抗車轍劑在瀝青路面施工中的運用研究

李惠

上海浦東新區(qū)天佑市政有限公司 上海 201204

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國公路交通行業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機遇。各行各業(yè)的發(fā)展日新月異，不管是生活出行還是經(jīng)濟發(fā)展都對交通運輸及公路質(zhì)量的要求越來越高。高等級公路建設更是一日千里，在快速發(fā)展的同時也讓更多的問題和難點展現(xiàn)出來。在瀝青路面成為主流的今天，仍然有一些問題不能忽視；根據(jù)國內(nèi)一些高等級公路統(tǒng)計資料顯示，車轍已成為瀝青路面的主要病害之一。文章主要對抗車轍劑在瀝青路面施工中的運用進行了詳細的研究，并且通過大量的試驗分析和現(xiàn)場檢測，證明了抗車轍劑在瀝青路面施工中具有良好的使用效果，能夠提高道路工程質(zhì)量。

1 瀝青路面車轍的形成概況

隨著我國各城市各行各業(yè)建設的大發(fā)展，城市人口密集、車流量翻倍式大增，并且各種重型運輸車輛及各種大型工程車輛開始頻繁的穿梭在城市中，對城市主要道路和一些次道路造成了嚴重的影響。

瀝青混合料路面的常見病害也越來越凸顯，特別是高溫車轍破壞是非常典型的。在收費站、彎道以及長大縱坡等路段，以及紅綠燈停止線處，由于剎車制動、車速過慢等導致輪胎接地作用摩擦力大的因素，路面會出現(xiàn)車轍。車轍變形會隨著交通量和時間越來越大，影響行車舒適度，并且有行車安全隱患。瀝青路面車轍的形成主要是由于瀝青路面在使用過程中，尤其是夏季，路面溫度升高，再我國的部分南方地區(qū)甚至可以達到60℃～70℃以上，較高的地面溫度導致瀝青混合料中的瀝青出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。此時當車輛經(jīng)過時，在豎向荷載和水平推力作用下，瀝青混合料內(nèi)產(chǎn)生剪應力，軟化的瀝青更加大了這種剪應力，使路面出現(xiàn)不可恢復的剪切變形，這種變形不斷的積累最終形成車轍。

因此，在容易出現(xiàn)車轍的路段上，對瀝青混合料的抗車轍性提出了更高的要求。使用添加抗車轍劑的瀝青混合料作為面層材料，主要用于城市道路、高速公路、機場跑道、停車場等特殊路段路面的施工，與其他瀝青混合料相比，它具有更好的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和高溫耐久性[1]。

2 車轍破壞的發(fā)展過程

車轍是瀝青路面永久變形的重要表現(xiàn)形式，瀝青面層車轍的形成分為壓實、軟化推移、剪切破壞三個階段的過程。三個階段的變形可單獨發(fā)生也有可能同時發(fā)生，導致瀝青面層產(chǎn)生嚴重車轍變形。

第一階段：施工結束通車初期的壓實階段。在規(guī)范的溫度下攤鋪、碾壓施工中，粘稠狀態(tài)下的瀝青、礦粉被擠進礦料間隙，粗細骨料形成一定骨架的結構，最終形成一定空隙率的瀝青混合料路面結構。在通車初期，車輛荷載作用下路面繼續(xù)壓實。

第二階段：高溫下瀝青混合料的軟化推移。由于瀝青材料的高溫性能高溫條件下，瀝青軟化使得瀝青混合料呈現(xiàn)黏性為主的半固體狀態(tài)。過大荷載的作用下瀝青混合料密實的骨架結構會產(chǎn)生推移變形，從而使得行車道車輪荷載作用處的瀝青混合料變形嚴重。

第三階段：剪切破壞過程。由于瀝青軟化導致的軟化推移，半固態(tài)的瀝青混合料骨架結構承擔了大部分的荷載，在荷載和軟化瀝青潤滑的雙重作用下，礦料顆粒產(chǎn)生滑動，骨架結構破壞，礦料與軟化后的瀝青受到剪切破壞。

