以下簡稱車轍劑A)和深圳海川工程科技公司生產(chǎn)的抗車轍劑(以下簡稱車轍劑B)。原材料各項技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

為優(yōu)選車轍劑類型、用量且合理評價抗車轍劑瀝青混合料的綜合路用性能，試驗方案同步對比普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的綜合路用性能。室內(nèi)試驗分別采用普通瀝青、SBS改性瀝青、車轍劑A普通瀝青、車轍劑B普通瀝青4種瀝青結(jié)合料，油石比均為4.3%；礦料級配依據(jù)工程進(jìn)度分階段分別進(jìn)行目標(biāo)和生產(chǎn)水洗篩分合成級配。普通瀝青混合料馬氏擊實溫度為152 ℃，SBS改性瀝青混合料擊實溫度為163 ℃；馬氏有效試件為6個，車轍劑普通瀝青混合料擊實溫度依據(jù)研究目標(biāo)而定，其他試驗方法均滿足試驗規(guī)程的要求。

選擇5 km路段作為車轍劑A和車轍劑B瀝青混合料為中面層(6 cm AC-20)試驗段，其他段落維持原設(shè)計(6 cm AC-20 SBS改性瀝青混合料)。試驗段在支線跨橋上，拌合、攤鋪、壓實等設(shè)備和施工工藝均與主線相同，經(jīng)實驗室驗證后在主線上進(jìn)行不同車轍劑類型及用量的試驗段鋪筑，并同步進(jìn)行多次現(xiàn)場試驗檢測，最后通過重交通長期實踐驗證，提出針對不同車轍劑類型的合理添加量和推薦使用層位。

2 車轍劑對AC-20瀝青混合料性能的影響

2.1 車轍劑A的不同用量對馬氏指標(biāo)的影響

4檔石灰?guī)r集料規(guī)格分別為9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0.075～2.36 mm，填料為礦粉，各檔礦料用量比例為46∶25∶2∶23∶4，合成級配見表1；瀝青結(jié)合料分別采用普通瀝青、SBS改性瀝青以及加入車轍劑A的普通瀝青，車轍劑A的摻量分別為普通瀝青質(zhì)量的5.1%、1.9%、10.8%，試驗結(jié)果如圖1～4所示。

從試驗結(jié)果可知，在不同瀝青結(jié)合料類型與車轍劑A的不同摻量下，馬歇爾技術(shù)指標(biāo)發(fā)生了較大變化：普通瀝青和SBS改性瀝青形成的AC-20C混合料空隙率變化較小，SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比普通瀝青混合料大，說明改性瀝青的抗水損害性能優(yōu)于普通瀝青；隨著車轍劑摻量的逐漸增大，表干相對密度逐漸減小，空隙率和穩(wěn)定度逐漸增大，殘留穩(wěn)定度比逐漸降低，較SBS改性瀝青混合料明顯偏低。盡管馬歇爾殘留穩(wěn)定度比不作為密級配瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價指標(biāo)，但在一定程度上說明車轍劑A對水損害能力的提高效果不如SBS改性瀝青。分析認(rèn)為，車轍劑A的摻入雖然能提高60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度，但在油石比4.3%和163 ℃成型溫度下，隨著摻量的增加，試件空隙率逐漸增大，在馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗過程中強(qiáng)度衰減較快，導(dǎo)致殘留穩(wěn)定度比降低[16-18]。

