固诺德抗车辙添加剂 – 沥青混合料改性的新技术 (桂林固诺德工程科技有限公司) 摘要：GND车辙添加剂由固诺德工程科技有限公司与广西大学， 桂林工学院几大高校道路研究所共同研制， 通过国内多个实验室的室内研究、分析， 以及多条重载高速公路多年实际使用经验， 发现添加抗车辙添加剂的沥青混合料能明显提高高温抗车辙能力， 在低温抗裂及水稳定性方面也有所提高， 使得沥青混合料的综合性能得到了显著改善，尤其在高温、 重载路段能够增加路面使用年限，具有经济效益。 关键词：抗车辙添加剂，沥青混合料改性，提高高温稳定性 中国高等级公路的发展速度及经济投入在世界上首屈一指， 但多数高速公路的使用年限却只有3、4年， 有的甚至未过一年就出现了严重破损，使得国家在人力、 物力上的投入过大。在沥青路面的主要病害中，车辙现象尤其普遍， 对于路面的损坏也最严重，大大提高路面的修复费用。 车辙问题通常在第1个夏季的高温期就会出现， 有的路面车辙深度为10~50mm，有的甚至达100mm以上， 使路面平整度变差，并很快出现网裂、坑洞、坑槽等病害。 一、 GND抗车辙添加剂的基本性能 抗车辙添加剂呈黑色、固体、颗粒状。 表1 - GND抗车辙添加剂的特性： 项目 指标 粒径（mm） 2-4 mm 密度（gr/cm） 0.91～0.965 gr/cm3 软化点（℃） 140 ～ 150℃ 该产品为纤维聚合物，其中纤维聚合物成分大于95％， 填充物成分小于5％。 二、 GND抗车辙添加剂的作用机理 GND抗车辙添加剂通过以下三种作用来实现对沥青混合料的改性： 1.嵌挤作用：添加剂微粒在施工过程中由于高温的作用而软化， 再经过碾压后成型。 这样就将添加剂的颗粒填充嵌挤到混合料的空隙中， 加强了混合料之间的相互作用力，使混合料之间更加紧密， 增加了沥青混合料承受荷载的能力。 2.加筋作用：由于添加剂中有聚合物纤维成分， 它在沥青中起到加筋的作用。由于聚合物纤维的存在， 它在胶结料中形成网状， 加强了沥青矿粉胶结料体系相互作用力和整体性。 3.胶结作用：添加剂投入沥青混合料的拌和锅中，在170～ 180℃的温度下，首先通过与矿料 干拌，使它软化，继续加入沥青拌和， 添加剂颗粒与沥青形成胶结作用，使沥青性能得到改善。 提高了沥青的软化点；降低了对温度的敏感性； 增加了沥青与矿料的粘附能力。 GND抗车辙添加剂经过和混合料的拌和过程， 其颗粒在热矿料的碰撞、剪切综合作作用下， 促使添加剂实现三种作用过程，使沥青混合料性能发生变化， 达到提高和改善。 三、 GND抗车辙添加剂应用范围 高速公路、重交通道路、车辆交汇区域、机场跑道、公交车道、 工业地面、集装箱堆放场地等要求承受重载的道路和场地。 四、 GND抗车辙添加剂添加量及添加工艺 抗车辙添加剂的使用剂量为沥青混合料的0.3～0.5％。 即每吨沥青混合料中掺3～5kg。用于道路则一般掺0.35 - 0.4％，即每吨沥青混合料中掺3.5 - 4kg即可。交通量大，重型车辆多的用高限。特殊路段可掺0. 6％以上。 抗车辙添加剂的使用工艺方便简单， 通过沥青混合料拌和过程中直接加入： 1. 将矿料加热到170～180℃时， 将GND添加剂直接投入拌和锅内进行干拌，拌和时间可增加2～ 3秒 2. 加入热沥青继续搅拌，拌和时间可相对增加 3. 成品混合料的质量控制和储存运输按常规的混合料进行 五、 抗车辙添加剂的性能测试 – 广西交通厅公路工程检测中心 检验报告 为了检验抗车辙添加剂的性能， 固诺德公司委托广西公路工程检测中心从配合比设计到性能检验进行 了全过程室内实验。 实验中沥青混合料的类型选用目前高等级公路中常用的 AC-16 型沥青混合料， 选用70# 国产重交沥青。 1. 矿料及沥青密度试验 表2-1 粗集料技术性质 检测项目 粗集料试验结果 试验方法 16mm 13.2mm 9.5mm 4.75mm 3mm-5mm 表观相对密度 2.730 2.722 2.727 2.721 2.737 T0304—2000 毛体积相对密度 2.673 2.665 2.665 2.667 2.640 表2-2 细集料技术性质 检测项目 试验结果 试验方法 石屑 表观相对密度 2.737 T0328-2000 表2-3 矿粉技术性质 检测项目 试验结果 试验方法 表观相对密度 2.793 T0352—2000 表2-4 沥青技术性质 检测项目 试验结果 试验方法 70# 表观相对密度 1.018 T0603—1993 2. 