樊长昕，王 威，马德崇

(1.山西省交通科技研发有限公司 太原市 030032；2.湖南城市学院 材料与化学工程学院 益阳市 413000)

0 引言

经过近十五年的工程推广应用，抗车辙剂已经证明是有效的沥青混合料外掺改性剂[1]。抗车辙剂通常加入到沥青路面中面层中，不影响基质沥青混合料的级配和油石比，掺量为沥青混合料质量的0.3%～0.5%即可显著提升路面的高温抗车辙性能[2]。由于抗车辙剂是现场直投式添加应用，抗车辙剂沥青混合料的性能受加热温度、矿料级配、油石比、添加量、出料温度等生产工艺参数的影响严重[3]。

抗车辙剂沥青混合料在生产过程中有时受到拌和站计量系统精度、人员操作不当、原料供应、设备管理问题等因素影响，其油石比在抽检中会有一定范围内的波动。油石比即沥青用量，是沥青混合料检测的关键项目[4]。油石比的变化对抗车辙剂沥青混合料的性能稳定影响严重，容易造成路面过早出现病害，减少路面服役年限[5]。因此为提高抗车辙剂沥青混合料的性能稳定性，研究油石比的变化对其性能影响十分必要。

选用工程应用较广的三种抗车辙剂，以基质沥青混合料最佳油石比±0.3%范围内的7个油石比为变量，分别进行沥青混合料的高温车辙、低温小梁弯曲、抗水损害试验，全面评价油石比对抗车辙剂沥青混合料路用性能的影响程度。

1 试验

1.1 原材料

(1)抗车辙剂

抗车辙剂选用工程应用规模较大的三种品牌的样品，分别是德国巴塞尔公司的Domix抗车辙剂、法国PR PLAST.S抗车辙剂、深圳路特公司的LT抗车辙剂。其主要技术指标见表1。

表1 抗车辙剂技术指标

(2)沥青

选用壳牌90号A级基质沥青，性能指标均满足现行规范技术要求。其试验结果见表2。

表2 壳牌90号A级基质沥青试验结果

(3)矿料

粗集料为山西寿阳县聚兴采石场的石灰岩碎石，细集料为山西文水县产机制砂，填料为广西兴安石灰岩矿粉。各项指标满足路面施工技术规范JTG F40-2004的要求。

1.2 沥青混合料配合比

(1)级配

根据抗车辙剂在实体工程中的应用，采用中粒式密级配石灰岩AC-20沥青混合料，其合成级配通过率见表3。

表3 合成级配通过率

(2)最佳油石比

基质沥青混合料马歇尔试验结果见表4。通过马歇尔体积和力学参数确定基质沥青混合料的最佳油石比为4.3%。

表4 基质沥青混合料马歇尔试验结果

1.3 试验方案

本试验以AC-20石灰岩基质沥青混合料最佳油石比4.3%±0.3%范围内的不同油石比，即4.0%～4.6%间隔0.1%的7个油石比为变量，分别进行掺加三种抗车辙剂的沥青混合料性能测试，掺量为沥青混合料质量的0.4%。通过车辙、小梁弯曲、冻融劈裂试验，全面评价油石比的变化对其高温、低温、抗水损害性能的综合影响。

2 试验结果与分析

2.1 抗车辙剂沥青混合料高温性能

采用60℃车辙试验动稳定度作为沥青混合料高温性能的评价指标。不同油石比条件下的抗车辙剂沥青混合料动稳定度结果见表5，其变化趋势见图1。结果表明：三种品牌抗车辙剂的加入，其沥青混合料动稳定度均达到2800次/mm的规范要求。随着油石比的增加，表现出同样的趋势，即先增加后减少，在最佳油石比附近出现峰值。其中Domix在4.1%的油石比下动稳定度最高，LT的峰值出现在4.4%，而PR PLAST.S在4.1%～4.5%范围内的动稳定度均保持在9200次/mm左右，性能稳定。

表5 不同油石比车辙试验动稳定度结果(次/mm)

图1 动稳定度与油石比的变化趋势图

过多或过少的油石比均会削弱沥青混合料的高温性能。当油石比较低时，集料表面的沥青膜较薄，混合料内部的粘聚力差导致整体强度较低，抗车辙性能弱。随着沥青的进一步增多，混合料内部出现多余的自由沥青，降低混合料的粘结力和内摩阻角，导致高温性能的减弱[6]。因此，抗车辙剂沥青混合料在最佳油石比±0.2%范围内其高温性能最佳，油石比变化过大时，会造成动稳定度变异系数过大，抗车辙性能衰减，影响路用性能。

