近年来，在我国某些盛产砾石的地区，由于传统优质沥青路面石料的匮乏及运输成本等问题，越来越多地将砾石用作沥青路面面层材料，这样既能合理利用资源，也能降低工程造价^[1-3]。砾石二氧化硅含量高，与沥青黏附性差，在外界水的作用下容易与沥青膜剥离，导致路面出现松散、坑槽等水损害现象，并进一步诱发车辙等一系列病害。然而，国内外对砾石用于面层沥青混凝土中的研究较少，且在少数的关于砾石用于面层沥青混凝土的研究中，研究侧重点集中在其水稳定性改进上，尚未综合考虑其水稳定性、高温稳定性以及浸水抗车辙等性能^[4-5]。因此，为在降低工程造价的同时保证工程质量，有必要针对性地开展破碎砾石在高温多雨地区沥青路面中的应用研究，在注重提高破碎砾石沥青混合料抗水损害性能的同时，兼顾其高温稳定性能，保证沥青路面的正常服役功能，最终达到既合理利用砾石资源，降低工程造价，又保证工程质量的目的。

通常液体抗剥落剂中含有非极性和极性基团，当抗剥落剂溶解到沥青混合料中后，其极性基团与酸性集料粘结，另一部分亲油基团则与沥青结合。因此，向沥青中加入抗剥落剂后，能够增强沥青与集料的黏附能力，达到防止沥青从集料表面剥落的作用^[6-7]。抗车辙剂加入沥青混合料后，在混合料拌和、碾压过程中能够分散并嵌挤在混合料中，包裹分散的细集料并改善混合料内部孔隙结构，起到提高混合料黏附力的效果^[8-9]。

相比于国内车辙试验仪，汉堡车辙试验仪在数据采集、温度调节控制以及补水保水方面都要先进许多，试验各评价指标是由整个试验过程的变形曲线得到，比国内车辙试验由两点得到动稳定度指标受试验精度的影响要小。且进行汉堡车辙试验时是将试件浸没在一定温度的水中进行轮碾，即能够检验混合料的浸水抗车辙性能^[10-11]。

试验沥青选用普通70^#A级沥青，石料1^#~4^#料选用湖北洪湖生产的砾石，砾石原石为长江内的小砾石，经颚破、圆锥破、反击破后90%以上具有2个或以上破碎面，5^#料选用江西九江生产的石灰岩，矿粉和水泥分别产于湖北赤壁和荆门，所用抗剥落剂为产自河南漯河的非胺类抗剥落剂，常温下是一种黏稠的具有刺激性气味的液体，抗车辙剂常温下为一种黑色扁圆形颗粒。沥青相关技术指标参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)^[12]测定，集料、矿粉和水泥的相关技术指标参照《公路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)^[13]测定，测量结果均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)^[14]的要求，各原材料技术性能指标分别如表 1~表 4所示。试验级配以AC-25C为例。

制备试件时，集料级配和最佳油石比的确定参照马歇尔设计方法，合成级配曲线如图 1所示。在该级配基础上，进一步确定最佳油石比为4%。

图 1 沥青混合料合成级配 Fig. 1 Gradation of asphalt mixture

待试件冷却后，测定混合料马歇尔体积指标，结果均满足规范^[14]要求。通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验检验混合料水稳定性，通过车辙试验检验混合料高温稳定性，试验结果如表 5所示。

从表 5试验结果可以看出，尽管混合料残留稳定度符合规范^[14]要求，但冻融劈裂强度比不满足要求，因此混合料水稳定性未达到要求，需要进一步改善。此外，混合料的动稳定度指标也只是稍微高于规范^[14]要求，因此也有待进一步增强。

试验所用破碎砾石颜色多样，为更精确测定砾石与沥青的黏附性，将砾石按照颜色大致分成7类，即颜色类型分别为混色、绿色、红色、青色、黑色、黄色和白色。将各色砾石颗粒分别称重计算各色颗粒的具体含量，并分别筛选其中粒径为13.2~19 mm外形大致为立方体的集料进行水煮法试验确定各色砾石与沥青的黏附等级。按照水煮前后7种颜色砾石表面沥青膜的剥落情况，依据规范^[12]给出的黏附等级划分标准，得到各色砾石与沥青的黏附等级，结果如表 6所示。

