抗剝離劑對季凍區(qū)玄武巖改性瀝青混合料微觀強度的影響

齊春玲，王顯利，劉　茉，仲玉俠，常廣利

(北華大學汽車與建筑工程學院，吉林 吉林　132013)

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抗剝離劑對季凍區(qū)玄武巖改性瀝青混合料微觀強度的影響

齊春玲，王顯利，劉茉，仲玉俠，常廣利

(北華大學汽車與建筑工程學院，吉林 吉林132013)

模擬吉林地區(qū)溫度條件，試驗研究兩種新型瀝青抗剝離劑在不同狀態(tài)、不同溫度條件下對玄武巖碎石改性瀝青混合料微觀強度的影響規(guī)律，同時準確、客觀地評價兩種瀝青抗剝離劑的工程性能.結(jié)果表明：摻入瀝青抗剝離劑提高了玄武巖碎石瀝青礦料的微觀強度.研究結(jié)果可以為吉林省及與吉林省具有相同氣候條件或工程背景的玄武巖碎石瀝青路面設(shè)計、施工提供理論依據(jù).

抗剝離劑；改性瀝青；微觀強度

【引用格式】齊春玲，王顯利，劉茉，等．抗剝離劑對季凍區(qū)玄武巖改性瀝青混合料微觀強度的影響[J].北華大學學報(自然科學版)，2016，17(5)：684-688.

近年來，交通及氣候條件對高速公路路面使用性能的要求越來越高，因此吉林省絕大部分瀝青路面均采用SBS改性瀝青來提高瀝青路面的路用性能.據(jù)調(diào)查，瀝青路面在長期荷載和凍脹作用下還是出現(xiàn)了開裂和松散等病害，而瀝青抗剝離劑的使用可以提高瀝青混合料抗裂及抗松散能力[1].

國內(nèi)外學者對抗剝離劑的研究多集中在用水煮法測量花崗巖、玄武巖碎石瀝青路面宏觀強度以及花崗巖碎石瀝青路面的微觀強度[2-5]方面.對吉林省內(nèi)已建工程的調(diào)查顯示，近年來吉林省的公路瀝青路面表面層采用的碎石基本上為玄武巖和安山巖[6].目前將瀝青抗剝離劑用于玄武巖碎石改性瀝青路面微觀強度的研究未見報道.本次研究通過試驗分析兩種瀝青抗剝離劑對玄武巖碎石改性瀝青路面礦料接觸面微觀強度的影響，檢驗兩種抗剝離劑的有效性.

1　試驗材料與試驗方法

1.1試驗材料

采用對基質(zhì)瀝青高低溫性能均有所改善的SBS改性瀝青[7-8]，技術(shù)參數(shù)見表1；采用吉林地區(qū)玄武巖碎石石料；根據(jù)季凍區(qū)高速公路的特點[9]，選用AC-20型瀝青碎石級配，級配特性見表2.經(jīng)過碎石混合料級配設(shè)計，使之滿足規(guī)范要求.

選用AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ型兩種瀝青抗剝離劑[10-11]，其中AR-Ⅰ型抗剝離劑形態(tài)為片狀固體，主要成分為胺類；AR-Ⅱ型抗剝劑形態(tài)為暗色液體，主要成分為磷羥基有機物.兩種抗剝離劑的主要技術(shù)指標見表3.

表1　 瀝青技術(shù)參數(shù)

表2　AC-20型瀝青碎石級配特性

表3　兩種抗剝離劑主要技術(shù)指標

1.2試驗方法

本次試驗采用礦料接觸面微觀強度測試方法[2]，測試、計算在不同狀態(tài)(正常狀態(tài)、短期老化、長期老化)、不同溫度條件下?lián)饺肟箘冸x劑的改性瀝青礦料間的黏附強度、瀝青結(jié)合料自身黏結(jié)強度及礦料接觸面總體強度.試驗采用標準擊實法制備AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ型抗剝改性瀝青結(jié)合料.抗剝離劑的摻量為瀝青用量的0.5%.采用薄膜老化試驗對上述抗剝改性瀝青進行短期老化處理.通過此試驗可以分析摻入抗剝離劑的改性瀝青礦料經(jīng)過短期及長期老化后接觸面微觀強度的變化；長期老化過程是通過瀝青薄膜老化及三軸壓力老化處理來模擬的.

制備油膜厚度為0.25 mm左右的各狀態(tài)下瀝青結(jié)合料中厚層油膜礦料接觸面，試驗時接觸面積3.6 cm2.依據(jù)吉林省的情況，選用的溫度為25，15，-5，-15，-25，-35 ℃，試件控溫時間為4 h.

