抗剝落劑對(duì)凝灰?guī)r瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

林智 朱凱建 黃前龍

（1.浙江交投礦業(yè)有限公司，浙江 舟山 316000；2.河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056000；3.中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京 100088）

瀝青路面對(duì)水分很敏感，水分的存在會(huì)降低瀝青和集料間的黏附力，進(jìn)而導(dǎo)致黏結(jié)失效[1]。水損害是瀝青路面早期損害的主要形式之一[2，3]；造成瀝青路面水損害的根本原因是瀝青和集料間黏附性不足[4]。為了防止瀝青路面損壞，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究出抗剝落劑改善集料與瀝青之間的黏附性能，進(jìn)而提高瀝青混合料的抗水損害性能[5]。抗剝落劑可增強(qiáng)瀝青與集料之間的物理-化學(xué)結(jié)合作用，并降低瀝青的表面張力改善其潤(rùn)濕性[6]。胺類(lèi)抗剝落劑通過(guò)增加瀝青的表面張力，減小與集料的接觸角，從而改善與集料的黏附性；此外還在集料表面形成堿性電離層，進(jìn)一步增強(qiáng)與酸性瀝青之間的黏結(jié)力[7]。

本文基于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[8]中瀝青與集料黏附性試驗(yàn)（改進(jìn)的水煮法試驗(yàn)），采用馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)研究凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，探究抗剝落劑改善凝灰?guī)r集料黏附性的效果，為凝灰?guī)r集料在瀝青路面的推廣提供了一定的參考依據(jù)。

一、試驗(yàn)材料和方法

（一）原材料試驗(yàn)

瀝青采用韓國(guó)雙龍牌70＃基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示；集料選用浙江地區(qū)的凝灰?guī)r集料，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表1 雙龍70?；|(zhì)瀝青基本性能

表2 凝灰?guī)r集料基本性能

（二）級(jí)配設(shè)計(jì)

本文所采用的設(shè)計(jì)級(jí)配為AC-20C，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[9]最終級(jí)配設(shè)計(jì)如表3所示，級(jí)配設(shè)計(jì)曲線(xiàn)如圖1所示。

試驗(yàn)方案采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中黏附性試驗(yàn)，在水煮法基礎(chǔ)上改進(jìn)，定量分析集料與瀝青之間的黏附性；然后根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)凝灰?guī)r混合料及玄武巖瀝青混合料采用馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。

表3 AC-20C級(jí)配設(shè)計(jì)

圖1 AC-20C級(jí)配設(shè)計(jì)曲線(xiàn)

二、瀝青抗剝落劑及瀝青黏附性試驗(yàn)

（一）抗剝落劑的選擇

抗剝落劑的研究歷經(jīng)了4個(gè)階段：第一代為無(wú)機(jī)類(lèi)，主要以消石灰為代表，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、性能較好；第二代為金屬皂化物，主要以皂角鐵為代表，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、使用工藝簡(jiǎn)便，但是其與瀝青易產(chǎn)生離析；第三代為表面活性劑，主要以季銨鹽為代表，其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，但是原料成本較高，熱穩(wěn)定性較差；第四代為有機(jī)高分子類(lèi)，主要以聚酰胺類(lèi)聚合物為主，其優(yōu)點(diǎn)是性能好、使用方便，但成本較高。當(dāng)前使用的高分子抗剝落劑以胺類(lèi)抗剝落劑為主。但是由于胺類(lèi)物質(zhì)耐熱性差，在高溫下極易分解，從而喪失部分或全部作用。與其相比，非胺類(lèi)抗剝落劑具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗剝落性能優(yōu)良等特點(diǎn)，因而具有很好的發(fā)展空間。

本文研究了第四代高分子抗剝落劑，該抗剝落劑采用傳統(tǒng)的非胺類(lèi)抗剝落劑AMR型（A型），根據(jù)推薦比例摻量方案選用0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的比例；胺類(lèi)抗剝落劑PA-Ⅲ型（P型），根據(jù)推薦比例摻量方案選用0.3%、0.5%、0.7%、0.9%的比例。

（二）瀝青黏附性試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，首先是水煮法試驗(yàn)，傳統(tǒng)的水煮法試驗(yàn)只是定性分析集料與瀝青之間的黏附性，因此采用改進(jìn)的水煮法試驗(yàn)，定量分析不同集料的黏附性能。首先稱(chēng)取集料自重m0、裹覆瀝青后質(zhì)量m1；然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水煮法評(píng)價(jià)集料的黏附性；最后增加不同的水煮時(shí)間，分別為3min、5min、10min和15min，并且稱(chēng)量水煮每一時(shí)刻后剩余集料的質(zhì)量mi，得出每一時(shí)刻的質(zhì)量損失率（%），計(jì)算過(guò)程如式（1）所示：