2.2 抗车辙剂沥青混合料低温性能

采用-10℃低温小梁弯曲试验的破坏应变作为沥青混合料低温性能的评价指标。不同油石比条件下的抗车辙剂沥青混合料小梁弯曲试验破坏应变结果见表6，其变化趋势见图2。结果表明：同等条件下，低温性能PR PLAST.S>Domix>LT抗车辙剂。三种抗车辙剂沥青混合料弯曲破坏应变整体上随油石比的增加而增大，随后出现小幅的下降，峰值均在4.4%～4.5%之间。当油石比低于最佳油石比4.3%时，低温性能会有大幅的下降，无法满足改性沥青混合料破坏应变大于2500με的最低要求。主要由于胶结料沥青的含量过低时，混合料内部的粘聚力差，降低混合料的劲度和应力松弛性能，在温度和荷载的作用下导致过大的弯曲应变，造成路面的开裂。

表6 不同油石比小梁弯曲试验破坏应变结果(με)

图2 破坏应变与油石比的变化趋势图

而随着油石比的增加，其低温性能会得到显著改善。一方面沥青胶结料的弹性变形增强沥青混合料的应力松弛性能，其收缩性变大；另一方面，抗车辙剂在偏多的沥青环境中会更好溶胀起到对基质沥青的部分改性作用，同时吸收沥青后的抗车辙剂变软会起到加筋和嵌挤填充的作用[7]。因此，适量地增加油石比对抗车辙剂沥青混合料低温抗裂性能有益，最佳油石比增加0.2%为宜。

2.3 抗车辙剂沥青混合料抗水损害性能

采用冻融劈裂试验残留强度比TSR作为沥青混合料抗水损害性能的评价指标。不同油石比条件下的抗车辙剂沥青混合料残留强度比TSR结果见表7，其变化趋势见图3。试验结果表明：油石比从4.0%增加到4.6%，三种抗车辙剂沥青混合料的TSR均呈现增长的趋势，且PR PLAST.S>Domix>LT抗车辙剂。当油石比低于4.2%时，水稳定性无法满足改性沥青混合料TSR大于80%的最低要求。分析原因主要是沥青含量低使混合料内部空隙率过大，集料表面的沥青膜薄，造成水分过多地侵入到沥青与集料的界面。由于集料对水分的吸引力大于沥青的吸引力，从而导致沥青与集料粘结力降低，引起沥青膜的脱落，造成路面水损害的发生[8]。

表7 不同油石比冻融劈裂试验残留强度比TSR结果(%)

图3 TSR与油石比的变化趋势图

相反地，油石比增加使得沥青混合料内部的空隙率降低，路面的密水性增加，水分难以进入到沥青混合料内部，减少了水损害的发生。同时适量多的沥青会使抗车辙剂起到改性基质沥青的作用，使得沥青的粘性增强，增大沥青与集料的界面强度，从而提高抗车辙剂沥青混合料的抗水损害性能。但是过多的沥青使空隙率过低会导致沥青混合料抗老化性能的下降[9]。因此，从水损害的角度考虑，抗车辙剂沥青混合料的油石比应在最佳油石比到+0.3%为宜。

3 结论

(1)油石比的变化对抗车辙剂沥青混合料性能影响很大，过低和过多的油石比均会使混合料高温、低温、抗水损害性能降低。Domix、PR PLAST.S、LT三种抗车辙剂呈现同样的影响规律。过低的油石比使混合料空隙率增大，沥青膜变薄，高温、低温、抗水损害性能均降低，容易造成路面破坏。适量多的沥青会使抗车辙剂更好地溶胀起到改性基质沥青的作用，使得沥青的粘性增强，同时吸收沥青后的抗车辙剂变软会起到加筋和嵌挤填充的作用，提高混合料的整体性能。

(2)综合考虑抗车辙剂沥青混合料的高温、低温、水稳定性能，其油石比应在基质沥青混合料最佳油石比到+0.2%为宜，即4.3%～4.5%的油石比性能最佳。

(3)为保障抗车辙剂沥青混合料的性能稳定，施工生产过程中应严格监测沥青含量。