李志剛

（河南交院工程技術(shù)有限公司，鄭州 450000）

早期路面多選用水泥混凝土作為面層，這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)層行車(chē)舒適性較差，噪聲較大，后期養(yǎng)護(hù)、改造成本較高，已逐漸從高等級(jí)公路中退出. 瀝青混合料屬于柔性結(jié)構(gòu)層，具有良好的路用性能，易于大型機(jī)械作業(yè)，開(kāi)放交通較快，同時(shí)后期養(yǎng)護(hù)維修成本較低，已成為現(xiàn)階段高等級(jí)公路最主要的面層結(jié)構(gòu)層類(lèi)型［1-2］.但隨著交通量日益增多，尤其重軸載車(chē)輛，瀝青路面在還未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限之前就會(huì)出現(xiàn)車(chē)轍、裂縫、泛油、擁包等病害，特別是車(chē)轍的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重影響行車(chē)的舒適性及安全性［3-4］. 這些病害如果不及時(shí)處治會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的服務(wù)能力進(jìn)一步惡化，也會(huì)造成養(yǎng)護(hù)維修成本大幅度增加. 尤其公路交通運(yùn)輸行業(yè)的大力興起，以及渠化交通、超載現(xiàn)象的出現(xiàn)，讓路面車(chē)轍病害問(wèn)題顯得更為突出［5］. 車(chē)轍本身并不是危害最大的，而是車(chē)轍出現(xiàn)后維修難度大，也會(huì)引起其他路面病害. 在2014 年，長(zhǎng)沙理工大學(xué)鄭健龍?jiān)菏刻岢隽恕盎诮Y(jié)構(gòu)層壽命遞增的耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)新思想”，指出上面層破壞是瀝青路面破壞的根源［6］. 這一理論的提出，更加體現(xiàn)瀝青路面路用性能的重要性. 現(xiàn)階段在高等級(jí)公路中用改性瀝青來(lái)改善瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力最為常見(jiàn)，如SBS改性瀝青混合料，能夠很好地改善瀝青路面的路用性能［7-8］. 在混合料中摻入抗車(chē)轍劑來(lái)改善瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力已成為道路工作者研究的重要課題［9-10］. 本文選用DXG-1新型抗車(chē)轍劑來(lái)改善混合料的高溫抗車(chē)轍能力，通過(guò)試驗(yàn)確定DXG-1的最佳摻量，同時(shí)將SBS改性混合料與摻DXG-1抗車(chē)轍劑混合料的路用性能進(jìn)行對(duì)比分析，為DXG-1抗車(chē)轍劑在瀝青路面中的應(yīng)用提供技術(shù)幫助.

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 瀝青

瀝青對(duì)瀝青路面的性能起著決定性作用，因此瀝青種類(lèi)的選取至關(guān)重要. 本文選用SBS I-D 改性瀝青及70#A級(jí)基質(zhì)瀝青展開(kāi)研究. 兩種瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1、表2.

表1 SBS I-D 改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of main technical indexes of SBS I-D modified asphalt

表2 70#A級(jí)基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of main technical indexes of 70#abase asphalt

1.2 抗車(chē)轍劑

本文選用抗車(chē)轍劑的型號(hào)為DXG-1，黑色固體顆粒，是一種高分子聚合物瀝青路面專(zhuān)用添加劑，在混合料中起到加筋、增韌、填充的效果，能夠大幅度增強(qiáng)瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力，同時(shí)對(duì)混合料低溫抗開(kāi)裂、抗水損害及抗滑能力也有較好的改善效果. 其主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 DXG-1 抗車(chē)轍劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of main technical indexes of DXG-1 anti rutting agent

1.3 配合比設(shè)計(jì)及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

本文選用AC-13C 級(jí)配類(lèi)型進(jìn)行研究，粗集料為3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm 玄武巖碎石，細(xì)集料為0～3 mm石灰?guī)r機(jī)制砂，填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4，普通AC-13C、SBS改性AC-13C混合料最佳油石比及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.

表4 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果Tab.4 Results of aggregate gradation design單位：%

表5 最佳油石比及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Optimum oil stone ratio and Marshall test results

2 抗車(chē)轍劑摻量

DXG-1抗車(chē)轍劑能夠輔助改善瀝青路面的路用性能，尤其對(duì)高溫抗車(chē)轍能力的改善更為顯著，加量較少，效果不太明顯，摻量過(guò)大又會(huì)影響混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成，成本增加，達(dá)不到理想效果. 夏季炎熱環(huán)境下，瀝青路面在車(chē)輛軸載的作用下極易出現(xiàn)車(chē)轍病害［11-12］. 評(píng)價(jià)瀝青路面高溫穩(wěn)定性的方法有多種，主要包括：圓柱體單軸靜載、車(chē)轍試驗(yàn)、重復(fù)試驗(yàn)、三軸靜載及馬歇爾試驗(yàn)等［13-14］. 由于DXG-1抗車(chē)轍劑的主要用途是改善瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力，因此本文選用車(chē)轍試驗(yàn)及馬歇爾試驗(yàn)來(lái)確定抗車(chē)轍劑最佳摻量.

2.1 高溫穩(wěn)定性

不同DXG-1摻量（混合料中質(zhì)量占比）的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料高溫抗車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，不同DXG-1摻量的AC-13C普通混合料車(chē)轍深度及動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖1、圖2.

表6 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Rutting test results

由表6、圖1、圖2可以得出：隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料車(chē)轍深度逐漸降低，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果逐漸升高；當(dāng)DXG-1摻量超過(guò)0.4%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果增幅降低，此時(shí)混合料內(nèi)部嵌擠作用已經(jīng)發(fā)揮得比較充分，摻量過(guò)大動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果提高幅度減緩，也是不經(jīng)濟(jì)的；SBS改性混合料車(chē)轍深度及動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果與DXG-1摻量為0.3%時(shí)普通混合料相當(dāng)，表明當(dāng)DXG-1摻量大于0.3%時(shí)，普通混合料高溫抗車(chē)轍能力優(yōu)于SBS改性混合料.

圖1 車(chē)轍深度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of rutting depth test

圖2 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Dynamic stability test results

2.2 馬歇爾試驗(yàn)

不同DXG-1摻量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，不同DXG-1摻量的AC-13C普通混合料穩(wěn)定度及流值試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4.

表7 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Marshall test results

由表7、圖3、圖4可以得出：隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料穩(wěn)定度及流值試驗(yàn)結(jié)果均逐漸升高；當(dāng)DXG-1摻量超過(guò)0.4%時(shí)，穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果增幅降低；SBS改性混合料穩(wěn)定度及流值試驗(yàn)結(jié)果與DXG-1摻量為0.5%時(shí)普通混合料相當(dāng).

圖3 穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Stability test results

圖4 流值試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Flow value test results

3 路用性能

3.1 低溫抗裂性

北方季節(jié)性冰凍區(qū)，當(dāng)瀝青路面內(nèi)部產(chǎn)生的溫縮應(yīng)力大于混合料的極限容許拉應(yīng)力時(shí)，瀝青路面會(huì)形成裂縫病害，在雨水及車(chē)輛軸載的共同作用下這些病害會(huì)進(jìn)一步惡化，最終形成龜裂、坑槽等嚴(yán)重病害［15-16］. 評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗開(kāi)裂性能的方法有多種，主要包括：低溫彎曲試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn)、接拉伸試驗(yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)等［17-18］. 本文選用低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)不同DXG-1摻量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料進(jìn)行低溫抗裂性試驗(yàn)，抗彎拉強(qiáng)度及彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖5、圖6.

由圖5、圖6可以得出：SBS改性混合料的低溫抗開(kāi)裂能力優(yōu)于摻抗車(chē)轍劑的混合料；隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料抗彎拉強(qiáng)度及彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這主要因?yàn)镈XG-1摻量大于0.5%時(shí)會(huì)影響混合料內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，降低瀝青的黏韌性，影響混合料的低溫抗開(kāi)裂能力.

圖5 抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of flexural tensile strength

圖6 彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of bending failure strain

3.2 水穩(wěn)定性

水損害是瀝青路面破壞的主要形式之一，主要表現(xiàn)為松散、坑槽等病害. 瀝青路面在車(chē)輛軸載及雨水的共同作用下會(huì)降低瀝青與礦料之間的黏附性，造成瀝青膠漿從混合料孔隙中脫落［19-22］. 本文選用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留比試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)不同DXG-1摻量的AC-13C普通混合料及SBS改性AC-13C混合料的抗水損害能力，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7、圖8.

由圖7、圖8 可以得出：隨著DXG-1 摻量的增加，普通混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果均逐漸升高，這主要因?yàn)镈XG-1顆粒在融化后摻雜在礦料中起到了網(wǎng)狀包裹作用，改善混合料的整體強(qiáng)度；SBS 改性混合料的抗水損害能力與抗車(chē)轍劑摻量為0.4%時(shí)的普通混合料相當(dāng).

圖7 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Test results of Marshall residual stability in water immersion

圖8 凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Test results of freeze-thaw splitting residual strength ratio

3.3 抗滑性能

良好的路面抗滑能力是行車(chē)安全的重要保障，因此本文需對(duì)不同DXG-1摻量的混合料及SBS改性混合料進(jìn)行抗滑能力研究［23］. 本文選用擺式摩擦儀進(jìn)行抗滑性能試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為20 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖9. 可以得出：隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料抗滑性能先升高后降低，當(dāng)DXG-1 摻量為0.5%時(shí)，擺值結(jié)果達(dá)到最大；SBS改性混合料抗滑能力始終優(yōu)于摻DXG-1普通混合料.

圖9 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Test results of anti sliding performance

4 結(jié)論

本文選用AC-13C瀝青混合料，將DXG-1抗車(chē)轍劑分別以0%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的摻量添加到普通瀝青混合料中，并對(duì)摻DXG-1的普通混合料及SBS改性混合料進(jìn)行路用性能對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

1）隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料高溫穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)DXG-1摻量大于0.5%時(shí)，普通混合料高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于SBS改性混合料，綜合考慮DXG-1最佳摻量為0.4%.

2）SBS改性混合料低溫抗開(kāi)裂能力優(yōu)于摻抗車(chē)轍劑的普通混合料，DXG-1摻量為0.5%時(shí)，普通混合料低溫抗開(kāi)裂能力最優(yōu).

3）隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料抗水損害能力逐漸增強(qiáng)；當(dāng)DXG-1摻量為0.4%時(shí)，普通混合料與SBS改性混合料抗水損害能力相當(dāng)；隨著DXG-1摻量的增加，普通混合料抗滑性能先升高后降低，SBS改性混合料抗滑能力始終優(yōu)于摻DXG-1普通混合料.