抗剝落劑對凝灰巖瀝青混合料水穩定性的影響

林智 朱凱建 黃前龍

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

瀝青路面對水分很敏感，水分的存在會降低瀝青和集料間的黏附力，進而導致黏結失效[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，國內外學者研究出抗剝落劑改善集料與瀝青之間的黏附性能，進而提高瀝青混合料的抗水損害性能[5]?？箘兟鋭┛稍鰪姙r青與集料之間的物理-化學結合作用，并降低瀝青的表面張力改善其潤濕性[6]。胺類抗剝落劑通過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，進一步增強與酸性瀝青之間的黏結力[7]。

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

一、試驗材料和方法

（一）原材料試驗

瀝青采用韓國雙龍牌70?；|瀝青，其技術指標如表1所示；集料選用浙江地區的凝灰巖集料，其技術指標如表2所示。

表1 雙龍70＃基質瀝青基本性能

表2 凝灰巖集料基本性能

（二）級配設計

本文所采用的設計級配為AC-20C，根據《公路瀝青路面施工技術規范》[9]最終級配設計如表3所示，級配設計曲線如圖1所示。

試驗方案采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中黏附性試驗，在水煮法基礎上改進，定量分析集料與瀝青之間的黏附性；然后根據試驗規程，對凝灰巖混合料及玄武巖瀝青混合料采用馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

表3 AC-20C級配設計

圖1 AC-20C級配設計曲線

二、瀝青抗剝落劑及瀝青黏附性試驗

（一）抗剝落劑的選擇

抗剝落劑的研究歷經了4個階段：第一代為無機類，主要以消石灰為代表，其優點是成本低、性能較好；第二代為金屬皂化物，主要以皂角鐵為代表，其優點是成本低、使用工藝簡便，但是其與瀝青易產生離析；第三代為表面活性劑，主要以季銨鹽為代表，其優點是使用方便，但是原料成本較高，熱穩定性較差；第四代為有機高分子類，主要以聚酰胺類聚合物為主，其優點是性能好、使用方便，但成本較高。當前使用的高分子抗剝落劑以胺類抗剝落劑為主。但是由于胺類物質耐熱性差，在高溫下極易分解，從而喪失部分或全部作用。與其相比，非胺類抗剝落劑具有化學性質穩定、抗剝落性能優良等特點，因而具有很好的發展空間。

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

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，首先是水煮法試驗，傳統的水煮法試驗只是定性分析集料與瀝青之間的黏附性，因此采用改進的水煮法試驗，定量分析不同集料的黏附性能。首先稱取集料自重m0、裹覆瀝青后質量m1；然后通過標準水煮法評價集料的黏附性；最后增加不同的水煮時間，分別為3min、5min、10min和15min，并且稱量水煮每一時刻后剩余集料的質量mi，得出每一時刻的質量損失率（%），計算過程如式（1）所示：

凝灰巖集料在標準試驗規程、不同條件下的黏附等級如表4所示；在瀝青中加入A型、P型兩種抗剝落劑經水煮法試驗后的質量損失率如圖2、圖3所示。

表4 凝灰巖集料在不同條件下的黏附等級

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

圖2 凝灰巖在A型抗剝落劑使用后的質量損失率

圖3 凝灰巖在P型抗剝落劑使用后的質量損失率

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

三、水穩定性能

根據表3設計配合比，按照試驗規范制作混合料試件；本文通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗的殘留穩定度和凍融劈裂強度比（TSR）指標評價其水穩定性能。試驗結果如圖4、圖5所示，隨著A型抗剝落劑的摻加，凝灰巖瀝青混合料的殘留穩定度及TSR明顯提高，在摻量為0.5%時，其殘留穩定度為95%、TSR值為93%?？梢缘贸?，在A型抗剝落劑摻量為0.5%時凝灰巖瀝青混合料的水穩定性能較為優異。

圖4 A型抗剝落劑凝灰巖瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

圖5 A型抗剝落劑凝灰巖瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

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

圖6 P型抗剝落劑凝灰巖瀝青混合料進水馬歇爾試驗結果

圖7 P型抗剝落劑凝灰巖瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

綜上所述，當A型抗剝落劑摻量為0.5%時，凝灰巖瀝青混合料的性能達到最優；當P型抗剝落劑摻量為0.7%時，凝灰巖瀝青混合料的性能達到最優。

四、結語

首先通過水煮法試驗得出：未摻加抗剝落劑時凝灰巖集料的黏附等級為3級，黏附性較差；當A型抗剝落劑摻量為0.5%時、P型抗剝落劑摻量為0.7%時凝灰巖集料黏附等級達到5級；然后通過改進的水煮法試驗得出：摻加0.5%的A型抗剝落劑在15min時瀝青的質量損失降低了42%；摻加0.7%的P型抗剝落劑在15min時瀝青的質量損失降低了31%；最后通過馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗得出：在摻加抗剝落劑后，凝灰巖瀝青混合料的水穩定性能大大提高，A型抗剝落劑的殘留穩定度達到95%，凍融劈裂強度值達到93%；P型抗剝落劑的殘留穩定度達到90%，凍融劈裂強度值達到91%。