不同瀝青抗剝落劑對(duì)瀝青性能的影響研究

孫杰

【摘 要】本文研究了三種瀝青抗剝落劑對(duì)克煉90號(hào)基質(zhì)瀝青老化前后性能的影響，結(jié)果表明三種瀝青抗剝落劑提高了瀝青的高溫粘度；針入度和軟化點(diǎn)分別發(fā)生了下降和上升；瀝青延度在加入抗剝落劑之后沒(méi)有發(fā)生顯著變化；但耐熱性和抗老化能力均發(fā)生了不同程度的提高，其中MAS的提升效果最佳。

【關(guān)鍵詞】抗剝落劑；瀝青；性能；老化

【Abstract】The influence of three different asphalt anti-stripping agents on properties before and after aging of Kelian-90 base asphalt was researched. The result indicated that all the anti-stripping agents increased the high-temperature viscosity and softening point， and decreased the needle penetration， the ductility didnt dramatically change after adding anti-stripping agents， nevertheless， the heat resistance and ageing resistance enhanced for different level， and MAS had the best effect.

【Key words】anti-stripping agent； asphalt； property； aging

瀝青是瀝青路面的主要組成材料，瀝青性能直接影響著整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的好壞，因此在公路施工建設(shè)中十分重視瀝青性能的優(yōu)劣。從化學(xué)角度來(lái)看，瀝青材料略顯酸性，與堿性石料的粘附效果較好，但是與酸性石料粘附性較差。當(dāng)使用酸性石料進(jìn)行公路建設(shè)時(shí)，瀝青容易從石料表面剝離，尤其是在雨水較多的情況下。為了提高瀝青與酸性石料的粘附性，通常選擇加入各類(lèi)抗剝落劑，一般來(lái)說(shuō)，瀝青抗剝落劑的用量在0.2%～0.5%之間，盡管用量很少，但是這些抗剝落劑卻能對(duì)除粘附性以外的瀝青性能產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響道路的最終使用效果和壽命。因此，有必要對(duì)加入抗剝落劑后的瀝青性能進(jìn)行系統(tǒng)分析，以對(duì)瀝青抗剝落劑在公路工程施工中的應(yīng)用提供給理論依據(jù)。

本文旨在研究新型OMMT/聚酰胺納米復(fù)合瀝青抗剝落劑（MAS）對(duì)瀝青性能的影響，并在此基礎(chǔ)上，分別取國(guó)內(nèi)外瀝青抗剝落劑作為對(duì)照組，以對(duì)比MAS對(duì)瀝青性能的改善效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本文采用克拉瑪依產(chǎn)90號(hào)基質(zhì)瀝青（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“克煉90號(hào)瀝青”）樣品為研究對(duì)象分析添加劑對(duì)瀝青性能的影響。該瀝青的基本力學(xué)性能如表1，其中的試驗(yàn)方法符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的規(guī)定。

試驗(yàn)用瀝青添加劑MAS為實(shí)驗(yàn)室自制。除MAS外，同時(shí)將美國(guó)某公司氨基胺衍生物類(lèi)液體添加劑（ASA-1）與國(guó)內(nèi)某研究所自主研發(fā)產(chǎn)品（ASA-2）分別加入基質(zhì)瀝青中做性能驗(yàn)證，對(duì)比MAS對(duì)瀝青性能的影響。其中，ASA-1與ASA-2的基本性能列于表2與表3中。

以克煉90號(hào)瀝青為空白對(duì)照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據(jù)重交通道路石油瀝青質(zhì)量要求，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行基本性能測(cè)試。

以克煉90號(hào)瀝青為空白對(duì)照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據(jù)JTG E20-2011中T0610-2011方法要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)薄膜老化，并進(jìn)行瀝青短期老化質(zhì)量損失測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 MAS對(duì)瀝青基本性能的影響

道路瀝青在100℃～200℃的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)于生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和路面施工的質(zhì)量控制有實(shí)用意義。日本道路協(xié)會(huì)提出，在制備瀝青混合料的拌合工序中，瀝青粘度控制在180～200mm2/s時(shí)，可使石料表面裹覆的瀝青膜厚最合理。在路面施工過(guò)程中，正確地選擇瀝青的泵送、拌合和碾壓溫度，對(duì)于確保路面施工質(zhì)量具有重要意義。為此，ASTM D 3381標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了接近施工溫度下的135℃粘度的最低值。

瀝青135℃粘度對(duì)施工過(guò)程的影響巨大，而抗剝落劑的存在會(huì)使瀝青粘度會(huì)發(fā)生一定程度地改變，進(jìn)而影響瀝青的施工性能。根據(jù)JTG E20-2011中T0620-2000方法要求，對(duì)不同溫度下瀝青粘度進(jìn)行測(cè)試，表4.4中列出克煉90#石油瀝青中分別加入0.3%不同抗剝落劑后135℃瀝青粘度的變化。加入抗剝落劑后，瀝青135℃粘度均有所增大，表明抗剝落劑中的堿性基團(tuán)通過(guò)與瀝青中的酸性基團(tuán)相互作用，增加了瀝青分子之間的結(jié)合。

