抗剝落劑對酸性礫石瀝青混合料性能研究

陳紅奎， 李文凱

（河南交院工程技術(shù)有限公司，鄭州 450000）

瀝青路面選用的集料從酸堿性角度考慮包括酸性與堿性. 常用的瀝青屬于酸性材料，能夠與堿性礦料有較強的相容性，可以改善瀝青路面的抗水損害能力，減少松散、露骨、坑槽等路面病害的出現(xiàn)；酸性礦料與瀝青的相容性較差，瀝青路面抗水損害能力一般，容易出現(xiàn)水損害病害［1-6］. 近年來隨著交通行業(yè)的快速發(fā)展，我國大量礦山被開采，優(yōu)質(zhì)堿性礦山開采量更為顯著，造成礦料的儲備量逐年降低，新建公路基礎(chǔ)設(shè)施由于缺少原材料導(dǎo)致工期延長的現(xiàn)象時有發(fā)生［7-12］. 酸性礦料在我國分布較廣，且儲存量較多，同時酸性礫石具有較強的耐磨性能，如能在瀝青路面中加以利用，能夠很大程度緩解堿性礦料缺乏地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的壓力［13-15］. 由于酸性礫石與瀝青相容性較差，造成瀝青與酸性礫石之間的黏附性降低，后期瀝青路面極易出現(xiàn)水損害病害. 本文將XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑摻入到SBS（I-D類）瀝青性能中，評價不同類型、不同摻量的抗剝落劑對SBS（I-D類）瀝青的改善效果，同時對不同摻量XT-1的混合料開展路用性能研究，分析XT-1對瀝青路面路用性能的改善效果，為酸性礫石在瀝青路面中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)［16-19］.

1 原材料及配合比設(shè)計

1.1 瀝青

瀝青對瀝青路面性能起著關(guān)鍵性作用，本文選用的瀝青為SBS（I-D類）改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果見表1.

表1 SBS（I-D類）改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.1 Test results of main technical indexes of SBS（I-D）modified asphalt

1.2 抗剝落劑

本文選用XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑展開研究，三種抗剝落劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果見表2.

表2 三種抗剝落劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果Tab.2 Test results of main technical indexes of three anti-stripping agents

1.3 配合比設(shè)計及馬歇爾試驗結(jié)果

本文混合料級配類型為AC-13C，粗集料為3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm酸性礫石，細(xì)集料為0～3 mm石灰?guī)r石屑，填料為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，AC-13C級配設(shè)計結(jié)果見表3，最佳油石比及馬歇爾試驗結(jié)果見表4.

表3 AC-13C礦料級配設(shè)計結(jié)果Tab.3 Design results of AC-13C aggregate gradation單位：%

表4 最佳油石比及馬歇爾試驗結(jié)果Tab.4 The optimum ratio of oil to stone and the Marshall test results

2 抗剝落劑對瀝青性能的影響

將XT-1、TJ-066、PA-1 三種抗剝落劑分別以0%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%（占瀝青質(zhì)量）的摻量摻入到165 ℃瀝青中，對不同摻量、不同型號的瀝青依次進行相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測，評價不同抗剝落劑對SBS（I-D類）瀝青性能改善效果.

2.1 針入度及軟化點試驗

對不同類型、不同摻量抗剝落劑的SBS（I-D類）瀝青分別進行25 ℃針入度及軟化點試驗，試驗結(jié)果分別見圖1、圖2.

圖1 針入度試驗結(jié)果Fig.1 Penetration test results

圖2 軟化點試驗結(jié)果Fig.2 Softening point test results

由圖1 可以得出：SBS（I-D 類）瀝青針入度均隨三種抗剝落劑摻量的增加而增大，抗剝落劑摻量為0%～0.3%時，針入度結(jié)果增幅較大，當(dāng)摻量大于0.3%時，增幅降低，表明三種抗剝落劑的摻入能夠增強SBS（I-D類）瀝青的黏度.

由圖2可以得出：SBS（I-D類）瀝青軟化點均隨三種抗剝落劑摻量的增加而減小，其中XT-1降幅最小，PA-1降幅最大，但均滿足改性瀝青軟化點不小于60 ℃的要求.

2.2 運動黏度及延度試驗

對不同型號、不同摻量抗剝落劑的SBS（I-D類）瀝青分別進行135 ℃運動黏度及5 ℃延度試驗，試驗結(jié)果分別見圖3、圖4.