2.2 車轍劑類型對瀝青混凝土性能的影響

為進(jìn)一步驗證不同結(jié)合料類型和不同車轍劑對馬氏技術(shù)指標(biāo)和路用性能的影響，依據(jù)9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0.075～2.36 mm四檔礦料和礦粉水洗篩分結(jié)果，確定其用量比例為49∶21∶6∶20∶4，目標(biāo)合成級配如表2所示。結(jié)合料類型分別為普通瀝青、SBS改性瀝青、摻0.3%抗車轍劑A的普通瀝青、摻0.3%抗車轍劑B的普通瀝青，其中摻0.3%抗車轍劑A的普通瀝青混合料擊實溫度為170 ℃，各混合料性能指標(biāo)的試驗結(jié)果如表3所示。在試驗結(jié)果的此基礎(chǔ)上，進(jìn)行生產(chǎn)級配篩分，拌合站各熱倉17～22 mm、11～17 mm、6～11 mm、3.5～6 mm、0.075～3.5 mm礦料及礦粉的比例為12∶34∶21∶9∶20∶4，生產(chǎn)合成級配如表4所示。針對普通瀝青摻0.3%抗車轍劑A形成的AC-20C瀝青混合料，分別進(jìn)行163 ℃不同壓實功下和雙面各擊實75次時不同成型溫度下的馬歇爾試驗，結(jié)果如圖5、6所示。之后對普通瀝青摻0.3%抗車轍劑A和普通瀝青摻0.3%抗車轍劑B形成的AC-20C瀝青混合料進(jìn)行短期老化，然后在不同壓實功條件下進(jìn)行凍融劈裂試驗，試件成型溫度均控制在163 ℃，結(jié)果如圖7、8所示。

圖1 不同結(jié)合料類型與試件密度的關(guān)系

圖2 不同結(jié)合料類型與空隙率的關(guān)系

圖3 不同結(jié)合料類型與殘留穩(wěn)定度的關(guān)系

圖4 不同結(jié)合料類型與穩(wěn)定度的關(guān)系

表2 AC-20C礦料合成級配

從試驗結(jié)果可知：摻入瀝青混凝土總量0.3%的抗車轍劑后，普通瀝青的抗車轍性能有了明顯提升，其中抗車轍劑A的效果更為明顯，說明摻入該型號抗車轍劑的瀝青高溫穩(wěn)定性優(yōu)于摻入抗車轍劑B的瀝青和SBS改性瀝青；但從擊實溫度來看，加入抗車轍劑A的瀝青混合料對擊實溫度的要求比較高，加快了拌和、攤鋪過程中瀝青的短期老化，同時也增加了施工的難度和燃料的消耗。

(1)由圖5、6可知，加入0.3%車轍劑A的瀝青混合料隨擊實功的增大，空隙率線性降低，隨擊實溫度升高，空隙率呈凹形曲線變化，存在最佳成型擊實溫度，驗證了表2試驗結(jié)果針對車轍劑A采用170 ℃成型溫度的合理性。

(2)從圖7、8可知，經(jīng)短期老化后的不同類型結(jié)合料形成的AC-20C瀝青混合料，隨著壓實功增大，空隙率均隨之降低，加入車轍劑A的混合料試件無論是擊實30次還是50次，其空隙率均較SBS改性瀝青和加入車轍劑B的瀝青混合料偏大，表明加入車轍劑A的混合料較難壓實，而加入車轍劑B的混合料和SBS改性瀝青的壓實功較為接近[19-20]。

表3 不同結(jié)合料馬氏指標(biāo)和路用性能試驗結(jié)果

表4 AC-20C礦料合成級配

圖5 壓實功與空隙率的關(guān)系

圖6 擊實溫度與空隙率的關(guān)系

圖7 不同車轍劑類型與空隙率關(guān)系

圖8 不同車轍劑類型與凍融劈裂強(qiáng)度關(guān)系

(3)從凍融劈裂強(qiáng)度比來看：加入車轍劑B的混合料較SBS改性瀝青混合料高15%～20%，較加入車轍劑A的瀝青混合料高20%～22%；且經(jīng)短期老化后，SBS改性瀝青和加車轍劑A的瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度衰減較快，加入車轍劑B的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度衰減較慢，表明加入車轍劑B改善瀝青混合料抗水損害性能的效果較好；采用老化后瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)更容易區(qū)分各類型結(jié)合料水穩(wěn)定性的優(yōu)劣。

