抗車轍劑改性瀝青混合料在公交站路面上的應(yīng)用及路用性能研究

劉澄源

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350003)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)民對(duì)生活水平要求日益提高，家庭私有汽車保有量不斷提高，交通擁堵已經(jīng)逐漸成為大多數(shù)城市主要關(guān)注問(wèn)題。解決交通擁堵問(wèn)題，大多數(shù)城市均采用提倡綠色出行方式，包括公交車、地鐵、非機(jī)動(dòng)車，其中公交車是綠色低碳出行的主要方式之一。因此，保證公交車行駛的舒適性、安全性，可以很大程度提升城市居民出行的幸福感。但是，由于公交車運(yùn)行特點(diǎn)，即車輛在公交站臺(tái)處常出現(xiàn)較大幅度的降速并?？?，導(dǎo)致公交站臺(tái)處瀝青路面常常出現(xiàn)推移、車轍、路面開裂等病害，很大程度降低了公交出行的舒適性及安全性[1]。為提升公交站臺(tái)瀝青路面結(jié)構(gòu)避免病害出現(xiàn)，本文擬通過(guò)對(duì)抗車轍劑加入瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，探索其對(duì)混合料性能的影響度。

1 試驗(yàn)方案及原材指標(biāo)

1.1 試驗(yàn)方案

為了研究抗車轍劑對(duì)瀝青混合料性能影響，本試驗(yàn)將不同劑量抗車轍劑加入常用瀝青中面層即AC-20C通過(guò)路用性能試驗(yàn)進(jìn)行研究?？管囖H劑采用廠家提供的0.15%～0.45%摻量材料，本試驗(yàn)選取4組摻量即0.15%、0.25%、0.35、0.45%進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)4組不同抗車轍劑摻量與空白組進(jìn)行對(duì)比研究。在路用性能試驗(yàn)選取上，本試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)來(lái)對(duì)混合料高溫性能進(jìn)行驗(yàn)證，最終通過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)不同摻量組的混合料進(jìn)行判別抗車轍劑對(duì)混合料水穩(wěn)性能影響[2]。

1.2 原材指標(biāo)

瀝青中面層的流動(dòng)及變形是瀝青路面出現(xiàn)車轍病害的主要原因，因此本試驗(yàn)選用常作為中面層的AC-20C瀝青混合料作為載體，加入抗車轍劑進(jìn)行研究；混合料骨料采用石灰?guī)r，瀝青采用SBS改性瀝青，各材料指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表1～表3及圖1所示。

表1 AC-20C級(jí)配各篩孔通過(guò)率

表2 SBS改性瀝青指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 抗車轍劑指標(biāo)

圖1 合成級(jí)配曲線圖

2 抗車轍劑對(duì)瀝青及混合料產(chǎn)生影響機(jī)理

由于目前工況上抗車轍劑主要為干拌法，在拌和過(guò)程中集料溫度高，拌和時(shí)間相對(duì)較短，部分抗車轍劑融于瀝青，部分抗車轍劑粘附于集料表面，因此主要發(fā)揮以下兩部分作用[3]：

(1)抗車轍劑融于瀝青后的改性作用：

高溫狀態(tài)下，抗車撤劑軟化成流體狀態(tài)，在拌和作用下與混合料中瀝青融合形成膠結(jié)作用，由于抗車轍劑本身性能，瀝青被改性后變粘稠，針入度降低，高溫性能得到提升，同時(shí)溫度敏感性有所下降。

(2)部分未融于瀝青中的抗車轍劑在礦料中的作用：

部分未融于瀝青中的抗車轍劑游離于骨料之間，在骨料高溫加熱狀態(tài)下，抗車轍劑變軟部分粘附于骨料表面?？管囖H劑本質(zhì)為有機(jī)高分子材料，具有高黏高彈特性，在礦料之間起到部分加筋作用。未粘附于礦料表面的抗車轍劑變軟后填充與骨料之間，降溫硬化后也可以起到填充密實(shí)嵌擠作用，均對(duì)混合料強(qiáng)度及高溫性能有一定幫助。

3 試驗(yàn)及分析

3.1 瀝青膠漿DSR試驗(yàn)