集料筛分试验及两种合成级配组成设计 通过筛分和掺配，在规范所给AC-16范围内， 确定合成级配如表3所示。 表3 AC-16型矿料级配 筛孔 尺寸 （mm） 原材料筛分结果 合成 级配 （％） 设计要求级配（％） 16 13.2 9.5 4.75 3~5 0~3 矿粉 上限 下限 中值 19 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 16 0 100 100 100 100 100 100 95 100 90 95 13.2 0 0 100 100 100 100 100 82 92 76 84 9.5 0 0 0 100 100 100 100 68 80 60 70 4.75 0 0 0 0 73.33 96.86 100 43.8 62 34 48 2.36 0 0 0 0 14.67 82.69 100 26.3 48 20 32 1.18 0 0 0 0 6.10 59.63 100 18.7 36 13 24.5 0.6 0 0 0 0 3.68 36.40 100 12.5 26 9 17 0.3 0 0 0 0 3.21 24.78 99.67 9.6 18 7 12.5 0.15 0 0 0 0 2.92 17.82 95.60 7.7 14 5 9.5 0.075 0 0 0 0 2.07 12.02 81.47 5.7 8 4 6 采用比例（％） 5 13 14 17 24 24 3 图3 AC-16型矿料合成级配曲线图 3. 70#沥青沥青混合料配合比设计 3.1沥青混合料配合比设计 马歇尔试验结果和油石比曲线图如表3-1、图3-1所示： 表4-1 马歇尔试验结果 油石比（％） 毛体积 相对密度 空隙率（％） 矿料间隙率VMA（％） 沥青饱和度VFA（％） 稳定度MS(kN) 流值FL(mm） 3.60 2.370 7.495 15.370 51.235 8.33 1.63 4.10 2.419 4.879 14.021 65.200 9 1.82 4.60 2.426 3.936 14.198 72.276 9.66 2.33 5.10 2.425 3.300 14.642 77.465 8.6 2.38 5.60 2.392 2.830 15.221 81.406 8.46 3.40 备注：1、以上各项指标均为5个试件的算术平均值； 2、技术要求参照JTG F40-2004。 图4-1 马歇尔试验结果 表4-2 确定最佳油石比 密度最大值 4.9 空隙率（4％～6％) 3.9-4.6 稳定度最大值 4.5 VFA（65％～75％） 4.1-4.8 空隙率（4％－6％）中值 4.2 稳定度（>8KN） 3.6-5.6 VFA（65％－75％）中值 4.4 流值（1.5～4） 3.6-5.6 OACmin～OACmax 4.1-4.6 OAC1 4.5 OAC2 4.3 OAC，％ 4.4 综合推荐最佳油石比，％ 4.3 表4-3 相应于OAC的各项指标 油石比（％） 空隙率VV（％） VMA（％） VFA（％） MS（KN） FL(mm) 4.3 4.7 14.0 69 9.4 2.02 3.1.2 配合比设计检验 表4-4 车辙试验结果 面层类型 动稳定度（次/mm） 试验温度（℃） 轮胎压力（MPa） AC-16 1294 60 0.7 备注：1、试件尺寸：（300×300×50）mm； 2、试验方法：T0719-1993。 4. 70号沥青掺0.3%GND车辙剂沥青混合料（B型级配） 配合比设计 4.1沥青马歇尔试验结果 马歇尔试验结果和油石比曲线图如表4-1、图4-1所示： 表5-1 马歇尔试验结果 油石比（％） 毛体积 相对密度 空隙率（％） 矿料间隙率VMA（％） 沥青饱和度VFA（％） 稳定度MS(kN) 流值FL(mm） 3.60 2.375 6.682 14.555 54.090 15.31 1.35 4.10 2.391 5.379 14.393 62.625 12.6 1.52 4.60 2.404 4.197 14.342 70.735 12.27 1.61 5.10 2.419 2.926 14.214 79.414 10.72 1.77 5.60 2.433 1.698 14.126 87.983 9.6 1.82 备注：1、以上各项指标均为5个试件的算术平均值； 2、技术要求参照JTG F40-2004。 