2　試驗結(jié)果及分析

試驗選取3組試件，測得未摻入抗剝離劑和分別摻入兩種不同類型抗剝離劑的玄武巖碎石改性瀝青礦料在不同狀態(tài)、不同溫度條件下接觸面的微觀強度.測試結(jié)果見表4.

表4　不同狀態(tài)、不同溫度下改性瀝青礦料接觸面微觀強度

2.1兩種抗剝離劑對改性瀝青礦料破壞荷載的影響規(guī)律

不同狀態(tài)、不同溫度條件下?lián)饺雰煞N抗剝離劑對玄武巖碎石改性瀝青的破壞荷載影響規(guī)律見圖1～3.由圖1～3可見：不同狀態(tài)、不同溫度下，摻入兩種抗剝離劑對玄武巖碎石改性瀝青的破壞荷載均有提高.正常狀態(tài)下，兩者對礦料破壞荷載增長率提高幅度相差不大，但溫度不同破壞荷載的增長率相差較大；在-35 ℃條件下，破壞荷載增長率提高了12%；經(jīng)過短期和長期老化處理后，摻入AR-Ⅱ型抗剝離劑的礦料破壞荷載提高幅度明顯高于摻入AR-Ⅰ型抗剝離劑的礦料；經(jīng)過短期老化處理后，摻入AR-Ⅰ型抗剝離劑的礦料破壞荷載平均提高10%左右，摻入AR-Ⅱ型抗剝離劑的礦料破壞荷載平均提高17%左右；經(jīng)過長期老化處理后，摻入AR-Ⅰ型抗剝離劑的礦料破壞荷載平均提高4%左右，摻入AR-Ⅱ型抗剝離劑的礦料破壞荷載平均提高8%左右，尤其是在低溫狀態(tài)下?lián)饺階R-Ⅱ型抗剝離劑對礦料的破壞荷載提高效果更好.

2.2兩種抗剝離劑對改性瀝青礦料間總體拉伸強度的影響規(guī)律

混合料礦料接觸面總體強度是瀝青礦料間黏附強度及瀝青結(jié)合料自身黏結(jié)強度的綜合體現(xiàn)，是礦料接觸面微觀強度的重要指標.在拉伸荷載作用下，礦料接觸面發(fā)生接觸面破壞.礦料接觸面總體拉伸強度

式中：Rt為礦料接觸面總體拉伸強度，MPa；F為礦料接觸面拉伸破壞荷載，kN；St為礦料接觸面面積，cm2.

計算得到不同狀態(tài)、不同溫度下?lián)饺雰煞N抗剝離劑的瀝青礦料接觸面總體拉伸強度，見表4，對玄武巖碎石改性瀝青礦料接觸面總體拉伸強度的影響規(guī)律見圖4～6.由圖4～6可見：正常狀態(tài)和短期老化處理后，摻入抗剝離劑對礦料接觸面的總體拉伸強度提高效果顯著，并且AR-Ⅱ型好于AR-Ⅰ型抗剝離劑的效果；經(jīng)過長期老化處理后，抗剝離劑對總體拉伸強度的影響效果不明顯，并且AR-Ⅰ型要好于AR-Ⅱ型抗剝離劑的效果.

2.3兩種抗剝離劑對改性瀝青礦料間黏附強度的影響規(guī)律

不同狀態(tài)、不同溫度條件下?lián)饺雰煞N抗剝離劑對玄武巖碎石改性瀝青礦料接觸面黏附強度的影響規(guī)律見圖7～9.由圖7～9可見：正常狀態(tài)下，瀝青礦料間黏附強度顯著提高，黏附強度增強效果更好的是摻入AR-Ⅱ型抗剝離劑的瀝青礦料；經(jīng)過長期老化處理后，兩種抗剝離劑對瀝青礦料黏附增強效果都不理想，摻入AR-Ⅱ型抗剝劑的瀝青礦料的黏附強度出現(xiàn)明顯下降.

2.4兩種抗剝離劑對改性瀝青礦料自身黏結(jié)強度的影響規(guī)律

不同狀態(tài)、不同溫度條件下?lián)饺雰煞N抗剝離劑對玄武巖碎石改性瀝青礦料自身黏結(jié)強度的影響規(guī)律見圖10～12.由圖10～12可見：在不同狀態(tài)下，兩種抗剝離劑對瀝青結(jié)合料黏結(jié)強度均未產(chǎn)生顯著影響.從曲線走向可見，兩種抗剝離劑產(chǎn)生的影響均較復(fù)雜；經(jīng)過短期和長期老化處理后，抗剝離劑對瀝青結(jié)合料黏結(jié)強度基本沒有提高；混合料礦料接觸面微觀強度的重要組成部分是結(jié)合料自身黏結(jié)強度，此強度的降低對提高礦料接觸面總體強度和混合料相關(guān)力學性能是不利的.