凝灰?guī)r集料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)規(guī)程、不同條件下的黏附等級(jí)如表4所示；在瀝青中加入A型、P型兩種抗剝落劑經(jīng)水煮法試驗(yàn)后的質(zhì)量損失率如圖2、圖3所示。

表4 凝灰?guī)r集料在不同條件下的黏附等級(jí)

如圖2所示，在摻加抗剝落劑后，瀝青的質(zhì)量損失呈明顯的下降趨勢(shì)；當(dāng)A型抗剝落劑摻量為0.1%和0.3%時(shí)瀝青質(zhì)量損失率較高，在15min時(shí)分別達(dá)到64.40%、44.41%；而在0.5%和0.7%時(shí)，瀝青質(zhì)量損失率為27.32%、23.87%，變化幅度較小。因此，A型抗剝落劑摻量為0.5%時(shí)，集料與瀝青之間的黏附性能改善較為明顯。

圖2 凝灰?guī)r在A(yíng)型抗剝落劑使用后的質(zhì)量損失率

圖3 凝灰?guī)r在P型抗剝落劑使用后的質(zhì)量損失率

如圖3所示，未摻加抗剝落劑在15min時(shí)的瀝青質(zhì)量損失率高達(dá)69.39%；當(dāng)P型抗剝落劑摻量為0.3%、0.5%時(shí)瀝青質(zhì)量損失率較高，在15min時(shí)瀝青質(zhì)量損失分別達(dá)到了60.70%、50.23%；而在0.7%和0.9%時(shí)，瀝青質(zhì)量損失率為38.49%、31.51%，變化幅度較小。因此P型抗剝落劑摻量為0.7%時(shí)，集料與瀝青之間的黏附性能改善較為明顯。

三、水穩(wěn)定性能

根據(jù)表3設(shè)計(jì)配合比，按照試驗(yàn)規(guī)范制作混合料試件；本文通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）指標(biāo)評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性能。試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示，隨著A型抗剝落劑的摻加，凝灰?guī)r瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及TSR明顯提高，在摻量為0.5%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度為95%、TSR值為93%?？梢缘贸?，在A(yíng)型抗剝落劑摻量為0.5%時(shí)凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較為優(yōu)異。

圖4 A型抗剝落劑凝灰?guī)r瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖5 A型抗剝落劑凝灰?guī)r瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

如圖6、圖7所示，隨著P型抗剝落劑的摻加，凝灰?guī)r瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及TSR明顯提高，在摻量為0.7%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度為90%、TSR值為89%?？梢缘贸?，在P型抗剝落劑摻量為0.7%時(shí)凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較為優(yōu)異。

圖6 P型抗剝落劑凝灰?guī)r瀝青混合料進(jìn)水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖7 P型抗剝落劑凝灰?guī)r瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，當(dāng)A型抗剝落劑摻量為0.5%時(shí)，凝灰?guī)r瀝青混合料的性能達(dá)到最優(yōu)；當(dāng)P型抗剝落劑摻量為0.7%時(shí)，凝灰?guī)r瀝青混合料的性能達(dá)到最優(yōu)。

四、結(jié)語(yǔ)

首先通過(guò)水煮法試驗(yàn)得出：未摻加抗剝落劑時(shí)凝灰?guī)r集料的黏附等級(jí)為3級(jí)，黏附性較差；當(dāng)A型抗剝落劑摻量為0.5%時(shí)、P型抗剝落劑摻量為0.7%時(shí)凝灰?guī)r集料黏附等級(jí)達(dá)到5級(jí)；然后通過(guò)改進(jìn)的水煮法試驗(yàn)得出：摻加0.5%的A型抗剝落劑在15min時(shí)瀝青的質(zhì)量損失降低了42%；摻加0.7%的P型抗剝落劑在15min時(shí)瀝青的質(zhì)量損失降低了31%；最后通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)得出：在摻加抗剝落劑后，凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能大大提高，A型抗剝落劑的殘留穩(wěn)定度達(dá)到95%，凍融劈裂強(qiáng)度值達(dá)到93%；P型抗剝落劑的殘留穩(wěn)定度達(dá)到90%，凍融劈裂強(qiáng)度值達(dá)到91%。