抗车辙剂在沥青路面中的应用
1 前言
随着我国经济建设的快速健康发展，道路交通量大幅度增加，不仅是高等级公路的交通渠化严重，随着各地工业园区的大力发展，城市主干道以及部分城市次干道因施工车辆和超载重载车的频繁碾压也对路面结构产生了很大的破坏。加上近几年罕见的历史高温，沥青路面在高温和持续重荷载作用下，产生显著的永久变形并累积形成车辙。沥青路面车辙的出现将严重影响路面结构的服务能力，不但直接影响到路面的平整度和行车安全性，而且会进一步诱发其它病害，影响沥青路面的使用品质和使用寿命。道路沥青路面早期破损问题十分突出，已成为影响我国道路健康发展的主要矛盾。在沥青路面的早期损坏中尤其以高温车辙破坏最为突出，在收费站、弯道以及长大纵坡等路段因紧急刹车、车速慢导致轮胎接地时间长等原因，车辙尤为严重。车辙病害已成为公路工程技术人员共同关心和亟待解决的难题。
长期以来，国内外科研单位和公司都在探索和开发改善沥青混合料高温稳定性的新技术新产品。目前，从沥青层面来说，预防车辙的常用措施有：
①对沥青进行改性，在基质沥青中添加sbs、sas等常规改性剂。常规沥青改性剂可通过提高沥青的黏度使其高温稳定性增加，同时提高沥青的强度和劲度，但由于常规改性剂的成品沥青热储存稳定性差，难以在沥青中分散均匀，已分散的聚合物在熔点以下易结团，且在运输途中和储存过程中会出现改性剂与沥青的分层离析，导致改性沥青的性能迅速衰减，所以常规沥青改性剂在实际施工中对沥青路面的改善并不明显。
②在沥青混合料中外掺各种抗车辙剂或采用sma、lsam、atpb等结构层。抗车辙剂外观为黑色颗粒，可长期存放，因其良好的高温熔融性，在沥青混合料生产过程中，可直接添加于沥青拌合锅，通过与集料之间的机械拌和，部分熔融于集料表面，对集料进行预改性，从而提高集料的粘结性。加入沥青后的湿拌和成品混合料运输过程中，部分改性剂在高温条件下将继续溶解或溶胀于沥青中，提高沥青的胶结能力，使沥青的软化点提高、黏度增大、温度敏感性降低。
2 抗车辙剂对沥青混凝土性能的影响
2.1 原材料
沥青：重交沥青ah-70。
矿料：符合《公路工程集料试验工程》的玄武岩。
抗车辙剂：由北京同创拓展科技发展有限公司提供的jtj-130型抗车辙剂，主要技术指标：粒径≤4mm，密度1.0±0.1g/cm3，软化点130℃，熔融指数≥8g/10min，掺加量为0.4%（重量比）。
2.2 试验结果
本次试验以基质沥青配制的ac-20密级配沥青混凝土为基质沥青混凝土，ac-20沥青混凝土属于悬浮密实型结构，集料悬浮于沥青中，其结构强度以沥青自身粘结力为主、矿料的嵌挤力和内摩阻力为辅构成，这就形成了ac型混凝土密实度好、耐久性好、强度低、热稳性差的特点。以其为基质混凝土能够鲜明对比出抗车辙剂对沥青混凝土高温性能的改善作用。通过马歇尔试验确定基质沥青混凝土油石比为4.7%。
此外，由于目前高等级公路普遍采用改性沥青拌制ac-20沥青混凝土，为此本文采用sbs改性沥青制备ac-20改性沥青混凝土，与抗车辙剂沥青混凝土做了性能对比。所用的sbs改性沥青满足jtg f40--2004《公路沥青路面施工技术规范》】中sbs类i—d的各项指标要求。
试验结果如表1所示：
表1 基质沥青混凝土添加sbs和抗车辙剂后性能对比
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添加剂类型 |
马歇尔稳定度 （kn） |
浸水残留稳定度 （%） |
冻融劈裂强度比 （%） |
动稳定度 （次/mm） |
|
基质 |
12.3 |
88.5 |
86.1 |
1140 |
|
基质+sbs |
13.5 |
92.0 |
87.2 |
3195 |
|
基质+抗车辙剂 |
14.2 |
94.3 |
87.9 |
9236 |
为了解抗车辙剂的使用普遍性，本文还分别设计了ac-13和ac-16沥青混凝土，抗车辙剂用量固定为0.4%。采用ah-70重交通沥青作为胶结料，抗车辙剂的使用与上述相同，并通过马歇尔试验确定了油石比。试验结果对比如表2所示：
表2 抗车辙剂对不同类型沥青混凝土性能的影响
|
沥青混凝土类型 |
油石比（%） |
抗车辙剂用量 |
动稳定度 （次/mm） |
|
ac-13 |
5.4 |
0 |
896 |
|
0.4 |
8566 |
||
|
ac-16 |
5.1 |
0 |
1262 |
|
0.4 |
9085 |
||
|
ac-20 |
4.7 |
0 |
1140 |
|
0.4 |
9236 |
综上所述，添加jtj-130型抗车辙剂对于改善沥青混合料的高温抗车辙性能有显著的效果，对于低温抗裂和抗水损害性能有一定的改善作用。抗车辙剂沥青混合料的动稳定度远大于sbs改性沥青混合料。且抗车辙剂的可长期储存性、沥青混合料的可即时加工性、生产和施工温度低以及造价相对便宜等优点，也为抗车辙剂的推广应用提供了可能。
3 机理分析
抗车辙剂对沥青混凝土性能的提高之所以这么明显，主要体现在以下几个方面：
3.1 抗车辙剂的加入吸附了一部分轻质油份使沥青粘度增大，矿料与沥青的粘附性得到改善，而且抗车辙剂均匀分布于矿料中并被拉丝成塑料纤维状，也可部分地起到纤维加筋作用，加强了混合料的抗开裂能力。
3.2 抗车辙剂的加入使沥青的粘度增大、软化点提高,从而使沥青的感温性降低,抗高温变形能力提高。
3.3 少量抗车辙剂在搅拌中临时软化但未熔化，这些颗粒在碾压过程中热成型，相当于具有高粘附性的单一粒径细集料填充了集料骨架中的空隙，增加了沥青混合料结构的骨架作用。
3.4 抗车辙剂中的弹性成分在较高温度时可兼具使路面发生弹性恢复的功能，降低了沥青路面的永久变形。
4 结论
4.1 抗车辙剂沥青混合料的生产除了将拌和时间适当延长，其它步骤与常规方法相同。
4.2 抗车辙剂沥青混合料的油石比略低于sbs改性沥青混合料，生产过程中直接添加于拌和锅，现场不需添加沥青改性设备。
4.3 抗车辙剂沥青混合料在具有良好抗高温变形能力的同时，也具有较好的抗开裂和抗水损害能力。
5 造价
沥青路面通常上面层为4厘米厚，每平方米抗车辙剂造价为9元，不需要另外增加搅拌和施工设备。
由于添加抗车辙剂提高了沥青路面的高温稳定性和抗水损害性能，较好地解决了路面使用过程中容易出现的问题，减少日常养护费用，且根据以往本产品的使用经验，可使得道路大修期限延长1-2年。
6 工程实例
重庆成渝高速大修
重庆保税港区
重庆210国道改造工程
重庆空港铜鼓山大道
重庆观音桥小苑路
重庆蔡家工业园区道路
重庆210国道改造
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京福高速济南至德州段
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