3 不同車轍劑及其用量在施工階段的應(yīng)用評價

考慮到摻車轍劑A的熱拌瀝青混合料需要在較高溫度下才能降低室內(nèi)空隙率，且混合料出場溫度要控制在165 ℃～175 ℃之間，為了對不同車轍劑類型及用量在工程實踐中的應(yīng)用進(jìn)行評價，瀝青面層施工設(shè)備配備和施工工藝均保持相同，試驗段油石比均為4.3%，馬氏試件成型溫度均為165 ℃。先后于2012年4、5月在高速公路支線跨橋橋面和主線瀝青下面層上鋪筑試驗段，并對其進(jìn)行了鉆芯壓實度和滲水試驗檢測。其中4月份采用表4的生產(chǎn)配合比鋪筑摻0.3%車轍劑A的混合料和摻0.3%車轍劑B的混合料，5月份采用22 mm、11～17 mm、6～11 mm、3.5～6 mm、0.075～3.5 mm礦料及礦粉的比例為12∶32∶21∶9∶22∶4，合成級配見表5。5月10、11日進(jìn)行了摻0.3%車轍劑A的混合料鋪筑，5月12、13日進(jìn)行了摻0.2%車轍劑A的混合料鋪筑。

為節(jié)約篇幅和進(jìn)一步對比不同車轍劑在施工階段的應(yīng)用，僅研究支線跨橋和主線上鋪筑摻0.3%車轍劑A的混合料路段各2段，主線上鋪筑摻0.2%車轍劑A的的混合料路段2段，以及主線上摻0.3%車轍劑B的混合料路段2段，分析試驗數(shù)據(jù)。

表5 AC-20C礦料合成級配

(1)支線跨橋橋面上有2段摻0.3%車轍劑A的混合料路段，瀝青中面層的10個芯樣剩余空隙率均值為7.7%，大部分大于7%，9個芯樣平均滲水系數(shù)為291.4 mL·min-1，接近規(guī)范規(guī)定的不大于300 mL·min-1。在主線上鋪筑的2段中，摻0.3%車轍劑A的混合料成型中面層剩余空隙率均值分別為5.3%和5.5%，變異系數(shù)分別為22.5%和24.1%，空隙率較橋面鋪筑有較大降低，但大部分單點滲水系數(shù)仍超出規(guī)范要求，且變異性較大。分析認(rèn)為，在相同車轍劑A摻量、級配、油石比和厚度下，支線跨橋橋面上的瀝青中面層施工較主線施工的空間(作業(yè)面)受限，導(dǎo)致壓實工藝未能及時緊跟慢壓、同進(jìn)同退，加上橋面剛度較大等因素，最終導(dǎo)致剩余空隙率較大。

(2)主線2個摻0.2%車轍劑A的混合料路段的剩余空隙率均值分別為4.0%和4.3%，變異系數(shù)分別為16.3%和27.9%，但滲水系數(shù)變異性仍較大，與剩余空隙率相關(guān)性較差。與同樣主線施工的0.3%摻量相比，車轍劑A摻量為0.2%的中面層剩余空隙率明顯較摻量為0.3%時有所降低，且滲水系數(shù)基本符合規(guī)范要求，表明車轍劑A采用0.2%的劑量更有利于降低路面剩余空隙率和提高道路使用性能。

(3)主線上摻0.3%車轍劑B的混合料的2段中面層剩余空隙率基本在3%～6%，均值為5.5%，變異系數(shù)為15.8%，滲水系數(shù)均值為99 mL·min-1，變異系數(shù)為24.4%，滿足規(guī)范要求。這表明，同樣施工條件下?lián)?.3%車轍劑B的AC-20C瀝青混合料的路用性能優(yōu)于加入0.3%車轍劑A的混合料。同樣的配合比和施工條件下，加入車轍劑B的混合料路面空隙率和滲水系數(shù)顯著低于加入車轍劑A的混合料，表明車轍劑類型對路面剩余空隙率的影響較大，所表現(xiàn)的路用性能指標(biāo)存在明顯的差異性，車轍劑B的綜合路用性能優(yōu)于車轍劑A。