在60℃時(shí)，瀝青剛開(kāi)始具有流動(dòng)性，但仍具有很大的粘度，此時(shí)瀝青抗剝落劑對(duì)瀝青粘度的影響有限。此外，因?yàn)榭箘兟鋭┍旧碚扯容^小，甚至可以使得加入抗剝落劑的瀝青的60℃粘度有所降低。在175℃時(shí)，抗剝落劑的影響在高溫下被削弱，因此三個(gè)樣品間的粘度差異不大。

加入了抗剝落劑的瀝青在針入度上均有所降低，其中加入MAS后針入度降低幅度介于ASA-1與ASA-2之間。上述數(shù)據(jù)表明三種抗剝落劑均會(huì)使瀝青硬度在一定程度上升高，從而提升瀝青抵抗剪切破壞能力。

三種抗剝落劑均會(huì)使瀝青軟化點(diǎn)升高，其中MAS對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響程度最大。與針入度類(lèi)似，瀝青軟化點(diǎn)的升高是因?yàn)樗釅A加合物和分子間氫鍵的形成加強(qiáng)了瀝青分子間結(jié)合強(qiáng)度。而MAS對(duì)軟化點(diǎn)影響程度最大則是因?yàn)轷０奉?lèi)抗剝落劑與胺類(lèi)抗剝落劑相比，熱穩(wěn)定性好，溫度的升高對(duì)其影響相對(duì)較小，在對(duì)照樣品均已達(dá)到軟化點(diǎn)時(shí)仍能具有一定的黏度。

一般認(rèn)為，延度反映了瀝青材料的低溫延伸性能，也就是說(shuō)反映了瀝青路面抵抗開(kāi)裂的能力。在4℃或者15℃時(shí)得到的延度試驗(yàn)結(jié)果能夠間接地反映在路面使用溫度時(shí)瀝青粘度和剪切敏感性的關(guān)系。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)延度試驗(yàn)的意義尚有不同的看法，但是目前普遍認(rèn)為瀝青的延度與路面使用性能有一定的相關(guān)性，尤其是低溫延度與低溫開(kāi)裂性能關(guān)系密切，因此在不少?lài)?guó)家的瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，開(kāi)始增加低溫性能的指標(biāo)。加入不同抗剝落劑后，瀝青延度均能保證在100%以上，表明抗剝落劑不會(huì)對(duì)瀝青塑性造成顯著影響。endprint

將抗剝落劑加入瀝青之后，一方面其堿性的酰胺/脂肪胺基團(tuán)可與瀝青中的羧基形成加合物，另一方面這兩種基團(tuán)還可與瀝青上的部分含氧或含氮基團(tuán)形成氫鍵，上述作用加強(qiáng)了瀝青分子間的結(jié)合，宏觀表現(xiàn)為瀝青針入度的降低和軟化點(diǎn)的提高。

2.2 MAS對(duì)瀝青老化后性能的影響

以克煉90#基質(zhì)瀝青為空白對(duì)照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據(jù)JTG E20-2011中T0610-2011方法要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)薄膜老化，瀝青短期老化質(zhì)量損失變化如表5所示。

當(dāng)基質(zhì)瀝青短期老化質(zhì)量損失為零時(shí)，三種抗剝落劑對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)顯著影響。

加入ASA-1后，瀝青短期老化針入度比略有升高，與之形成明顯對(duì)比的是，MAS與ASA-2的加入顯著提高了該項(xiàng)數(shù)據(jù)，表明MAS和ASA-2可以有效提高基質(zhì)瀝青的耐熱性和抗老化性能。

短期老化后，未加入抗剝落劑的基質(zhì)瀝青以及加入國(guó)內(nèi)外對(duì)比抗剝落劑的瀝青樣品延度大大降低，其中加入國(guó)外樣品的瀝青延度甚至低于空白樣品。而加入MAS的瀝青在老化后延度仍顯著高于其他三組樣品，表明MAS可以提高瀝青的抗老化性。

依據(jù)美國(guó)SHRP計(jì)劃中提出的瀝青性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)瀝青的路用性能進(jìn)行分級(jí)，由表中數(shù)據(jù)可知，抗剝落劑對(duì)瀝青長(zhǎng)期老化后PG分級(jí)無(wú)顯著影響。

3 總結(jié)

本文對(duì)比了不同種類(lèi)瀝青抗剝落劑對(duì)瀝青性能的影響。試驗(yàn)表明，在加入抗剝落劑后，瀝青老化前后性能均會(huì)發(fā)生顯著改變，可總結(jié)如下：瀝青抗剝落劑在低溫下對(duì)瀝青粘度影響有限，但在高溫下可提高瀝青粘度；通過(guò)對(duì)針入度和軟化點(diǎn)的研究表明，瀝青在加入抗剝落劑后硬度會(huì)略微提高；瀝青抗剝落劑不會(huì)對(duì)瀝青延度造成較大影響；三類(lèi)抗剝落劑均會(huì)提高瀝青的耐熱性和抗老化能力，但提高程度不同，其中MAS對(duì)上述能力的提升效果最為顯著；瀝青抗剝落劑對(duì)瀝青性能的改善，一是因?yàn)榕c瀝青形成酸堿加合物，二是抗剝落劑與瀝青分子間形成非共價(jià)的氫鍵，二者共同作用，提高了瀝青分子間的結(jié)合。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint