影響馬歇爾成型試件吸潮的因素

鄧國(guó)民，周 昊，李 交，夏慶宇，赫振華

（上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海市2 0 1 2 1 0）

0 前言

根據(jù)馬歇爾擊實(shí)儀操作規(guī)程要求，在瀝青混合料擊實(shí)成型后，需要在室溫下冷卻12h然后脫模。然而，馬歇爾試件在冷卻過(guò)程中會(huì)吸收空氣中的水分，進(jìn)而造成體積指標(biāo)參數(shù)計(jì)算出現(xiàn)嚴(yán)重偏差[1]。因此,研究與分析了影響馬歇爾試件吸潮的原因：馬歇爾拌和與成型溫度、有機(jī)溫拌添加劑和瀝青類(lèi)型。

1 材料與工藝

殼牌70#基質(zhì)瀝青由殼牌中國(guó)有限公司提供，成品SBS改性瀝青由中國(guó)海洋石油總公司提供。溫拌添加劑（弱極性，自制）。本文分別對(duì)基質(zhì)和成品SBS改性瀝青混合料采用了熱拌熱壓、溫拌溫壓、添加溫拌劑溫拌溫壓三種拌和與成型工藝?；|(zhì)與改性瀝青混合料的拌和與壓實(shí)溫度具體參數(shù)分別見(jiàn)表1、表2。

表1 基質(zhì)瀝青混合料制備馬歇爾試件工藝參數(shù)

表2 成品SBS改性瀝青混合料制備馬歇爾試件工藝參數(shù)

2 導(dǎo)致吸潮的因素分析

為了研究影響馬歇爾試件吸潮的因素，本文首先固定制備馬歇爾試件的瀝青混合料質(zhì)量和損失的質(zhì)量。制備馬歇爾試件的瀝青混合料質(zhì)量固定為1251.2g，由于試件制備過(guò)程損失質(zhì)量往往不足1g，本文假設(shè)馬歇爾試件制備過(guò)程中質(zhì)量損失為0.5g來(lái)進(jìn)行分析，因而本論文研究的馬歇爾試件理想質(zhì)量為1250.7g（不包括模具質(zhì)量）。

2.1 拌和與成型溫度

由圖1可知，基質(zhì)瀝青混合料經(jīng)熱拌熱壓成型的馬歇爾試件在冷卻12h后，各個(gè)試樣的質(zhì)量總體上呈現(xiàn)小幅度變大趨勢(shì)。除了3、4號(hào)樣品質(zhì)量反而降低，其它樣品質(zhì)量一定量增加，3、4號(hào)樣品質(zhì)量小于1250.7g，是因?yàn)橹苽溥^(guò)程中質(zhì)量嚴(yán)重?fù)p失，超過(guò)假設(shè)值0.5g?？梢?jiàn)馬歇爾試件冷卻過(guò)程中存在吸濕現(xiàn)象。圖2中SBS改性瀝青混合料熱拌熱壓成型后的馬歇爾試件冷卻12h，質(zhì)量增加了0.9～1g左右。這進(jìn)一步說(shuō)明馬歇爾試件成型后冷卻過(guò)程中存在吸濕現(xiàn)象。

從圖1、圖2還可以看到，瀝青混合料經(jīng)溫拌溫壓成型冷卻后，吸濕更為嚴(yán)重，基質(zhì)瀝青馬歇爾試件吸收的水分幾乎均超過(guò)0.7 g，而S B S改性瀝青馬歇爾試件的吸濕質(zhì)量均高于1 g。

圖1、圖2表明馬歇爾試件不僅吸濕，而且較溫拌溫壓馬歇爾試件，熱拌熱壓馬歇爾試件的吸濕能力更強(qiáng)。

混合料拌和溫度和馬歇爾試件成型溫度是影響馬歇爾試件吸濕強(qiáng)弱的因素之一。圖3和圖4形象地表明了這兩種工藝吸水的情況。從圖中可見(jiàn)，瀝青混合料拌和溫度高，這瀝青流動(dòng)性越好，越容易裹覆在集料表面，集料表面甚至可以被瀝青完全裹覆。較低溫度下，瀝青流動(dòng)性差，團(tuán)聚在一起，使得集料無(wú)法完全裹覆，在馬歇爾擊實(shí)成型后，集料部分區(qū)域直接曝露在空氣中，導(dǎo)致出現(xiàn)集料與瀝青同時(shí)接觸空氣中水分的狀況。

圖2 SBS改性瀝青馬歇爾試件冷卻后的質(zhì)量

圖3 熱拌熱壓馬歇爾試件吸水示意圖

圖4 溫拌溫壓馬歇爾試件吸水示意圖

圖5進(jìn)一步表明了熱壓與溫壓瀝青混合料中集料表面的微孔與瀝青粘附情況?；旌狭铣尚蜏囟仍礁?，馬歇爾擊實(shí)過(guò)程后，瀝青與集料粘接更為緊密?；旌狭蠅簩?shí)成型溫度降低，瀝青與集料粘附性下降，集料表面部分微孔曝露在空氣中，進(jìn)一步增大了空氣中水分與集料接觸的概率。