由此可見，車轍是瀝青路面損壞的一種常見形式。根據(jù)車轍產(chǎn)生的機理和發(fā)展過程的不同階段和不同性質(zhì)的車轍，可將瀝青路面車轍破壞分為以下幾種類型。（1）橫向車轍：在行車荷載反復作用下，由于路面結構層產(chǎn)生剪切變形而形成的車轍。它是由行車荷載引起的路面橫向位移。其產(chǎn)生機理是由于在行車荷載反復作用下，路面結構層產(chǎn)生永久變形，使混合料內(nèi)部出現(xiàn)剪力和壓應力，使混合料內(nèi)部形成剪切滑移。（2）縱向車轍：在行車荷載反復作用下，路面出現(xiàn)的縱向位移，它是由行車荷載引起的路面縱向位移。它的產(chǎn)生機理是由于瀝青混合料的粘聚力較差，在行車荷載反復作用下，瀝青混合料內(nèi)部出現(xiàn)剪切滑移的部位一般稱為剪切滑移帶，它是車轍產(chǎn)生的主要部位。（3）開裂：在行車荷載反復作用下，使得混合料內(nèi)部出現(xiàn)剪切滑移，瀝青路面表面形成了比較寬的車轍。它是車轍破壞的主要形式[2]。

3 抗車轍劑作用機理及使用要求

首先，我們來了解一下抗車轍劑的具體作用原理?？管囖H劑是一種外加劑，屬于一種高分子聚合物，它的加入不會降低瀝青混合料的優(yōu)良的使用性能，還可以提高路面的高溫穩(wěn)定性能及抗車轍能力，提高行車舒適度、延長路面使用壽命。這種高分子聚合物在高溫的作用下會發(fā)生軟化，在適宜的高溫下碾壓成型中，相當于某一粒徑的細集料被高粘附力裹敷，可以使其填充并擠入混合料骨架的空隙中，增加了結構的骨架功能，加大了混合料之間的相互嵌擠，使混合料結構更加密實，降低了成型路面的滲透性。抗車轍劑由于它的主要成分是一種高分子聚合物，能夠在瀝青與礦料之間形成一種膠結物質(zhì)，從而使瀝青與礦料之間的粘結性能得到極大提升，使瀝青混合料的強度和耐久性都得到有效提高。

抗車轍劑對瀝青混合料高溫性能的提高非常明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在石料中添加了抗車轍劑，它吸收了一部分輕質(zhì)油份，提高了瀝青的粘性，提高了石料與瀝青的粘附性。此外，抗車轍劑在石料中均勻地分布，并被拉伸成塑料纖維狀，還可以在一定程度上發(fā)揮出纖維加筋的作用，增強了混合料的抗裂能力。（2）添加抗車轍添加劑可增加瀝青的粘度，增加其軟化點，降低其溫度敏感性，增加其耐熱變形性能。（3）通過對其進行高溫處理，使其形成類似于單個尺寸的高粘性細骨料，從而增強其骨架效應。（4）同時，由于抗磨材料中含有的彈性組分，在高溫下具有良好的回彈性體作用，從而減小了瀝青路面的永久變形[3]。顆粒狀的抗車轍劑如圖1。

圖1 顆粒狀的抗車轍劑

以一種常見的高粘抗車轍劑為例，在瀝青混合料拌合的過程中，抗車轍劑的使用要求如下，在工程實際應用中要根據(jù)不同產(chǎn)品性能做微調(diào)，以適應材料特性及達到更好的混合料性能。礦料加熱到180～190°C時，將抗車轍劑投入到拌和鍋內(nèi)與礦料一起干拌，拌和時間可增加3～4s，然后再加入瀝青，繼續(xù)攪拌，攪拌成功的混合料質(zhì)量控制和儲存運輸可按常規(guī)的混合料進行。在使用此種公路瀝青抗車轍劑的時候，摻加的劑量為瀝青混合料的0.3～0.5%，也就是每噸瀝青混合料中摻3～5kg。用于普通等級的道路一般摻量為0.35～0.4%，即每噸瀝青混合料中摻3.5～4kg。對于交通量大，重型車輛多的用高限，特殊路段可摻入0.6%以上，具體摻量都需要在施工前做詳細的配合比來確定。

