抗剝落劑對高速路面微表處性能影響

魏永東 李小榮 周吉玉 劉萬琴 武奎

（1.甘肅省武威公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅 武威 733000；2.河南好友公路工程有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

一、引言

瀝青路面的損壞很多是因涉水，要想提高路面的抗水損能力，就需要提高瀝青與集料的黏附性[1]。為了提高路面的抗水損能力，在路面的養(yǎng)護中，引入了微表處、同步碎石封層、開普封層等很多工藝，其中微表處是比較成熟且常用的養(yǎng)護工藝。因環(huán)保要求，很多中小采石場關閉，可選石料越來越少，以及一些養(yǎng)護企業(yè)不豐富的微表處施工經(jīng)驗，導致微表處施工后，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。本文提出了微表處施工時在乳化瀝青中摻入抗剝落劑，以提高微表處混合料的抗剝落能力。

抗剝落劑是通過降低瀝青與石料的界面張力增進兩者的黏附能力。在熱瀝青混合料中，早已引入了抗剝落劑，并取得了較好效果，很多研究都發(fā)現(xiàn)抗剝落劑能提高熱瀝青混合料的抗水損能力[2,3]，但在微表處施工中，引入抗剝落劑的研究較少?？箘兟鋭┓N類較多，有金屬皂、胺類和非胺類抗剝落劑。金屬皂的特點是成本低、使用方便，但與瀝青密度相差過大，易產(chǎn)生離析而影響使用效果，目前使用較少。胺類物質(zhì)受熱易分解，穩(wěn)定性相對差，其抗剝落劑的耐熱性與長期性能受到質(zhì)疑，非胺類抗剝落劑的耐熱性與長期性能優(yōu)于胺類[4]。

本文選取一種非胺類有機化合物的抗剝落劑，因抗剝落劑不溶于乳化瀝青，先將抗剝落劑融入到基質(zhì)瀝青中，混合均勻后，再生產(chǎn)乳化瀝青。從瀝青抗剝落劑的摻量出發(fā)，分析不同抗剝落劑摻量對乳化瀝青性能，以及對微表處混合料抗水損性能的影響，得出最佳抗剝落劑摻量，并在G6京藏高速上做了試驗段施工，觀察實際路用效果。

二、原材料

試驗選用SK90#基質(zhì)瀝青，抗剝落劑由上海某公司生產(chǎn)的有機高分子非胺類抗剝落劑，檢測結果如表1所示。石料選用甘肅白銀的玄武巖，按《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》和《公路工程集料試驗規(guī)程》開展檢測，檢測結果如表2、表3所示。

表1 抗剝落劑性能

表2 SK90#瀝青性能檢測

表3 玄武巖石料的技術要求及試驗結果

三、改性乳化瀝青性能

查相關文獻可知，抗剝落劑加入量一般在瀝青的0.1%～0.8%之間[2,3]，實驗選取0%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%摻入到基質(zhì)瀝青中，選取河南某公司常用的微表處乳化劑生產(chǎn)乳化瀝青，并外摻4%的SBR膠乳，混合均勻后制得改性乳化瀝青，檢測指標如表4所示。

表4 乳化瀝青檢測指標

從表4和圖1、圖2中可得，抗剝落劑的摻入會降低乳化瀝青的軟化點，增加乳化瀝青的延度，并且隨著抗剝落劑摻量增加，軟化點逐漸降低，延度逐漸升高，但對乳化瀝青的其他性能影響較小。軟化點的高低主要影響路面的高溫性能，延度的高低主要影響路面的低溫性能，一般在高速路面上的微表處施工，乳化瀝青的軟化點不易低于60℃，延度不易小于40c，抗剝落劑摻量不易大于6%。

圖1 抗剝落劑對軟化點影響

圖2 抗剝落劑對延度影響

四、玄武巖石料

對于微表處室內(nèi)試驗中，為了確保試驗數(shù)據(jù)的準確性，將集料分檔篩分，每一檔集料單獨存放，并稱取Ⅲ型微表處中值級配開展相關試驗。Ⅲ型微表處中值級配，如表5所示。

表5 Ⅲ型微表處中值級配的通過率

五、混合料試驗

在微表處混合料試驗中，選用油石比6.2%，用中值級配石料，選自來水作為拌和用水，選祁連山42.5普通硅酸鹽水泥作為添加劑，根據(jù)徐曉洛《水泥摻量對微表處混合料性能的影響研究》一文可得，最佳水泥摻量為2%，本文水泥摻入量均選為2%。通過拌和稠度試驗，確定最佳外加水量為6%。

（一）油石比設計

室內(nèi)溫度控制在25℃，玄武巖石料選用Ⅲ型微表處級配中值，油石比在5.2%～6.7%之間、外加水量6%、水泥2%的情況下，對比不同抗剝落劑摻量下，不同油石比下的濕輪磨耗和負荷輪粘砂數(shù)值，結果如表6所示。