2.2 有機(jī)溫拌添加劑

圖5 熱壓與溫壓集料微孔與瀝青粘附情況示意圖

對(duì)比圖1和圖2，并聯(lián)系上文內(nèi)容，可知：溫拌瀝青混合料的馬歇爾成型試件吸濕能力強(qiáng)。從圖6和圖7可以看到，在采用溫拌溫壓工藝條件下，當(dāng)混合料體系加入4%有機(jī)溫拌劑后，基質(zhì)瀝青混合料和S B S改性瀝青混合料的馬歇爾試件吸濕能力均進(jìn)一步增強(qiáng)，這表明有機(jī)溫拌劑也是影響馬歇爾試件吸濕的一個(gè)重要因素。

圖6 基質(zhì)瀝青馬歇爾試件冷卻后質(zhì)量圖

圖7 SBS改性瀝青馬歇爾試件冷卻后質(zhì)量

之所以有機(jī)溫拌劑能夠促進(jìn)瀝青混合料馬歇爾試件吸濕，這與溫拌劑自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中使用的有機(jī)溫拌劑是一種弱極性分子，而水分子也是一種弱極性小分子，根據(jù)“相似相容”原理，空氣中的水分子會(huì)向溫拌劑中的極性基團(tuán)聚集（見(jiàn)圖8），因而導(dǎo)致馬歇爾瀝青混合料試件吸潮。

圖8 溫拌劑吸收水分子示意圖

2.3 瀝青類(lèi)型

基質(zhì)瀝青與改性瀝青，尤其是高粘度改性瀝青不僅結(jié)構(gòu)不同，而且各體系的粘度差別也大，基質(zhì)瀝青的分子結(jié)構(gòu)主要以線(xiàn)性分子為主，非極性飽和輕質(zhì)組分較多，而高粘度改性瀝青，如S B S改性瀝青分子以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為主，相對(duì)基質(zhì)瀝青輕質(zhì)組分較少。結(jié)構(gòu)和組分差異導(dǎo)致基質(zhì)瀝青與高粘度改性瀝青混合料馬歇爾試件的吸濕能力不同，從圖9可以看到基質(zhì)瀝青吸濕能力比S B S改性瀝青的吸濕能力弱。

圖9 基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青冷卻后的質(zhì)量對(duì)比

SBS改性瀝青的吸濕能力之所以強(qiáng)，可以從瀝青組分和分子結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。一方面，SBS改性瀝青中輕質(zhì)組分相對(duì)較少，尤其非極性飽和組分少，對(duì)水分的排斥較弱，因而增大了吸濕的可能性；另一方面，SBS改性瀝青中存在大量交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著馬歇爾試件冷卻，空氣中附集在瀝青表面的水分子被網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，降低水分解吸的概率。這兩方面的共同作用促使馬歇爾試件吸濕能力增強(qiáng)。

反觀基質(zhì)瀝青，非極性飽和輕質(zhì)組分多，分子以線(xiàn)性結(jié)構(gòu)為主，這兩方面都不會(huì)促進(jìn)水分的吸收和貯存，因而基質(zhì)瀝青馬歇爾試件的吸濕能力弱。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究了拌和與成型溫度、有機(jī)溫拌劑和瀝青類(lèi)型對(duì)馬歇爾試件吸濕能力的影響情況。根據(jù)研究結(jié)果與分析，得出以下結(jié)論：

（1）拌合與成型溫度越高，越有利于瀝青分散和裹覆于集料表面，減少馬歇爾試件吸濕量.

（2）根據(jù)“相似相容”原理，往瀝青中添加極性改性劑會(huì)增大馬歇爾試件與水分接觸幾率，從而增強(qiáng)試件吸濕可能性。

（3）瀝青組分類(lèi)型和分子結(jié)構(gòu)影響瀝青馬歇爾試件吸濕能力大小，非極性非輕質(zhì)組分和線(xiàn)性分子不會(huì)使吸濕能力顯著變強(qiáng)，而交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠大幅增強(qiáng)馬歇爾試件吸濕能力。

我們只是簡(jiǎn)單研究和分析了影響馬歇爾試件吸濕的幾個(gè)影響因素，而影響馬歇爾吸濕的因素很多，需要在進(jìn)一步深化研究和分析已有結(jié)果的同時(shí)，發(fā)掘并研究其它影響因素，通過(guò)了解這些影響因素，為減少或抑制馬歇爾試件吸濕提供有效的解決方法，達(dá)到最終提高瀝青混合料指標(biāo)參數(shù)計(jì)算和性能測(cè)試準(zhǔn)確度的目的。

[1]李振林,孫剛,呂良.瀝青混合料馬歇爾試件密度測(cè)法比較[J].東北公路,2002(4).