4 抗車轍混合料配合比設計

抗車轍劑在瀝青混合料中的作用機理與礦粉類似，但作用效果更為明顯。因此，在混合料配合比設計時，應考慮到抗車轍劑的摻入，使混合料達到更好的水穩(wěn)定性和高溫性能。水穩(wěn)定性通過馬歇爾試驗進行評價，高溫穩(wěn)定性則通過車轍試驗進行檢驗評價。

首先，根據(jù)本地的氣候及交通量等特點，結合礦料特點及已有的經(jīng)驗值，選取最優(yōu)方案確定混合料的礦料級配，過程中需要多種原材料做大量的試驗分析，如粗細集料、礦粉的規(guī)格及密度等。

選擇質(zhì)優(yōu)的抗車轍劑，根據(jù)所選抗車轍劑對應70號瀝青混合料的摻量，通過馬歇爾試驗確定最佳的油石比，即保持抗車轍劑摻量固定，根據(jù)經(jīng)驗選擇五組等比間距的油石比，其余按照普通瀝青混合料配合比的試驗方法，確定一個最佳的瀝青含量[4]。

瀝青混合料的高溫性能采用車轍試驗進行檢驗評價，規(guī)范中標準的車轍試驗條件為壓強0.7MPa，溫度60℃，根據(jù)上海本地的氣溫狀況，為了更好的重現(xiàn)道路重載等現(xiàn)實路況，車轍試驗中，在規(guī)范允許的條件下增加高溫重載車轍試驗壓強0.9MPa，溫度70℃。

同時，根據(jù)馬歇爾試驗確定的配合比，制作同樣配比的普通瀝青混合料車轍試件，與摻了抗車轍劑的混合料在相同的試驗條件下做車轍試驗，以對比高溫抗車轍性能。

5 施工工藝

抗車轍劑產(chǎn)品一般為黑色的固體狀小顆粒，為了使其能夠均勻地分布到瀝青混合料中，按照配合比設計的摻量先將抗車轍劑加入熱料倉與礦料進行干拌，干拌前集料應提前加熱到185℃～200℃，高溫條件下，抗車轍劑才能被充分分散熔融，發(fā)揮最佳效果。

5.1 混合料拌合

①根據(jù)目標配合比設計中的礦料級配，控制冷料倉上料速率，將各種集料加熱到規(guī)定溫度，通過生產(chǎn)配合比確定熱料倉用量?？管囖H劑和熱集料同時加入拌合鍋進行干拌，干拌時間比普通瀝青混合料干拌延長3～5s左右。要嚴格控制拌和溫度和拌合時間。拌合的時間不是越長越好，時間過長會影響拌合樓的生產(chǎn)效率，而且會造成瀝青的老化；拌和時間太短也不可以，不能保證抗車轍劑在混合料中均勻分散。因此，最佳的拌合時間是施工過程中需要特殊關注的控制參數(shù)之一；

②按照配合比中的瀝青含量，添加瀝青，瀝青預熱溫度根據(jù)瀝青種類確定，改性瀝青溫度高于普通石油瀝青10～20℃。噴入瀝青后，濕拌時間比常規(guī)濕拌時間延長5s左右，建議總時間35～45s。保證拌和均勻無花白料；

③注意瀝青混合料的出廠溫度，基本與普通瀝青混合料出廠溫度一致。

5.2 混合料運輸與攤鋪

抗車轍瀝青混合料與普通瀝青混合料運輸和攤鋪施工的方式基本一致，同樣需要做好溫度等關鍵問題的控制；

①根據(jù)工程實際運距、拌合站產(chǎn)量等因素配備自卸汽車。自卸汽車底板應涂一薄層適宜的防粘劑。

②運輸過程中采用保溫運輸方式，注意覆蓋防雨篷布，氣溫較低時采用棉被保溫的運輸方式。

③壓路機緊跟攤鋪機壓實，采用“緊跟、慢壓、高頻、底幅”的方式壓實，終壓溫度不低于 110℃。開放交通時間為路面溫度降至 70℃以下。

6 抗車轍劑使用中的要點

抗車轍劑使用中的要點是最佳拌合溫度的確定，也就是如何讓其發(fā)揮最佳的使用效果?？管囖H劑和瀝青有著相似的溫度敏感性，因此溫度是抗車轍劑使用中的控制重點。

瀝青混合料的拌合溫度必須要通過試驗準確的確定，才可以指導抗車轍劑瀝青混合料的拌合及施工，確保瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性即抗車轍性能。拌合溫度過高會造成瀝青老化降低混合料性能指標，溫度過低又不利于車轍劑在混合料中的均勻分散，因此要通過試驗來確定最佳的拌合溫度。

根據(jù)拌合設備的性能和瀝青性能的要求，以及拌合站經(jīng)驗值，例如確定拌合溫度試驗中采用170℃、180℃、190℃三種不同的拌和溫度，保持試驗的其他指標和要求一致，在三種不同拌合溫度下分別進行瀝青混合料的車轍試驗。結果如表1。

表1 不同溫度下混合料的車轍試驗結果

車轍試驗的結果表明，抗車轍劑混合料的拌合溫度在180℃時，45min及60min時的車轍變形都是最小的，動穩(wěn)定度值最高。高溫穩(wěn)定性優(yōu)于170℃及190℃溫度下拌合的混合料性能。因此，在180℃溫度下拌合混合料時，抗車轍劑能發(fā)揮最佳的效果，使成型混合料的高溫性能最好，抵抗車轍變形的能力越強。

7 抗車轍劑的使用效果

試驗路段采用摻抗車轍劑的瀝青混凝土路面，經(jīng)過4年多的使用，未發(fā)現(xiàn)路面裂縫和車轍病害，抗車轍劑使用效果良好。

在實際施工中，以改性瀝青混合料為基層，摻抗車轍劑的改性瀝青混合料與普通瀝青混合料相比，高溫性能得到明顯改善，彎拉強度提高了35%，低溫抗裂性能提高了15%。

在對試驗路的檢測中發(fā)現(xiàn)，使用抗車轍劑后的瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

在實際路面工程中發(fā)現(xiàn)，摻抗車轍劑的瀝青混凝土路面平整度提高，抗滑性能增強。對路面平整度和抗滑性能均有明顯改善。

試驗路段采用抗車轍劑進行施工后，未發(fā)現(xiàn)路面裂縫和車轍病害，說明摻抗車轍劑的改性瀝青混合料具有良好的路用性能。

通過實際使用效果來看，摻抗車轍劑后，瀝青混凝土路面各項指標均達到了設計要求，同時，由于抗車轍添加劑具有易貯存、易加工、易生產(chǎn)、易施工、成本低廉等特點，使其具有廣泛的應用前景。

8 結語

除了以上文章闡述的抗車轍劑在瀝青路面施工中的運用外，防治瀝青混合料車轍病害要綜合考慮多方面因素，制定包括交通管制、限制超載等在內(nèi)的多方面措施，才能有效改善瀝青路面的使用性能。

總之，隨著我國交通建設的迅速發(fā)展，對瀝青路面的性能要求越來越嚴苛?？管囖H劑在瀝青路面施工中的應用可以有效減緩車轍現(xiàn)象的發(fā)生，提高行車舒適度，延長路面使用壽命。在我國很多省份高速公路及繁華的城市道路已在推廣使用，添加抗車轍劑可以提高瀝青混凝土的軟肋，今后可能會成為城市重要道路路段的首選?？管囖H劑在瀝青路面施工中的應用研究對于提高我國公路工程質(zhì)量具有重要意義。