表6 不同抗剝落劑摻量下，負荷輪粘砂和1h的濕輪磨耗數(shù)據(jù)

從表6可得，抗剝落劑摻入量的多少對負荷輪粘砂和1h的濕輪磨耗影響較小，抗剝落劑主要影響的是瀝青與石料的黏附性，負荷輪粘砂和1h的濕輪磨耗主要評價微表處混合料的最大和最小油石比，抗剝落劑的加入雖能增加瀝青與集料的黏附性，但卻不能降低混合料的油石比。綜合表6的實驗數(shù)據(jù)得出油石比如圖3所示。

圖3 加入抗剝落劑時，油石比取值范圍

（二）乳化瀝青與集料的黏附性

選取同種材質(zhì)的大粒徑玄武巖石料過篩，取19mm～31.5mm之間的石料洗凈、烘干，用細線系好，每3個為一組，按《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》T0654乳化瀝青與礦料的黏附性的試驗方法開展試驗，結果如表7所示。

表7 黏附性試驗

因改性乳化瀝青的離子電荷是陽離子，偏酸性，玄武巖為弱堿性，接觸后易發(fā)生物理化學反應而結合牢固，黏附性試驗，集料表面瀝青的黏附面積也全部大于2/3。加入抗剝落劑后，乳化瀝青與集料的黏附性更好，隨著摻入量增加，集料黏附面積增加，當摻入量大于0.4%后，集料黏附面積已幾乎覆蓋。試驗結果如表7所示。

（三）抗水損試驗

對微表處的室內(nèi)濕輪磨耗試驗中，1d濕輪磨耗是評價混合料的耐磨耗能力，而6d濕輪磨耗是模擬實際路面在雨水中的表面磨耗情況，能直接反映混合料的抗水損能力。為評價抗剝落劑加入后，對混合料耐水損能力分析，在5.7%～6.5%之間，選著三組油石比5.7%、6.0%、6.3%做不同抗剝落劑摻量的6d濕輪磨耗試驗。結果如表8和圖4所示。

由表8和圖4可得，在不同油石比情況下，6d的濕輪磨耗都是隨著抗剝落劑量的增加而減小，當摻量超過0.4%時，濕輪磨耗值逐漸趨于平緩。從微觀上分析，抗剝落劑的微觀分子結構中含有多個活性因子，融入瀝青后，能改善瀝青的特性，提高瀝青與石料之間的物理和化學吸附力，從而提高瀝青與集料的黏附性，使微表處混合料具有良好的抗水損能力。

表8 抗剝落劑不同摻量的抗水損情況

圖4 不同抗剝落劑摻量下混合料6d的濕輪磨耗

綜合考慮抗剝落劑對瀝青的軟化點、集料的黏附性、混合料抗水損能力的影響，得出最佳抗剝落劑摻量為基質(zhì)瀝青的0.4%。

六、工程應用

選取G6京藏高速（蘭州至海石灣段）作為試驗段。施工前原路面存在輕微裂縫和車轍現(xiàn)象，影響抗滑效果、美觀等路用性能。首先檢測路面狀況指標，得出路面的PQI、PCI、PSSI均在90分以上，為防止路面病害進一步擴展，防止雨水對路面裂縫的滲透侵害，延長路面使用壽命。在此試驗確定的配合比基礎上，摻入0.4%的抗剝落劑。

微表處施工后，經(jīng)過兩個月的通車使用，路面外觀效果良好，沒有出現(xiàn)松散脫落現(xiàn)象，路面抗水損效果較好。路面的檢測數(shù)據(jù)如表9所示。

從表9可知，抗剝落劑加入到微表處工藝中，能較好地應用到G6京藏高速上，路面整體外觀和使用效果都有較大改善，路面滲水程度明顯減弱，路面抗水損能力得到明顯提升，延長了路面的使用壽命。

七、結語

通過試驗可知，隨著抗剝落劑加入量的增加，乳化瀝青的軟化點降低，延度升高；抗剝落劑也能提高改性乳化瀝青與玄武巖的黏附性；使用到微表處工藝中時，對微表處油石比設計范圍無影響，雖然不能降低微表處混合料的油石比，但能增加微表處混合料的抗水損能力，且隨著抗剝落劑摻量的增加，與玄武巖石料的黏附性增加，微表處混合料抗水損能力提高；結合抗剝落劑對乳化瀝青軟化點和微表處混合料抗水損能力的綜合效果，對于高速微表處施工，最佳抗剝落劑的摻入量為基質(zhì)瀝青的0.4%。將抗剝落劑加入到高速微表處養(yǎng)護工藝中，提高了微表處混合料的抗水損能力，降低了微表處施工后混合料的脫落率，為微表處養(yǎng)護施工企業(yè)提供了施工經(jīng)驗基礎。