由表 6可知，只有黑色砾石满足规范^[12]对湿润区高速公路下面层粗集料与沥青黏附等级大于或等于4的要求，其余颜色砾石均不满足此要求。其中黄色和白色砾石与沥青黏附等级最差，只有2级，粗集料与沥青的黏附等级大于或等于4的砾石含量为5.8%(10~20 mm)，黏附等级小于或等于3的砾石含量为94.2%。为了不改变混合料级配和沥青用量，通过掺加抗剥落剂的方式改善混合料水稳定性。为确定抗剥落剂掺量，制备0.2%，0.4%和0.6%这3种抗剥落剂掺量沥青分别和黄色、白色砾石进行水煮法试验，试验结果表明在3种抗剥落剂掺量下，白色砾石与沥青黏附等级还是只能达到4级，而当抗剥落剂掺量为0.6%时，黄色砾石与沥青黏附等级从4级提高到5级。在0.2%，0.4%两个抗剥落剂掺量下白、黄两色砾石黏附等级均为4级，虽然抗剥落剂掺量为0.6%时黄色砾石黏附等级能达到5级，但此时经济性不佳，因此初步将抗剥落剂掺量定为0.2%。为检验0.2%抗剥落剂掺量下集料与沥青黏附等级，用水煮法对0.2%抗剥落剂掺量沥青和7种颜色砾石的黏附等级进行检验，试验结果表明0.2%抗剥落剂掺量沥青与各颜色砾石的黏附性等级均能达到4级或4级以上，相比使用基质沥青时有了较大提高。但是，掺加0.2%抗剥落剂后混合料的路用性能有何变化，有待进一步通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和车辙试验检验；按要求进行上述试验，试验结果表明加入0.2%抗剥落剂后，混合料残留稳定度(89.3%)没有明显变化，冻融劈裂强度比大幅度提高，达到86.8%，表明加入抗剥落剂后混合料水稳定性改善效果明显，此结果也与水煮法试验结果相互印证。混合料动稳定度虽然也有一定提高且符合规范^[14]要求，但提升幅度不大，为预防道路通车后车辙等病害的出现，考虑采用掺加抗车辙剂的方式提高混合料抗车辙性能。

为检验试验所用抗车辙剂对混合料高温稳定性的改善效果并确定抗车辙剂用量，选取0.2%，0.4%，0.6%这3个抗车辙剂掺量，通过车辙试验动稳定度指标评价不同抗车辙剂掺量下混合料抗车辙性能的改善效果。

将车辙试件在环境温度设定为60 ℃的车辙试验机中养生6 h后对各车辙板试件进行车辙试验，将3种抗车辙剂掺量下混合料动稳定度列于表 7。

由表 7可知，3个抗车辙剂掺量下混合料动稳定度均明显提升，且呈递增趋势，考虑到下面层为路面车辙产生的主要结构层之一以及同地区类似项目的经验，将抗车辙剂掺量确定为0.4%。

为检验添加抗车辙剂对添加抗剥落剂混合料水稳定性是否有影响，通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验同时添加抗车辙剂和抗剥落剂混合料的水稳定性，试验结果如表 8所示。

由表 8可知，掺加0.4%抗车辙剂对掺加0.2%抗剥落剂混合料的水稳定性并没有明显影响，且掺加0.2%抗剥落剂+0.4%抗车辙剂后混合料的水稳定性和高温稳定性相比于未掺加外掺剂时均大幅度提高。

根据表 8试验结果，掺加0.2%抗剥落剂+0.4%抗车辙剂后混合料浸水马歇尔稳定度及冻融劈裂强度均能符合规范^[14]指标。但考虑到混合料将用于高温多雨地区重载交通高速公路下面层，因此通过长期浸水马歇尔试验和多次冻融循环试验检验混合料在更加苛刻条件下的水稳定性，通过汉堡车辙试验检验混合料的浸水抗车辙性能。

在常规浸水马歇尔试验的基础上，进行72 h，96 h浸水马歇尔试验，得出3个浸水时间下混合料的浸水马歇尔强度，并与同为AC-25C级配类型的石灰岩沥青混合料相对比，试验结果如表 9所示。

由表 9可知，在选取的3个浸水时间下，随着浸水时间的延长，砾石和石灰岩2种沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度均逐渐下降。但与石灰岩沥青混合料相比，砾石沥青混合料浸水马歇尔强度高，且在延长浸水时间后下降幅度小。这说明长期浸水马歇尔试验能在一定程度上检验沥青混合料在更苛刻条件下的水稳定性，且在试验选用级配条件下，砾石沥青混合料的水稳定性要优于石灰岩沥青混合料，掺加抗剥落剂对混合料水稳定性改善效果明显。

