基于室内试验分析的交叉口抗车辙沥青混合料路用性能研究

张洪波，蒋龙松，邹雪峰

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211110)

外掺剂的性能直接影响混合料的使用效果，而性能又由其化学组成来决定[1]。对于聚合物改性添加剂可通过差示扫描量热法试验(DSC)来对其熔融温度及热熔进行测定。熔融是指聚合物从固态向具有不同粘度的液态的转变，在DSC曲线上表现为吸热峰。通过DSC曲线，比较相应的吸热熔融起止温度及峰值，可判断聚合物外掺剂在混合料生产时，正常时间内通过熔融改性，形成稳定内部结构的难易程度[2-4]。鉴于此，研究采用差示扫描量热法试验对常用的两种外掺剂进行分析。试验对象为两种外掺剂ZQ-1和PR.M。

试验条件：取6 mg左右样品(精确至0.01 mg)置于仪器内，从50 ℃以20 ℃/min的升温速率加热至300 ℃，实时记录DSC曲线。试验结果如图1所示。

图1 两种外掺剂DSC曲线

从试验结果来看：在当温度达到120 ℃左右时，两种外掺剂出现了第一个吸热熔融峰(Peak T)，即外掺剂中部分聚合物发生物相转变。由于一般混合料生产温度均在160 ℃以上，因此，在这一阶段的沥青改性容易完成，ZQ-1外掺剂绝大部分的改性过程均在这一阶段完成。表明该外掺剂所用高熔点聚合物含量较少，在较低温度时即可完成改性，形成较为稳定内部结构。而PR.M外掺剂，则存在明显的第二个熔融峰，且熔融峰温度为161 ℃，表明PR.M外掺剂当中含有较多的高熔点聚合物。虽然室内试验结果两种外掺剂混合料均具有较好的试验指标，但室内混合料拌和温度和时间均能保证外掺剂能完成改性过程。而其形成稳定内部结果需要长时间的高温度环境，正常混合料施工时高温拌和只有几秒钟的时间生产环境，因此在施工过程中应保持足够的温度保证外掺剂充分反应。

根据实际工程应用，设计50#沥青掺ZQ-1外掺剂、50#沥青掺PR.M外掺剂、30#沥青掺PR.M外掺剂和30#沥青四种沥青混合料，分别从高温性能、低温性能和水稳定性进行综合分析。

2.1 高温性能

四种沥青混合料动稳定度试验结果如图2所示。其中根据混合料的实际工程用及试验结果，动稳定度指标要求≧10 000次/mm[5]。

图2 混合料动稳定度

由试验结果可知，50#沥青掺ZQ-1和30#沥青掺PR.M两种抗车辙沥青混合料满足动稳定度要求，抗车辙性能良好满足路用要求，这与实际工程应用结果一致。而其他两种混合料高温性能不足而导致车辙较大。

鉴于动稳定度指标对不同胶结料类型的耐久性抗车辙沥青混合料具有较敏感的甄别特性[6-8]，对抗车辙沥青混合料采用中国车辙试验的试验误差进行了可靠性论证分析。试验结果见表1。

表1 动稳定度试验误差分析

由试验结果可知，试验千分位导致试验动稳定最大偏差为6%。说明只要车辙试验仪器位移传感器数据采集精度达到0.001 mm，则采用中国车辙试验对抗车辙沥青混合料的高温性能具有可靠的甄别度。当位移传感器数据采集精度达到0.001 mm时，将动稳定度指标提高到10 000次/mm是可行的。

分别对四种沥青混合料进行法国车辙试验，各试件作用30 000次车辙率如图3所示。

图3 法国车辙试验

法国车辙试验结果表明，设计的混合料最大车辙率为5.19%，而车辙率不大于7.5%的技术要求对混合料高温性能起不到控制作用。因此，研究将抗车辙抗车辙混合料的法国车辙率指标要求范围调整至不大于5%。

从混合料试验结果来看四种类型耐久性沥青混合料的法国车辙和中国车辙试验结果都满足现行技术指标要求。根据实际工程应用的调查情况，混合料抗车辙性能优劣顺序与中国车辙试验结果反映的规律基本一致，与法国车辙优劣顺序差异较大。由此可见中国车辙试验对这种高油石比、低孔隙率的混合料的高温稳定性能有较高的区分度，结合试验结果及工程实际应用情况，推荐采用中国车辙试验动稳定度作为抗车辙混合料高温性能设计指标，法国车辙率作为辅助验证指标。

