陳志毅, 嚴 超, 方 楊

(1.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，廣州 510420；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，汽車數(shù)量的大幅增加，尤其是重載、超載車輛數(shù)量快速增長，導(dǎo)致公路達不到設(shè)計壽命就發(fā)生損壞，部分公路甚至建完初期就出現(xiàn)了車轍等早期病害，加之廣東省特有的濕熱氣候，雨水較多，車轍病害結(jié)合水損害嚴重影響了瀝青路面的使用性能及行車安全[1～2]。公路瀝青路面比較常見的車轍類型可以分為以下幾種[3]：(1)結(jié)構(gòu)性車轍；(2)失穩(wěn)性車轍或者流動性車轍；(3)磨耗性車轍；(4)壓密形變。改善瀝青路面早期易出現(xiàn)車轍等問題，除了調(diào)整路面結(jié)構(gòu)及原材料等措施以外，通過添加抗車轍劑等高聚合物對瀝青混合料進行改性也是常用方法之一[4]。

目前市面上抗車轍劑外加劑種類繁多，對瀝青混合料的性能提升效果也是各有不同，針對特殊氣候、交通荷載環(huán)境的瀝青路面的高溫抗車轍性能并未取得更有效的提升效果，甚至部分抗車轍劑一味改善混合料的高溫抗車轍性能，忽略了混合料的水穩(wěn)定性、低溫抗裂等其他路用性能[5]。因此，針對廣東地區(qū)在高溫重載條件下的瀝青路面易出現(xiàn)車轍、推移擁包等早期損壞，尤其是長大陡坡段的路面車轍等病害，本文對比研究了70號普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的路用性能。

1 原材料

1.1 瀝青

瀝青為殼牌(佛山)有限公司生產(chǎn)的70號普通瀝青和SBS改性瀝青。瀝青檢測指標(biāo)見表1和表2。從表中可以得出，70號普通瀝青和SBS改性瀝青均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[6]要求。

表1 70號瀝青檢測指標(biāo)

續(xù)表1

10℃延度/cm ≥1524.2軟化點(R&B)/℃≥4647.5閃點/℃≥26033525℃相對密度實測記錄1.03560℃動力黏度/(Pa·s)≥180191旋轉(zhuǎn)薄膜加熱后殘留物質(zhì)量變化/(%)-0.8～+0.8-0.044殘留針入度比/(%)≥6175.010℃殘留延度/cm≥66.315℃殘留延度/cm實測記錄35.9

表2 SBS改性瀝青檢測指標(biāo)

1.2 集料

采用廖坑石場生產(chǎn)的粗集料，集料規(guī)格分別為S9(10～20mm)、S12(5～10mm)、S14(3～5mm)碎石；細集料采用廖坑石場生產(chǎn)的S16(0～3mm)石屑。粗、細集料的密度和篩分詳見表3和表4。

表3 粗、細集料密度試驗結(jié)果

表4 粗、細集料篩分試驗結(jié)果

1.3 填料

填料采用從化呂田礦粉，密度和篩分試驗結(jié)果見表3和表4。

1.4 抗車轍劑

抗車轍劑采用CZW抗車轍劑，摻量為70號普通瀝青混合料質(zhì)量的0.4%。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 礦料級配設(shè)計

本文采用馬歇爾設(shè)計方法設(shè)計CZW抗車轍劑改性瀝青混合料配合比時，重點考慮瀝青混合料的抗高溫、抗水損害等性能，在廣東省特有的氣候、交通特征基礎(chǔ)上，結(jié)合已有經(jīng)驗，選取最優(yōu)方案。礦料篩分及合成級配見表5。

表5 GAC-20瀝青混合料礦料篩分及合成級配

2.2 馬歇爾試驗結(jié)果

CZW抗車轍劑改性瀝青混合料成型溫度按照改性瀝青混合料規(guī)范成型溫度，不同油石比下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果如表6所示。

表6 CZW抗車轍劑改性瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

2.3 瀝青最佳用量

由表6中的瀝青用量與各項馬歇爾指標(biāo)的關(guān)系可得曲線，如圖1所示。

圖1 GAC-20抗車轍劑改性瀝青混合料配合比確定瀝青用量

根據(jù)曲線圖可知，密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率(4.3%)以及飽和度范圍中值對應(yīng)的瀝青用量分別為a1=4.72%、a2=4.10%、a3=4.20%、a4=4.30%。