在一次冻融循环试验的基础上，进行2次冻融循环，3次冻融循环混合料冻融劈裂试验，得出3个冻融循环次数下混合料的冻融劈裂强度，并与同为AC-25C级配类型的石灰岩沥青混合料相对比，试验结果如表 10所示。

由表 10可知，经过2次冻融和3次冻融循环试验后，砾石和石灰岩2种沥青混合料冻融劈裂强度均逐渐下降。但砾石沥青混合料冻融劈裂强度要高于石灰岩冻融劈裂强度，且下降幅度更小。这说明多次冻融循环试验能在一定程度上检验沥青混合料在更苛刻条件下的水稳定性，且在试验选用级配条件下，砾石沥青混合料的水稳定性要优于石灰岩沥青混合料，掺加抗剥落剂对混合料的水稳定性改善效果明显。

相比于国内车辙试验仪，汉堡车辙试验仪在采集数据、控制温度以及补水保水方面都要先进许多，且汉堡车辙试验仪的各评价指标是由整个试验过程的变形曲线得到，相比国内车辙试验由两点得到的动稳定度指标受试验精度的影响要小^[15-16]。

汉堡车辙试验参照德克萨斯州规范——《Tex-242-F，Hamburg Wheel-tracking Test》^[17]，其具体的试验指标如下：

(1) 试验环境：50 ℃恒温水浴；

(2) 加载方式：钢轮轮宽47 mm，荷重705 N，轮压约0.7 MPa；

(3) 加载速度：50次/min；

(4) 试验终止条件：碾压次数达到20 000次或车辙深度达到12.5 mm。

使用旋转压实仪成型高度为62 mm的汉堡车辙试件，控制试件孔隙率为7%左右，将试件切割成规定尺寸后进行汉堡车辙试验，试验所需时间大约为7 h。试验结束后，以蠕变斜率评价混合料的浸水抗车辙性能^[18]。

对轮碾5 000~18 000次得到的试验数据以车辙深度为纵坐标、碾压次数为横坐标绘制曲线，采用规划求解的方法对该曲线进行回归得到蠕变斜率，以拟合得到的蠕变斜率评估混合料抗车辙性能。级配类型同为AC-25C的破碎砾石沥青混合料、石灰岩沥青混合料、SBS改性石灰岩沥青混合料的汉堡车辙试验数据的分析处理结果分别如图 2所示。

图 2 HMA汉堡车辙试验 Fig. 2 Hamburg rutting test on HMA

从图 2破碎砾石沥青混合料汉堡车辙试验数据处理结果可知，混合料蠕变斜率约为-9.73×10^-5，即在碾压次数为5 000~18 000次时，每轮碾一次产生的车辙深度大致为9.73×10^-5 mm，且在整个20 000次的碾压过程中，车辙图像没有出现剥落反弯点，车辙深度也远小于12.5 mm，说明混合料具备较好的浸水抗车辙性能。同理，根据图 2(b)和图 2(c)可知，石灰岩沥青混合料和SBS改性石灰岩沥青混合料蠕变斜率分别约为-1.44×10^-4和-9.90×10^-5，即在碾压次数5 000~18 000次时，每轮碾一次产生的车辙深度分别大致为1.44×10^-4 mm和9.90×10^-5 mm。通过对比图 2的汉堡车辙数据可知，在上述试验条件下，破碎砾石沥青混合料的浸水抗车辙性能要优于普通石灰岩沥青混合料，而与SBS改性石灰岩沥青混合料相当。这说明汉堡车辙试验在一定程度上可以用来评定混合料的浸水抗车辙性能，且经过改良后的砾石沥青混合料浸水抗车辙性能和SBS改性石灰岩沥青混合料相当。

综合以上试验研究结果可以得出如下结论：

(1) 掺加抗剥落剂可以有效提高砾石沥青混合料的水稳定性；

(2) 掺加抗车辙剂可以有效提高砾石沥青混合料的抗车辙性能，且在一定范围内，掺量越高，抗车辙性能提高效果越明显；

(3) 在掺抗剥落剂砾石沥青混合料中加入抗车辙剂，并不会对混合料的水稳定性产生明显影响；

(4) 掺加0.2%抗剥落剂+0.4%抗车辙剂后，砾石沥青混合料具有良好的水稳定性、高温稳定性以及浸水抗车辙性能。