2.2 低温性能

低温性能采用小梁弯曲试验，四种混合料低温弯曲应变如图4所示。

根据试验结果，四种混合料弯曲破坏应变值均大于2 000 με，满足技术要求。结合实际工程运用情况，现场检测未见明显的低温开裂情况，低温性能良好，可见弯曲破坏应变值﹥2 000 με满足耐久性抗车辙混合料设计要求。

图4 低温小梁弯曲试验

根据力学计算的结果，沥青层模量越大混合料抵抗荷载破坏的能力越强[9-10]。四种沥青混合料模量试验结果见表2。

表2 设计混合料的ITSM模量试验 单位：MPa

根据试验结果：50#沥青掺ZQ-1型和50#沥青掺PR.M 型沥青混合料的模量分别为10 767 MPa和12 127 MPa，根据模量结果50#沥青掺PR.M抵抗荷载破坏的能力应该大于50#沥青掺ZQ-1型沥青混合料。但是实际工程应用表明50#沥青掺ZQ-1型混合料路用性能良好，50#沥青掺PR.M型沥青混合料抗车辙性能不能满足路用要求。因此，仅提高混合料的模量并不能完全保证路面抵抗行车荷载破坏的能力。对混合料模量不做特殊要求，满足现行规范技术要求即可。

根据四种设计沥青混合料试验结果和技术要求，综合分析耐久性抗车辙沥青混合料设计体系及技术要求如表3所示。

表3 抗车辙沥青混合料设计体系

根据综合指标设计体系，四种沥青混合料中，仅50#沥青掺ZQ-1和30#沥青掺PR.M两种抗车辙沥青混合料满足动稳定度要求，抗车辙性能良好满足路用要求。50#沥青掺PR.M和30#沥青两种沥青混合料除高温性能外，其余各指标均满足要求。

根据抗车辙混合料技术要求，设计四种耐久性抗车辙混合料，分别作为扬州S243省道公路交叉口试验段面层材料。其中四种抗车辙混合料分别为30#沥青、30#沥青掺PR.M添加剂、50#沥青掺PR.M添加剂、50#沥青掺ZQ-1添加剂。试验段施工完成后分别对交叉口车辙深度进行检测，车辙试验结果见表4。

表4 现场车辙深度检测 单位：mm

根据车辙检测结果：通车3个月，由于未经过高温季节，现场试验段交叉口车辙深度均在5 mm以内，且转弯车道均小于自行车道车辙深度。通车1年后，50#沥青掺ZQ-1试验段平均车辙最小为6.8 cm，30#沥青掺PR.M试验段次之，平均车辙深度9.3 mm，采用50#沥青掺PR.M试验段，平均车辙超过13 mm。后续跟踪观测，各路段车辙深度均有一定程度增长，尤其是50#沥青掺PR.M和30#沥青混合料车辙深度增长较快，最大车辙深度超过18 mm。

根据试验结果50#沥青掺ZQ-1试验段抗车辙性能优于30#沥青掺PR.M和50#沥青掺PR.M试验段。混合料抗车辙性能优劣顺序与车辙试验结果反映的规律基本一致。根据室内试验和工程应用实际情况，本文研究推荐50#沥青掺ZQ-1和30#沥青掺PR.M型抗车辙沥青混合料作为交叉口抗车辙混合料，具体类型的选择根据工程所在地原材料供应状况而定。

(1)50#沥青掺ZQ-1和30#沥青掺PR.M两种抗车辙沥青混合料满足动稳定度要求，抗车辙性能良好满足路用要求。

(2)采用中国车辙试验对抗车辙沥青混合料的高温性能具有可靠的甄别度。当位移传感器数据采集精度达到0.001 mm时，将动稳定度指标提高到10 000次/mm是可行的。

(3)50#沥青掺ZQ-1试验段抗车辙性能优于30#沥青掺PR.M和50#沥青掺PR.M试验段。混合料抗车辙性能优劣顺序与车辙试验结果反映的规律基本一致。推荐50#沥青掺ZQ-1和30#沥青掺PR.M型抗车辙沥青混合料作为交叉口抗车辙混合料。

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