文/新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 吳忠輝

一直以來，國內(nèi)外不少學(xué)者及科研單位開展了大量關(guān)于車轍的防治研究，主要集中在材料與結(jié)構(gòu)方面。目前，對于抗車轍劑的研究較少涉及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中并未考慮混合料的抗剪性能。因此，本文選取實(shí)體工程中常用的天怡抗車轍劑及礦料級配，以混合料抗剪強(qiáng)度為指標(biāo)，采用單軸貫入和圓環(huán)剪切雙重對比試驗(yàn)，從力學(xué)角度探討抗車轍劑對瀝青混合料抗剪性能的影響規(guī)律和程度。

試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料及性質(zhì)

瀝青

瀝青混合料采用華特SBS改性瀝青，相關(guān)性能及要求如表1所示，其性能均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

抗車轍劑

根據(jù)實(shí)際情況選擇天怡抗車轍劑，研究混合料抗剪性能，其相關(guān)材料參數(shù)如表2所示。

表1 SBS瀝青常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果

表2 抗車轍劑的材料參數(shù)

表3 抗剪參數(shù)表

表4 圓環(huán)剪切試驗(yàn)抗剪參數(shù)表

礦料及級配

試驗(yàn)所采用的集料為玄武巖，礦粉為石灰?guī)r磨制而成，集料各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。礦料級配采用AC-13F，最佳油石比為5%。

試驗(yàn)方法

單軸貫入試驗(yàn)

單軸貫入試驗(yàn)采用一半徑為r的壓頭施壓，在半徑為R的圓柱體試件上（r＜R），以此模擬路面受力狀態(tài)，利用力學(xué)三維有限元分析，得出相關(guān)抗剪參數(shù)，如表3所示。以求其抗剪強(qiáng)度，并輔助無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)求解瀝青混合料的C、φ值。

根據(jù)S = C×P求得相應(yīng)的主應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度。根據(jù)庫倫-莫爾強(qiáng)度理論求解出混合料的兩個重要參數(shù)：黏聚力C和內(nèi)摩擦角 。單軸貫入試驗(yàn)的C和公式為：

圖1 不同抗車轍劑摻量的抗剪強(qiáng)度

圖2 不同抗車轍劑摻量的內(nèi)摩擦角

圖3 不同抗車轍劑摻量的內(nèi)摩擦角

圓環(huán)剪切試驗(yàn)

其原理為采用小于試件尺寸的壓頭和圓環(huán)支座對圓柱形試件加載模擬實(shí)際路面的受力情況。試件剪切破壞時(shí)能出現(xiàn)明顯的剪切錐形破壞面。其基本公式原理與單軸貫入試驗(yàn)相似，強(qiáng)度參數(shù)如表4所示。

試件制備

由于兩種試驗(yàn)方法所要求的試件尺寸及成型方法不一，故為了更好地反映瀝青混合料性能，避免因試件成型方式不同對試驗(yàn)結(jié)果造成影響，采用統(tǒng)一的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方式成型試件。

抗車轍劑的摻量根據(jù)試件總質(zhì)量的0%、1%、2%、3%、4%、5%。先將抗車轍劑與集料置于瀝青混合料的拌和鍋中，在170℃～180℃的溫度下干拌120s，使抗車轍劑軟化，待充分?jǐn)嚢韬罄^續(xù)加入瀝青拌和120s，最后加入礦粉攪拌120s，待攪拌完全后立即裝入試模內(nèi)成型試件。試驗(yàn)前將試件置于60℃恒溫箱中保溫6h。待養(yǎng)護(hù)結(jié)束后立即開始剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度與試件保溫溫度一致，加載速度為1mm/min。

試驗(yàn)結(jié)果分析與探討

經(jīng)過試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如圖1至圖3所示。

由圖1至圖3可知，兩種試驗(yàn)結(jié)果均表明，抗車轍劑的添加可顯著提升瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度隨著抗車轍劑摻量的增加而增大，當(dāng)抗車轍劑摻量＞3%時(shí),抗剪強(qiáng)度趨于平緩。抗車轍劑的添加對混合料抗剪強(qiáng)度的提升，主要在于增加混合料的黏聚力對于內(nèi)摩擦角的提升幅度不大。一方面，抗車轍劑的加入吸收了瀝青輕質(zhì)組分，起到了增黏的效果，提升瀝青的彈性性能，同時(shí)新形成的抗車轍劑改性瀝青包裹于礦料顆粒表面，強(qiáng)化集料顆粒之間的黏結(jié)；另一方面，部分未融化的抗車轍劑在混合料拌和過程中受顆粒的嵌擠而被拉絲形成空間網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而約束了混合料內(nèi)部集料的滑動。故隨著抗車轍劑摻量的增加，混合料的黏聚力不斷增大，抗剪性能不斷提升。

對于混合料的內(nèi)摩擦角，由于所選級配為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，粗集料相對較少而細(xì)集料較多，在混合料拌和過程中，抗車轍劑處于黏流狀態(tài)，細(xì)集料將會以未融化的抗車轍劑為核心聚集，形成較大顆粒的聚集團(tuán)，間接增大了混合料中粗集料比重，故混合料的內(nèi)摩擦角隨著抗車轍劑的增加而有所增大，但限于所選級配中細(xì)集料比重較大，再者所形成的以抗車轍劑為核心的聚集團(tuán)無法充分起到真正粗集料的骨架支撐作用，故抗車轍劑的加入對混合料的內(nèi)摩擦角提升作用并不顯著。

圓環(huán)剪切試驗(yàn)和單軸貫入試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律基本相似，其區(qū)別在于，圓環(huán)剪切試驗(yàn)得到的內(nèi)摩擦角較單軸貫入試驗(yàn)的大13%左右，而內(nèi)摩擦角的則相反，這是因?yàn)閮煞N試驗(yàn)方法的底座不同，受壓時(shí)試件所受的圍壓不同，進(jìn)而試件內(nèi)部受力情況有所差異?？傮w上兩種試驗(yàn)結(jié)果的抗剪強(qiáng)度差值均在5%以內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果及變化規(guī)律基本一致，保證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

結(jié)語

抗車轍劑的加入可顯著提升混合料的抗剪性能，抗剪強(qiáng)度的增加主要在于增加瀝青混合料的黏聚力，而內(nèi)摩擦角的提升較為有限；瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度隨著抗車轍摻量的增加而不斷增大，當(dāng)摻量大于3%時(shí)，抗車轍摻量的增加對混合料抗剪強(qiáng)度的改善效果增幅不大，故僅從瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的角度，推薦抗車轍劑的最佳摻量為3%。