影響馬歇爾成型試件吸潮的因素

鄧國民，周 昊，李 交，夏慶宇，赫振華

（上海浦東路橋建設股份有限公司，上海市2 0 1 2 1 0）

0 前言

根據馬歇爾擊實儀操作規程要求，在瀝青混合料擊實成型后，需要在室溫下冷卻12h然后脫模。然而，馬歇爾試件在冷卻過程中會吸收空氣中的水分，進而造成體積指標參數計算出現嚴重偏差[1]。因此,研究與分析了影響馬歇爾試件吸潮的原因：馬歇爾拌和與成型溫度、有機溫拌添加劑和瀝青類型。

1 材料與工藝

殼牌70#基質瀝青由殼牌中國有限公司提供，成品SBS改性瀝青由中國海洋石油總公司提供。溫拌添加劑（弱極性，自制）。本文分別對基質和成品SBS改性瀝青混合料采用了熱拌熱壓、溫拌溫壓、添加溫拌劑溫拌溫壓三種拌和與成型工藝。基質與改性瀝青混合料的拌和與壓實溫度具體參數分別見表1、表2。

表1 基質瀝青混合料制備馬歇爾試件工藝參數

表2 成品SBS改性瀝青混合料制備馬歇爾試件工藝參數

2 導致吸潮的因素分析

為了研究影響馬歇爾試件吸潮的因素，本文首先固定制備馬歇爾試件的瀝青混合料質量和損失的質量。制備馬歇爾試件的瀝青混合料質量固定為1251.2g，由于試件制備過程損失質量往往不足1g，本文假設馬歇爾試件制備過程中質量損失為0.5g來進行分析，因而本論文研究的馬歇爾試件理想質量為1250.7g（不包括模具質量）。

2.1 拌和與成型溫度

由圖1可知，基質瀝青混合料經熱拌熱壓成型的馬歇爾試件在冷卻12h后，各個試樣的質量總體上呈現小幅度變大趨勢。除了3、4號樣品質量反而降低，其它樣品質量一定量增加，3、4號樣品質量小于1250.7g，是因為制備過程中質量嚴重損失，超過假設值0.5g。可見馬歇爾試件冷卻過程中存在吸濕現象。圖2中SBS改性瀝青混合料熱拌熱壓成型后的馬歇爾試件冷卻12h，質量增加了0.9～1g左右。這進一步說明馬歇爾試件成型后冷卻過程中存在吸濕現象。

從圖1、圖2還可以看到，瀝青混合料經溫拌溫壓成型冷卻后，吸濕更為嚴重，基質瀝青馬歇爾試件吸收的水分幾乎均超過0.7 g，而S B S改性瀝青馬歇爾試件的吸濕質量均高于1 g。

圖1、圖2表明馬歇爾試件不僅吸濕，而且較溫拌溫壓馬歇爾試件，熱拌熱壓馬歇爾試件的吸濕能力更強。

混合料拌和溫度和馬歇爾試件成型溫度是影響馬歇爾試件吸濕強弱的因素之一。圖3和圖4形象地表明了這兩種工藝吸水的情況。從圖中可見，瀝青混合料拌和溫度高，這瀝青流動性越好，越容易裹覆在集料表面，集料表面甚至可以被瀝青完全裹覆。較低溫度下，瀝青流動性差，團聚在一起，使得集料無法完全裹覆，在馬歇爾擊實成型后，集料部分區域直接曝露在空氣中，導致出現集料與瀝青同時接觸空氣中水分的狀況。

圖2 SBS改性瀝青馬歇爾試件冷卻后的質量

圖3 熱拌熱壓馬歇爾試件吸水示意圖

圖4 溫拌溫壓馬歇爾試件吸水示意圖

圖5進一步表明了熱壓與溫壓瀝青混合料中集料表面的微孔與瀝青粘附情況。混合料成型溫度越高，馬歇爾擊實過程后，瀝青與集料粘接更為緊密。混合料壓實成型溫度降低，瀝青與集料粘附性下降，集料表面部分微孔曝露在空氣中，進一步增大了空氣中水分與集料接觸的概率。