图5-1 马歇尔试验结果 表5-2 确定最佳油石比 OAC，％ 4.5 注：马歇尔稳定度未出现最大值，因此采用空隙率4.5% 所对应的油石比作为最佳油石比。 表5-3 相应于OAC的各项指标 油石比（％） 空隙率VV（％） VMA（％） VFA（％） MS（KN） FL(mm) 4.5 4.6 14.4 69 12.4 1.61 4.2 配合比设计检验 表5-4 车辙试验结果 面层类型 动稳定度（次/mm） 试验温度（℃） 轮胎压力（MPa） AC-16 6968 60 0.7 备注：1、试件尺寸：（300×300×50）mm； 2、试验方法：T0719-1993。 对于A-70#沥青AC-16型沥青混合料，掺加0.3% 的车辙剂可以提高沥青混合料马歇尔稳定度3kN； 动稳定度由1294次/mm提高到6968次/mm； 可看出高温稳定性明显得到改善。 六、 路面的施工 添加车辙剂添加剂的沥青混合料施工与改性沥青混合料相同， 使用常规的摊铺机和碾压设备。 1. 施工时的气温不低于10℃，被摊铺路面的表面温度不低于5℃， 避免大风天气施工。 2. 混合料运到现场的温度不能低于165℃，摊铺温度大于150℃。 3. 碾压设备紧跟摊铺机，初压温度不低于150℃。 4. 碾压终了温度控制在110～120℃，必须紧凑安排压实， 在降至此温度前完成压实。 5. 开放交通温度为80℃，在路面温度还没有降至气温时， 车辆速度不能太快。 6. 层间必须使用粘层油（乳化沥青等）粘接。 七．通过在我国高速道路中的应用，车辙剂添加剂与改性沥青相比， 有以下主要特点： 1..改性工艺简单，使用灵活方便，不需要增加任何机械设备， 减少设备投资的费用。 2.减少了改性沥青在改性过程中的加热环节， 因而降低在改性过程中对沥青性能的加热影响， 延长沥青的使用寿命。 3.选用改性剂改性沥青时一般要考虑沥青与改性剂的相容性。 即沥青与改性剂相互需要选择。相容性不佳会影响沥青的改性效果。 而车辙剂添加剂可随意选用沥青而不会影响改性效果。 4.少去了改性沥青需要储存的过程。 而储存不但增加沥青的加热时间，影响沥青技术性能， 而且容易使改性沥青发生离析。 5..能显著改善沥青混合料的高温性能， 提高混合料抗车辙的能力。经测试，抗车辙能力可提高3～4倍。 如桂柳高速路在三种沥青混合料中，添加0.3％ 的车辙剂的添加剂后，抗车辙能力比原沥青有了很大提高。 其中Sup－13的车辙达到12995次/mm；AC－ 16达到7852次/mm；AC－13的车辙达到8209次/ mm。 6.路面稳定性得到提高，马歇尔稳定度提高了25％。 7.沥青混合料的弹性提高25％， 改善了沥青混合料的低温柔韧性， 提高了抵抗开裂的能力和水稳定性。 8.提高了沥青混合料的抗疲劳性能，延长沥青路面的使用寿命。 9.添加剂可以长期库存不变质。 七、 小结 随着交通运输事业的发展，交通量增大，重型车辆增多， 对高速公路沥青路面的使用质量和使用性能提出了更高要求， 要求沥青路面具有更大承载力，能抵抗高温的车辙和低温的脆裂， 以及抵抗水毁作用和抗疲劳的能力。要提高沥青混合料的这些性能， 只有对沥青进行改性才能实现。 改性沥青混合料是行之有效的途径之一。 目前，改性沥青的工艺多采用厂里改性。而采用了现场改性， 即通过拌制沥青混合料的过程加入添加剂（改性剂）进行改性沥青。 它最显著的优点是，不需要增加设备；使用方便灵活； 施工工艺简单；可延长沥青的使用寿命。 抗车辙添加剂适合于铺筑大交通量，重载车辆多， 气温比较高的地区。 掺加0.3%抗车辙剂沥青混合料， 其高温性能是随沥青标号的降低而提高的； 同时选择较粗的级配也可以从一定程度上提高沥青混合料高温稳定性 ；选择较软的沥青有助于提高混合料的低温性能； 它们的水稳定性能接近。
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