3　結(jié)　　論

采用瀝青穩(wěn)定碎石礦料接觸面微觀強度測試法分析了AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ抗剝離劑的工程特性，明確了兩種抗剝離劑在不同狀態(tài)下對玄武巖碎石瀝青礦料接觸面間總體強度、黏附強度及瀝青結(jié)合料自身黏結(jié)強度的影響規(guī)律：

1)摻入瀝青抗剝離劑顯著提高了玄武巖碎石瀝青礦料的破壞荷載，AR-Ⅱ抗剝離劑的提高效果要優(yōu)于AR-Ⅰ抗剝離劑.

2)不同狀態(tài)下，摻入兩種抗剝離劑對礦料接觸面微觀強度都存在相對的提高，摻入AR-Ⅱ抗剝離劑的提高幅度要大于AR-Ⅰ抗剝離劑.

3)瀝青抗剝離劑能夠增加瀝青黏附性，但也有可能降低瀝青的黏結(jié)強度.因此，在判定瀝青結(jié)合料的單一黏附性或者黏結(jié)性時都有可能出現(xiàn)較大誤差.

4)若研究目標是玄武巖碎石改性瀝青混合料的長期性能，文中涉及的兩種抗剝離劑都不是瀝青的理想抗剝離材料.在開展提高瀝青礦料接觸面微觀強度的相關(guān)研究中，應(yīng)進一步探求有效的技術(shù)措施以顯著提高接觸面的微觀強度.

[1] 黃澤國.新型抗剝落劑的研發(fā)與應(yīng)用[D].西安：長安大學，2014.

[2] 鄭傳峰.柔性基層瀝青穩(wěn)定碎石礦料接觸面細觀強度特性研究[D].長春：吉林大學，2012.

[3] 李金清.云南公路瀝青路面早期破壞防治措施研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[4] Arabani M，Hamedi Gh H.Using the surface free energy method to evaluate the effects of polymeric aggregate treatment on moisture damage in hot-mix asphalt[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2011，23(6)：802-811.

[5] 任俊達.基于X-rayCT 瀝青混合料細觀結(jié)構(gòu)及力學性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2014.

[6] 王萬峰.吉林省玄武巖及安山巖碎石瀝青路面使用現(xiàn)狀調(diào)查分析[J].吉林交通科技，2012(1)：7-10.

[7] Sajjad Yousefi Oderji.多聚磷酸改性瀝青的性能研究[D].大連：大連理工大學，2015.

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[9] 董偉智.季凍區(qū)高速公路瀝青混合料礦料級配優(yōu)化研究[D].長春：吉林大學，2013.

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[11] 朱建勇，何兆益.抗剝落劑與瀝青相容性的分子動力學研究[J].公路交通科技，2016，33(1)：34-40.

【責任編輯：郭偉】

Influence of Anti-stripping Agent on Mesoscopic Strength of Basalt Modified Bitumen Mixture in Seasonal Frozen Region

Qi Chunling，Wang Xianli，Liu Mo，Zhong Yuxia，Chang Guangli

(Automotive and Architectural Engineering College of Beihua University，Jilin 132013，China)

Simulation of temperature conditions in Jilin Province，the influence of anti-stripping agent on the mesoscopic strength of basalt asphalt mixture in seasonal frozen region under different states and temperatures was researched by experiments.Meanwhile，the characteristics on engineering performance of two kinds anti-stripping agents were accurately and objectively evaluated.Results show that anti-stripping agent improves the mesoscopic strength of basalt asphalt mixture.The research results can provide theoretical basis for the design and construction of basalt asphalt pavement，which is suitable for Jilin Province and weather conditions or engineering background as same as Jilin Province.

anti-stripping agent；modified bitumen；mesoscopic strength

1009-4822(2016)05-0684-05

10.11713/j.issn.1009-4822.2016.05.028

2016-05-17

吉林省教育廳科學技術(shù)研究項目(2013176).

齊春玲(1981-)，女，碩士，講師，主要從事土木工程路橋功能性材料研究，E-mail:45016617@qq.com；通信作者：王顯利(1972-)，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事新型土木工程材料研究，E-mail:645389453@qq.com．

TU531.6

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