基于我國(guó)目前常用檢測(cè)瀝青高溫性能的試驗(yàn)，主要通過(guò)軟化點(diǎn)、針入度、粘度試驗(yàn)等，這些試驗(yàn)多為單一溫度條件下通過(guò)靜載測(cè)試，無(wú)法較好地對(duì)瀝青高溫流變性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，本試驗(yàn)通過(guò)美國(guó)SHRP中的動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)對(duì)不同摻量的瀝青膠漿進(jìn)行高溫性能測(cè)定。試驗(yàn)分別在52℃、58℃、64℃、70℃、76℃溫度條件下進(jìn)行，根據(jù)G*復(fù)數(shù)模量與δ相位角以及抗車轍因此G*/sinδ變化，判斷抗車轍劑對(duì)瀝青膠漿高溫性能影響。抗車轍因子數(shù)值越大，瀝青膠結(jié)料高溫性能越好[4]，試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖2所示。

表4 不同溫度下抗車轍因子隨抗車轍劑摻量變化結(jié)果 kPa

圖2 不同溫度下抗車轍因子隨抗車轍劑摻量變化柱狀圖

根據(jù)表4、圖2可以看出，隨著抗車轍劑的增加，不同溫度下瀝青膠漿抗車因子G*/sinδ(kPa)隨著抗車轍劑量的增加而變大，改善最明顯的是0.45%摻量，相對(duì)于空白組，0.45%抗車轍劑摻量在52℃-76℃溫度組中分別對(duì)瀝青膠結(jié)料抗車轍因子提升了8.9、8.6、23.5、26.9、21.3倍，提升效果明顯。

3.2 車轍試驗(yàn)

國(guó)內(nèi)目前采用車轍試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料高溫性能進(jìn)行檢測(cè)較多，車轍試驗(yàn)較好地還原了混合料高溫狀態(tài)下車輪碾壓后的變形情況，試驗(yàn)方法參照《公路工程瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)[4]。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖3顯示了不同溫度動(dòng)穩(wěn)定度隨抗車轍劑摻量變化。

圖3 不同溫度動(dòng)穩(wěn)定度隨抗車轍劑摻量變化

根據(jù)表5與圖3可以看出，抗車轍劑添加組動(dòng)穩(wěn)定數(shù)值明顯高于空白組，且隨著抗車轍劑添加量的上升，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度呈上升趨勢(shì)，0.15%～0.45%組混合料較空白組動(dòng)穩(wěn)定度分別增長(zhǎng)了1.8、2.1、2.5、3倍，增長(zhǎng)效果明顯；但隨著抗車轍劑添加量增長(zhǎng)，同組中45℃與60℃動(dòng)穩(wěn)定度差額逐漸變小。主要因?yàn)檩^多游離狀態(tài)的抗車轍劑在混合料空隙中填充，使混合料變得密實(shí)，嵌擠力不斷增大，導(dǎo)致混合料感溫性能相對(duì)降低。

3.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

路面公交站輪跡處因公交車車載常年作用導(dǎo)致路面坡度突變，存在排水不暢現(xiàn)象，短暫的積水在車輪沖擊力下容易進(jìn)入混合料中，因此混合料的水穩(wěn)定性也是公交站臺(tái)路面質(zhì)量的重要考核指標(biāo)?；耍驹囼?yàn)采用凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)混合料水穩(wěn)定性能進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)參照《公路工程瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011),具體試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 不同摻量組混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果 %

圖4顯示了凍融劈裂強(qiáng)度比隨抗車轍劑摻量變化情態(tài)。

圖4 凍融劈裂強(qiáng)度比隨抗車轍劑摻量變化圖

根據(jù)圖4變化曲線可以看出，隨著抗車轍劑摻量的增加，凍裂劈裂強(qiáng)度比前期呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)后期降低，在0.35%摻量時(shí)達(dá)到最大，最大值為86.9%，比較空白組增長(zhǎng)了13.2%，因此可以推斷適量的抗車轍劑對(duì)提升瀝青混合料水穩(wěn)定性有一定幫助。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)瀝青膠結(jié)料和瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)可知，抗車轍劑可以有效改善瀝青混合料及膠結(jié)料高溫性能，并且隨著抗車轍劑數(shù)量增加，改善性能越明顯。

(2)根據(jù)水穩(wěn)定性能可知，一定計(jì)量抗車轍劑可以改善混合料水穩(wěn)定性能。

(3)由綜合高溫性能及水穩(wěn)定性試驗(yàn)可以看出，0.35%抗車轍劑添加量對(duì)瀝青混合料性能提升效果最佳，既可以提升AC-20C瀝青混合料高溫性能，又可提升水穩(wěn)定性，該種性能的瀝青混合料較適用于城市瀝青路面的公交車站路面結(jié)構(gòu)。