其中，OACmin=4.10%，OACmax=4.60%；

OAC1=(a1+ a2+a3+a4)/4=4.33%；

OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(4.10%+4.60%)/2=4.35%；

OAC=(OAC1+OAC2)/2=(4.33%+4.35%)/2=4.34%；

即最佳瀝青含量為4.34%，最佳油石比為4.54%，取整為4.5%。

2.4 最佳油石比馬歇爾試驗結(jié)果

最佳油石比4.5%下馬歇爾試驗結(jié)果見表7。由表7可見，設(shè)計制備的CZW抗車轍劑改性瀝青混合料馬歇爾各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表7 最佳油石比馬歇爾試驗結(jié)果

3 性能對比試驗

3.1 高溫穩(wěn)定性

相關(guān)規(guī)范規(guī)定，瀝青混合料高溫性能采用車轍試驗進行檢驗評價，車轍試驗評價指標(biāo)為動穩(wěn)定度[7]。但由于全國不同地區(qū)氣候及交通荷載差別很大，尤其廣東地處濕熱地區(qū)，夏季路面溫度高達70℃以上，越來越多的重型車輪胎接地壓強高達0.9MPa以上，僅僅采用規(guī)范中車轍試驗條件(壓強0.7MPa，溫度60℃)并不能全面判定當(dāng)?shù)貫r青混合料的抗車轍性能。為更有效地評價廣東濕熱重載地區(qū)瀝青混合料的高溫抗車轍性能，在規(guī)范車轍試驗條件下，增加另外兩種試驗條件：浸水車轍試驗(0.7MPa，60℃)和高溫重載車轍試驗(0.9MPa，70℃)。車轍試驗結(jié)果見表8。

表8 車轍試驗結(jié)果

由表8可以看出，在規(guī)范車轍試驗條件下，70號普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和CZW抗車轍劑改性瀝青混合料動穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求，且CZW抗車轍劑改性瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度符合《瀝青混合料改性添加劑 第1部分：抗車轍劑》(JT/T 860.1-2013)技術(shù)要求(0.3%抗車轍劑摻量≥6 000次/mm)[8]；在浸水車轍試驗條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的車轍試驗動穩(wěn)定度符合JT/T 860.1-2013技術(shù)要求(≥6 000次/mm)；在高溫重載車轍試驗條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的車轍試驗動穩(wěn)定度達3 848次/mm，接近JT/T 860.1-2013技術(shù)要求(≥4 500次/mm)。

三種瀝青混合料在不同車轍試驗條件下的動穩(wěn)定度差別較大，在規(guī)范車轍試驗條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度是70號普通瀝青混合料的6倍，與SBS改性瀝青混合料相當(dāng)；在浸水車轍試驗條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度是70號普通瀝青混合料的7.3倍，是SBS改性瀝青混合料的0.8倍；在高溫重載車轍試驗條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度是70號普通瀝青混合料的13倍，是SBS改性瀝青混合料的1.3倍。

綜合而言，在高溫抗車轍性能上，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料>SBS改性瀝青混合料>70號普通瀝青混合料。

3.2 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗對瀝青混合料的抗水穩(wěn)定性能進行評價研究[9]。其中浸水馬歇爾試驗評價指標(biāo)為殘留穩(wěn)定度=浸水48h穩(wěn)定度/浸水0.5h穩(wěn)定度×100%；凍融劈裂試驗評價指標(biāo)為殘留強度比=凍融循環(huán)后劈裂抗拉強度/未凍融循環(huán)劈裂抗拉強度×100%。結(jié)果分別見表9和表10。

由表9和表10可知，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、殘留強度比分別為94.5%、88.8%，均滿足規(guī)范要求，與70號普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能相當(dāng)。

表9 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表10 凍融劈裂試驗結(jié)果

4 結(jié)論

(1)浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結(jié)果表明，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性，殘留穩(wěn)定度、殘留強度比分別為94.5%、88.8%，與SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能相當(dāng)。

(2)車轍試驗結(jié)果表明，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的高溫性能較好，添加CZW抗車轍劑可大幅提高70號普通瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，與SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能相當(dāng)。尤其在高溫重載條件下，CZW抗車轍劑改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度是70號普通瀝青混合料的13倍；是SBS改性瀝青混合料的1.3倍。

(3)CZW抗車轍劑改性瀝青混合料路用性能良好，尤其適用于高溫多雨、重載交通等特殊地區(qū)，具有較好的推廣應(yīng)用價值。