不同瀝青抗剝落劑對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克煉90號基質瀝青老化前后性能的影響，結果表明三種瀝青抗剝落劑提高了瀝青的高溫粘度；針入度和軟化點分別發生了下降和上升；瀝青延度在加入抗剝落劑之后沒有發生顯著變化；但耐熱性和抗老化能力均發生了不同程度的提高，其中MAS的提升效果最佳。

【關鍵詞】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路面結構的好壞，因此在公路施工建設中十分重視瀝青性能的優劣。從化學角度來看，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。當使用酸性石料進行公路建設時，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，通常選擇加入各類抗剝落劑，一般來說，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除粘附性以外的瀝青性能產生顯著影響，進而影響道路的最終使用效果和壽命。因此，有必要對加入抗剝落劑后的瀝青性能進行系統分析，以對瀝青抗剝落劑在公路工程施工中的應用提供給理論依據。

本文旨在研究新型OMMT/聚酰胺納米復合瀝青抗剝落劑（MAS）對瀝青性能的影響，并在此基礎上，分別取國內外瀝青抗剝落劑作為對照組，以對比MAS對瀝青性能的改善效果。

1 實驗部分

本文采用克拉瑪依產90號基質瀝青（以下簡稱“克煉90號瀝青”）樣品為研究對象分析添加劑對瀝青性能的影響。該瀝青的基本力學性能如表1，其中的試驗方法符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）的規定。

試驗用瀝青添加劑MAS為實驗室自制。除MAS外，同時將美國某公司氨基胺衍生物類液體添加劑（ASA-1）與國內某研究所自主研發產品（ASA-2）分別加入基質瀝青中做性能驗證，對比MAS對瀝青性能的影響。其中，ASA-1與ASA-2的基本性能列于表2與表3中。

以克煉90號瀝青為空白對照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據重交通道路石油瀝青質量要求，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）進行基本性能測試。

以克煉90號瀝青為空白對照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據JTG E20-2011中T0610-2011方法要求進行旋轉薄膜老化，并進行瀝青短期老化質量損失測試。

2 結果與討論

2.1 MAS對瀝青基本性能的影響

道路瀝青在100℃～200℃的流動狀態對于生產、儲運和路面施工的質量控制有實用意義。日本道路協會提出，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，可使石料表面裹覆的瀝青膜厚最合理。在路面施工過程中，正確地選擇瀝青的泵送、拌合和碾壓溫度，對于確保路面施工質量具有重要意義。為此，ASTM D 3381標準規定了接近施工溫度下的135℃粘度的最低值。

瀝青135℃粘度對施工過程的影響巨大，而抗剝落劑的存在會使瀝青粘度會發生一定程度地改變，進而影響瀝青的施工性能。根據JTG E20-2011中T0620-2000方法要求，對不同溫度下瀝青粘度進行測試，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通過與瀝青中的酸性基團相互作用，增加了瀝青分子之間的結合。

在60℃時，瀝青剛開始具有流動性，但仍具有很大的粘度，此時瀝青抗剝落劑對瀝青粘度的影響有限。此外，因為抗剝落劑本身粘度較小，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，抗剝落劑的影響在高溫下被削弱，因此三個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。上述數據表明三種抗剝落劑均會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。

三種抗剝落劑均會使瀝青軟化點升高，其中MAS對瀝青軟化點的影響程度最大。與針入度類似，瀝青軟化點的升高是因為酸堿加合物和分子間氫鍵的形成加強了瀝青分子間結合強度。而MAS對軟化點影響程度最大則是因為酰胺類抗剝落劑與胺類抗剝落劑相比，熱穩定性好，溫度的升高對其影響相對較小，在對照樣品均已達到軟化點時仍能具有一定的黏度。

一般認為，延度反映了瀝青材料的低溫延伸性能，也就是說反映了瀝青路面抵抗開裂的能力。在4℃或者15℃時得到的延度試驗結果能夠間接地反映在路面使用溫度時瀝青粘度和剪切敏感性的關系。雖然國內外對延度試驗的意義尚有不同的看法，但是目前普遍認為瀝青的延度與路面使用性能有一定的相關性，尤其是低溫延度與低溫開裂性能關系密切，因此在不少國家的瀝青標準中，開始增加低溫性能的指標。加入不同抗剝落劑后，瀝青延度均能保證在100%以上，表明抗剝落劑不會對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/脂肪胺基團可與瀝青中的羧基形成加合物，另一方面這兩種基團還可與瀝青上的部分含氧或含氮基團形成氫鍵，上述作用加強了瀝青分子間的結合，宏觀表現為瀝青針入度的降低和軟化點的提高。

2.2 MAS對瀝青老化后性能的影響

以克煉90#基質瀝青為空白對照，分別加入0.3%不同抗剝落劑后，根據JTG E20-2011中T0610-2011方法要求進行旋轉薄膜老化，瀝青短期老化質量損失變化如表5所示。

當基質瀝青短期老化質量損失為零時，三種抗剝落劑對該項指標均無顯著影響。

加入ASA-1后，瀝青短期老化針入度比略有升高，與之形成明顯對比的是，MAS與ASA-2的加入顯著提高了該項數據，表明MAS和ASA-2可以有效提高基質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瀝青以及加入國內外對比抗剝落劑的瀝青樣品延度大大降低，其中加入國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。

依據美國SHRP計劃中提出的瀝青性能分級標準，對瀝青的路用性能進行分級，由表中數據可知，抗剝落劑對瀝青長期老化后PG分級無顯著影響。

3 總結

本文對比了不同種類瀝青抗剝落劑對瀝青性能的影響。試驗表明，在加入抗剝落劑后，瀝青老化前后性能均會發生顯著改變，可總結如下：瀝青抗剝落劑在低溫下對瀝青粘度影響有限，但在高溫下可提高瀝青粘度；通過對針入度和軟化點的研究表明，瀝青在加入抗剝落劑后硬度會略微提高；瀝青抗剝落劑不會對瀝青延度造成較大影響；三類抗剝落劑均會提高瀝青的耐熱性和抗老化能力，但提高程度不同，其中MAS對上述能力的提升效果最為顯著；瀝青抗剝落劑對瀝青性能的改善，一是因為與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的氫鍵，二者共同作用，提高了瀝青分子間的結合。

【參考文獻】

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防北京[M].北京：人民交通出版社，2001.53-58.

[2]張國宏.新型酸性石料用納米瀝青抗剝落劑的制備與表征[J].中國建材科技， 2017，（2）：40-44.

[3]A. R. Tarrer， Vinay Wagh. The effect of physical and chemical characteristics aggregate on bonding.SHRP 91-507， Washington， D.C. 1991.

[4]Moisture sensitivity of asphalt pavement（A NATIONAL SEMINAR）[R]. Transportation research board of the national academies， February， 2003.

[5]季鵬.路用抗剝落劑性能淺談[J].上海公路，2003，（1）：17-19.

[6]李明珠.酸性石料與瀝青粘附性增強方法研究[J].建材世界，2010，（2）：135-136.

[7]曹艷明.路用抗剝落劑性能.交通世界，2010，（17）：258-259.

[8]Zydex industries previews product breakthrough at uncc[M].David H. Murdock， 2007，125-138.

[責任編輯：張濤]endprint