(4)采用上述2種不同類型車轍劑和不同劑量鋪筑的試驗段滲水檢測結(jié)果表明，滲水系數(shù)與剩余空隙率相關(guān)性不理想。分析認(rèn)為，盡管本次滲水試驗均在鉆芯芯樣附近進(jìn)行，出現(xiàn)部分滲水系數(shù)偏大的原因與試驗檢測過程中存在側(cè)滲水有關(guān)，也可能是滲水儀器底座油膩密封效果較差或存在局部離析部位導(dǎo)致。

4 車轍劑在工程實踐中的長期驗證

本項目為重交通路面等級，設(shè)計為：上面層4 cm AC-13(SBS改性瀝青)、中面層6 cm AC-20(SBS改性瀝青)、下面層8 cm AC-25(70#A級道路石油瀝青)、38 cm水穩(wěn)基層、20 cm低劑量水穩(wěn)層。道路于2013年6月份建成通車。項目實施過程中對部分路段進(jìn)行中面層材料變更，將SBS改性瀝青結(jié)合料改為加入車轍劑的70#A級道路石油瀝青。經(jīng)過4年重交通運營的路面檢測，2種不同車轍劑鋪筑的5 km試驗段目前尚無車轍、坑槽和明顯的裂縫病害發(fā)生，僅有幾道縱向裂縫，路面呈現(xiàn)平整、密實和行車舒適的特點。這表明車轍劑對提高半剛性基層瀝青路面的高溫穩(wěn)定性成效顯著，施工階段及時優(yōu)化車轍劑摻量并驗證其路用性能尤為重要，通過現(xiàn)場嚴(yán)格的施工工藝控制和施工質(zhì)量管理有效保證了本項目瀝青路面的使用品質(zhì)和耐久性。

5 結(jié) 語

(1)車轍劑材料組成和性能指標(biāo)對瀝青混合料綜合路用性能會產(chǎn)生較大的影響，加入車轍劑A的瀝青混合料綜合路用性能指標(biāo)不及加入車轍劑B的混合料，摻車轍劑B的瀝青混合料性能接近SBS改性瀝青。雖然兩種抗車轍劑均可顯著提高瀝青混合料的抗車轍性能，甚至超過SBS改性瀝青，但指標(biāo)的均衡性存在較大差異性。

(2)車轍劑雖然能夠顯著提高瀝青混合料的高溫性能，但車轍劑用量對瀝青混凝土的室內(nèi)和現(xiàn)場空隙率影響較大?？紤]到綜合指標(biāo)的均衡性，抗車轍劑瀝青混合料60 ℃動穩(wěn)定度不宜低于6 000 次·mm-1。車轍劑A的用量推薦采用0.2%，車轍劑B的用量為0.3%較為合適，考慮摻車轍劑的瀝青混合料在施工過程中由于溫度過高會對普通瀝青造成老化，其摻量不宜過大。

(3)優(yōu)化車轍劑類型及用量可顯著降低室內(nèi)和現(xiàn)場剩余空隙率，驗證了添加抗車轍劑后瀝青混合料長期具有良好的路用性能；對短期老化后的AC-20瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂強(qiáng)度比試驗更有利于評價水穩(wěn)定性。采用車轍劑材料與普通瀝青制備的瀝青混凝土不宜用作瀝青上面層。

(4)現(xiàn)場進(jìn)行的10段不同車轍劑瀝青混合料試驗段鋪筑檢測結(jié)果表明，成型路面中面層的剩余空隙率與滲水系數(shù)相關(guān)性較差，與相關(guān)研究存在一定出入，在以后的研究工作中還需要進(jìn)一步在室內(nèi)試驗和現(xiàn)場施工中進(jìn)行驗證。

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