圖3 135 ℃運動黏度試驗結(jié)果Fig.3 Kinematic viscosity test at 135 ℃

圖4 5 ℃延度試驗結(jié)果Fig.4 Ductility test results at 5 ℃

由圖3可以得出：SBS（I-D類）瀝青135 ℃運動黏度均隨三種抗剝落劑摻量的增加而減小，其中XT-1降幅最小，PA-1降幅最大，這主要因為抗剝落劑的摻入，使得瀝青中輕物質(zhì)占比增加，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)占比相對減少，高溫穩(wěn)定性及黏韌性下降.

由圖4可以得出：SBS（I-D類）瀝青5 ℃延度均隨三種抗剝落劑摻量的增加顯現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且均在0.4%摻量時達到峰值，表明摻量小于0.5%時，三種抗剝落劑均能增強SBS（I-D類）瀝青的低溫黏韌性.

2.3 黏附性試驗

集料選用10～15 mm酸性礫石，對不同型號、不同摻量抗剝落劑的SBS（I-D類）瀝青開展老化前后黏附等級試驗，試驗結(jié)果分別見圖5、圖6.

圖5 老化前黏附等級試驗結(jié)果Fig.5 Test results of adhesion grades before aging

圖6 老化后黏附等級試驗結(jié)果Fig.6 Test results of adhesion grades after aging

由圖5、圖6 可以得出：SBS（I-D 類）瀝青老化后黏附等級均隨三種抗剝落劑摻量的增加而升高，其中XT-1對瀝青黏附等級改善效果最優(yōu)，表明三種抗剝落劑均能改善瀝青與集料之間的抗水損害能力. 結(jié)合上述試驗得出，XT-1對SBS（I-D類）瀝青綜合改善效果最優(yōu)，XT-1最佳摻量為0.3%.

3 路用性能

酸性礫石與瀝青之間的黏附性較差，本文在混合料中摻入I級消石灰、C42.5水泥及XT-1抗剝落劑來改善混合料性能，摻配比例詳見表5，6種摻配比例依次用編號1、2、3、4、5、6表示.

表5 水泥、消石灰、XT-1摻入比例Tab.5 The proportions of cement，lime and XT-1單位：%

3.1 水穩(wěn)定性

評價瀝青路面水穩(wěn)定性的方法有多種，主要包括浸水馬歇爾、凍融劈裂、礦料與瀝青之間的黏附性以及浸水車轍試驗等. 浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗是最為常規(guī)、最為直接評價混合料水穩(wěn)定的試驗方法，同時試驗方法成熟. 因此，本文選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗來評價水泥、消石灰及XT-1抗剝落劑不同摻配比例時混合料抗水損害能力，試驗結(jié)果分別見圖7、圖8［20-21］.

由圖7、圖8可以得出：未摻消石灰、水泥及XT-1的混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比均未滿足1-3區(qū)改性混合料不小于85%、80%的要求；摻XT-1的三種混合料試驗結(jié)果均大于未摻XT-1的混合料，摻有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料試驗結(jié)果均為最大，分別為92%、91%.

圖7 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度Fig.7 Residual stability of immersed marshall

圖8 凍融劈裂殘留強度比Fig.8 Residual strength ratios of freeze-thaw splitting

3.2 高溫穩(wěn)定性

夏季炎熱環(huán)境下，瀝青路面在車輛軸載作用下極易出現(xiàn)車轍病害. 評價瀝青路面高溫抗車轍能力的方法有多種，主要包括：圓柱體單軸靜載、車轍試驗、重復(fù)試驗、三軸靜載等.本文選用車轍試驗來評價水泥、消石灰及XT-1不同摻配比例時混合料高溫抗車轍能力，試驗結(jié)果見圖9［22-23］.

由圖9可以得出：XT-1的摻入未能增強混合料高溫抗車轍能力，只摻XT-1 的混合料試驗結(jié)果為2949 次/mm，但滿足1-3 區(qū)改性混合料不小于2800 次/mm 的要求；只摻消石灰或水泥的混合料試驗結(jié)果較其他摻配方案大，表明消石灰、水泥的摻入能夠增強混合料高溫抗車轍能力.

圖9 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果Fig.9 Test results of dynamic stability

4 結(jié)論

1）XT-1、TJ-066、PA-1三種抗剝落劑的摻入均能改善瀝青與集料之間的黏附性，XT-1對SBS（I-D類）瀝青綜合改善效果最優(yōu)，XT-1最佳摻量為0.3%.

2）同時摻有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比試驗結(jié)果均為最大，分別為92%、91%.

3）XT-1 的摻入未能改善混合料高溫抗車轍能力，但動穩(wěn)定度試驗結(jié)果滿足1-3 區(qū)改性混合料不小于2800 次/mm的要求；只摻消石灰或水泥的混合料試驗結(jié)果較其他摻配方案大，表明消石灰、水泥的摻入能夠增強混合料高溫抗車轍能力.