一种新型抗车辙剂的性能研究

2013-06-29尤强

城市道桥与防洪 2013年2期

尤强

（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 201210）

0 前言

随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展，道路交通量和轴载不断增加，交通渠化现象越来越明显，这些因素的变化，使沥青路面出现了抗车辙能力不足和过早的初期破坏问题，在我国炎热高温地区，沥青路面的车辙病害尤其严重。据调查，我国高速公路返修或罩面的原因中，因车辙病害引起的占80%以上，有的高速公路甚至出现车辙铣刨加铺两年后又出现明显车辙病害的现象，这给社会和经济都带来了巨大的损失。

路面出现车辙的原因有多种，最直接的原因就是沥青混合料稳定性不足而引起的塑性变形。针对该原因国内外研制出了用于提高沥青混合料的抗车辙能力的专用抗车辙剂，比如法国PR PLASTS、德国路孚8000、德国Duroflex以及国产PE、RA等，抗车辙剂的加入很大程度上改善了沥青混合料的高温强度和稳定性。然而现有抗车辙剂几乎都存在一个弊端：只注重抗车辙能力，忽视甚至牺牲混合料的低温抗裂性。本文将研究一种新型的抗车辙剂LQ，评价其一定掺量下的动稳定度变化，和低温抗弯拉能力的变化，并对其改性机理进行分析。为进行对比，将分别制作普通沥青混合料、改性沥青混合料和LQ沥青混合料。

1 原材料

结合料：SK70#；级配类型：AC-13；集料：石灰石，其技术指标全部符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求。抗车辙剂：LQ；掺量：0.4%（占混合料）；LQ抗车辙剂呈黑色、固体、扁圆颗粒状，颗径3～4 mm，见表 1～表 3。

表1 SK70#沥青指标

表2 SBS改性沥青指标

表3 LQ物理指标

2 配合比设计

掺加LQ抗车辙剂的沥青混合料设计方法与普通沥青混合料的配合比设计方法完全相同，当掺量较高时（大于0.6%）可适当增加用油量。

AC-13设计级配见表4及图1。

该级配下，根据空白样试验测定最佳用油量，通过试验研究和分析，确定混合料的最佳用油量为4.6%，相应的空隙率为3.55%。分别制作基质沥青混合料、改性沥青混合料和加入抗车辙剂（0.4%）的沥青混合料，对比其性能指标，其中基质沥青混合料拌合温度为160℃，压实温度为140℃，其余两种均为180℃拌合，160℃压实。

3 试验结果与分析

（1）马歇尔体积参数

马歇尔试验是将沥青混合料制成直径为101.6mm、高为63.5 mm的圆柱体试件，在60℃高温下采用规定的马歇尔稳定度试验仪，以50 mm/min±5 mm/min的加载速率进行加载，测定试件破坏前所能够承受的最大荷载及相应的变形，分别为马歇尔稳定度和流值，马歇尔稳定度越大、流值越小，说明沥青混合料的高温性能越好。对三种混合料进行体积指标和马歇尔指标的测试，见表5。

表4 AC-13沥青混合料设计级配范围

图1 AC-13合成级配曲线图

表5 三种AC-13混合料马歇尔体积指标

从表5看出，在同等沥青用量的情况下，三种沥青混合料VV、VFA、VMA均满足规范要求，LQ混合料的稳定度明显高于其余两种，且流值更小，说明LQ抗车辙剂能够提高沥青混合料的高温稳定性。

另外随着LQ掺量的提高，，混合料的马歇尔稳定度有明显提升，相应的流值降低，当掺量达到0.6%时两者的幅度趋于平缓，见图2。

图2 不同掺量下LQ沥青混合料马歇尔指标的变化

（2）动稳定度

车辙试验试件室内成型采用轮碾，试件长300 mm，宽 300 mm，厚 50 mm，试验温度为 45℃或 60℃，试验轮对试验板的压强为 0.7 MPa±0.05 MPa，试验过程记录绘制时间-变形曲线，通过试验可得到规定时间范围内的动稳定度DS。本研究采用60℃的试验温度，0.7 MPa的轮压对沥青混合料的动稳定度进行试验。试验结果见表6。

表6 三种混合料动稳定度数据比较

由表6得出，AC-13+0.4%LQ混合料的动稳定度要大于改性沥青混合料，且远远高于普通沥青混合料，随着LQ掺量的增加动稳定度呈上升趋势，见图3。

图3 不同掺量下LQ沥青混合料动稳定度变化

（3）低温弯拉性能

通过低温弯曲试验来评价LQ抗车辙剂对混合料低温性能的影响。

按照混合料试验规程T0715-1993规定，采用MTS材料试验机进行试验，试验温度-10±0.5℃，加载速率 50 mm/min。试验结果分析见表7。

表7 三种混合料的低温弯曲性能对比

由表7得出，改性沥青混合料的低温弯曲性能要高于普通沥青混合料，加入LQ抗车辙剂后，混合料的低温性能有所提升，这有别于其他抗车辙剂。

4 机理分析

LQ抗车辙剂是一种直投式产品，对沥青改性过程为二阶热混方式的三元共混体系，即改性历经两个阶段完成。一阶热混是LQ直投式抗车辙剂成品的形成过程。先将各组分共混，通过链段交换和分子间力等作用，形成一种连续相的、稳定的网状结构。LQ在与沥青共混改性之前就已经形成了均匀致密的网状结构，无需再进行长时间的高速剪切，为改性过程能够容易完成创造了条件。二阶热混是LQ抗车辙剂对沥青的改性，由于LQ中所含聚合物均保持了一定的溶胀状态，使其进一步溶胀变得更加容易，所含相关辅料在改性过程较高的温度状态下，具有加速熔融及提高熔体流动性能的作用，使LQ在改性过程中能够快速熔融、溶胀、稀释、均匀分散，具备了在拌和过程中足够短的时间内完成沥青改性的热力学条件。

LQ抗车辙剂特殊的改性机理促使其在混合料中与集料、沥青形成稳固的桥接作用，主要表现在以下几方面：

（1）应用特点

抗车辙剂LQ拌和时首先与集料干拌，熔融于集料表面，加入基质沥青，在拌合过程中，完成对沥青的改性。

（2）改性作用

抗车辙剂LQ易溶融、易分散，可操作性强，大幅度提高沥青软化点、60度粘度，改善沥青对温度的敏感性。

（3）变形恢复作用

抗车辙剂LQ含有足够的弹性成分，在较高温度时具有优异的抗车辙性能和弹性恢复性能，即降低了沥青路面使用过程中的永久变形。

（4）低温性能

抗车辙剂LQ在低温条件下具有较好的柔韧性、低温抗裂性。