2.2 有機溫拌添加劑

圖5 熱壓與溫壓集料微孔與瀝青粘附情況示意圖

對比圖1和圖2，并聯系上文內容，可知：溫拌瀝青混合料的馬歇爾成型試件吸濕能力強。從圖6和圖7可以看到，在采用溫拌溫壓工藝條件下，當混合料體系加入4%有機溫拌劑后，基質瀝青混合料和S B S改性瀝青混合料的馬歇爾試件吸濕能力均進一步增強，這表明有機溫拌劑也是影響馬歇爾試件吸濕的一個重要因素。

圖6 基質瀝青馬歇爾試件冷卻后質量圖

圖7 SBS改性瀝青馬歇爾試件冷卻后質量

之所以有機溫拌劑能夠促進瀝青混合料馬歇爾試件吸濕，這與溫拌劑自身的結構有關。本實驗中使用的有機溫拌劑是一種弱極性分子，而水分子也是一種弱極性小分子，根據“相似相容”原理，空氣中的水分子會向溫拌劑中的極性基團聚集（見圖8），因而導致馬歇爾瀝青混合料試件吸潮。

圖8 溫拌劑吸收水分子示意圖

2.3 瀝青類型

基質瀝青與改性瀝青，尤其是高粘度改性瀝青不僅結構不同，而且各體系的粘度差別也大，基質瀝青的分子結構主要以線性分子為主，非極性飽和輕質組分較多，而高粘度改性瀝青，如S B S改性瀝青分子以網狀結構為主，相對基質瀝青輕質組分較少。結構和組分差異導致基質瀝青與高粘度改性瀝青混合料馬歇爾試件的吸濕能力不同，從圖9可以看到基質瀝青吸濕能力比S B S改性瀝青的吸濕能力弱。

圖9 基質瀝青與SBS改性瀝青冷卻后的質量對比

SBS改性瀝青的吸濕能力之所以強，可以從瀝青組分和分子結構來解釋。一方面，SBS改性瀝青中輕質組分相對較少，尤其非極性飽和組分少，對水分的排斥較弱，因而增大了吸濕的可能性；另一方面，SBS改性瀝青中存在大量交聯網狀結構，隨著馬歇爾試件冷卻，空氣中附集在瀝青表面的水分子被網狀結構固定下來，降低水分解吸的概率。這兩方面的共同作用促使馬歇爾試件吸濕能力增強。

反觀基質瀝青，非極性飽和輕質組分多，分子以線性結構為主，這兩方面都不會促進水分的吸收和貯存，因而基質瀝青馬歇爾試件的吸濕能力弱。

3 結語

本文研究了拌和與成型溫度、有機溫拌劑和瀝青類型對馬歇爾試件吸濕能力的影響情況。根據研究結果與分析，得出以下結論：

（1）拌合與成型溫度越高，越有利于瀝青分散和裹覆于集料表面，減少馬歇爾試件吸濕量.

（2）根據“相似相容”原理，往瀝青中添加極性改性劑會增大馬歇爾試件與水分接觸幾率，從而增強試件吸濕可能性。

（3）瀝青組分類型和分子結構影響瀝青馬歇爾試件吸濕能力大小，非極性非輕質組分和線性分子不會使吸濕能力顯著變強，而交聯網狀結構能夠大幅增強馬歇爾試件吸濕能力。

我們只是簡單研究和分析了影響馬歇爾試件吸濕的幾個影響因素，而影響馬歇爾吸濕的因素很多，需要在進一步深化研究和分析已有結果的同時，發掘并研究其它影響因素，通過了解這些影響因素，為減少或抑制馬歇爾試件吸濕提供有效的解決方法，達到最終提高瀝青混合料指標參數計算和性能測試準確度的目的。

[1]李振林,孫剛,呂良.瀝青混合料馬歇爾試件密度測法比較[J].東北公路,2002(4).