抗剝落劑對(duì)瀝青流變性能的影響研究

石希信，邵鵬坤，黃祖浩

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；3.廣西錦繡前程人力資源股份有限公司，廣西 南寧 530012)

0 引言

水損害是瀝青路面早期病害之一，降低瀝青路面水損害的措施包括采用堿性石料、選用與集料粘附性好的瀝青、添加抗剝落劑等[1]。其中，在瀝青中添加抗剝落劑能夠顯著提高瀝青-集料的粘附等級(jí)，從而提升瀝青混合料抗水損害性能。但在瀝青中添加抗剝落劑，瀝青性質(zhì)尤其是流變性質(zhì)會(huì)不可避免地發(fā)生改變。因此，分析抗剝落劑對(duì)瀝青流變性能的影響具有一定研究意義。目前，國(guó)內(nèi)已有文獻(xiàn)研究抗剝落劑對(duì)瀝青性能影響。張恒龍等[2]研究不同抗剝落劑對(duì)瀝青的物理、流變、老化性能影響，得出抗剝落劑對(duì)瀝青高溫性能有降低作用，但可提升瀝青抗老化性能的結(jié)論。于浩偉等[3]研究抗剝落劑摻量對(duì)瀝青性能影響，得出抗剝落劑的最優(yōu)摻量為3‰～4‰的結(jié)論。申愛(ài)琴等[4]通過(guò)常規(guī)試驗(yàn)及紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)抗剝落劑會(huì)損害瀝青的抗老化性能。上述研究對(duì)分析摻抗剝落劑瀝青性能提供較好的視角，但關(guān)于抗剝落劑對(duì)瀝青的布氏黏度(與施工性能相關(guān))影響的研究較少，且現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)添加抗剝落劑瀝青流變性能研究多聚焦于PG分級(jí)。本文在前人基礎(chǔ)上，分析非胺類(lèi)抗剝落劑對(duì)瀝青的布氏黏度、高中低溫流變性能影響。研究的開(kāi)展有利于在工程實(shí)踐中比選合適的抗剝落劑。

1 原材料

基質(zhì)瀝青采用70#A級(jí)瀝青，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。市面上常見(jiàn)抗剝落劑類(lèi)型主要有無(wú)機(jī)類(lèi)、金屬皂化物、表面活性劑類(lèi)、高分子類(lèi)等。其中，無(wú)機(jī)類(lèi)在瀝青混合料中不易分散，金屬皂化物易離析，表面活性劑類(lèi)高溫下易失效，這三類(lèi)抗剝落劑在實(shí)際工程中限制較多[1]。因此，本文選用的抗剝落劑為：江蘇某公司生產(chǎn)的抗剝落劑(簡(jiǎn)稱(chēng)A類(lèi)抗剝落劑)、河南某廠(chǎng)家生產(chǎn)的XT-1型抗剝落劑(簡(jiǎn)稱(chēng)B類(lèi)抗剝落劑)、重慶某廠(chǎng)家生產(chǎn)的AMR(Ⅱ型)抗剝落劑(簡(jiǎn)稱(chēng)C類(lèi)抗剝落劑)。這三種均為非胺類(lèi)抗剝落劑，摻量均為瀝青質(zhì)量的3‰。

表1 70#A級(jí)瀝青技術(shù)性能試驗(yàn)結(jié)果表

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 布氏黏度試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果如表2和下頁(yè)圖1所示。根據(jù)我國(guó)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)[5]，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪制黏溫曲線(xiàn)，以135 ℃、175 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度繪制一條直線(xiàn)，基質(zhì)瀝青的拌和溫度在瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度0.17±0.02 Pa·s范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)溫度、壓實(shí)溫度在0.28±0.03 Pa·s范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)溫度、拌和溫度、壓實(shí)溫度具體如下頁(yè)表3所示。

表2 布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)結(jié)果表(Pa·s)

由圖1和表3可知：隨著溫度升高，添加不同抗剝落劑瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度快速下降，且不同抗剝落劑瀝青的變化規(guī)律相似，表明抗剝落劑對(duì)瀝青的施工性能影響較小。三類(lèi)抗剝落劑中，A抗剝落劑對(duì)瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度有一定的提升作用，能提高瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度，而B(niǎo)、C兩類(lèi)抗剝落劑略微降低了瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度。由此，在考慮施工性能時(shí)應(yīng)當(dāng)注意抗剝落劑對(duì)瀝青混合料拌和溫度和壓實(shí)溫度的影響。

圖1 瀝青黏溫曲線(xiàn)圖

表3 瀝青混合料拌和溫度、壓實(shí)溫度試驗(yàn)結(jié)果表

2.2 流變?cè)囼?yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 高溫流變

對(duì)70#瀝青及添加不同抗剝落劑瀝青的原樣狀態(tài)、短期老化狀態(tài)(RTFOT)開(kāi)展溫度掃描試驗(yàn)，溫度掃描區(qū)間為52 ℃～82 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～5所示。從圖2～5可知：抗剝落劑對(duì)瀝青的車(chē)轍因子影響較小，在圖中幾乎看不出有實(shí)質(zhì)性差別，僅有細(xì)微差距。但不管是原樣狀態(tài)瀝青還是短期老化狀態(tài)瀝青，70#瀝青與添加了三種抗剝落劑瀝青的相位角在圖中均能有所區(qū)分。因此，可認(rèn)為三類(lèi)抗剝落劑對(duì)70#瀝青的粘彈性都產(chǎn)生了微小的改變，但這種區(qū)別并不影響70#瀝青高溫性能。

圖2 原樣狀態(tài)瀝青車(chē)轍因子曲線(xiàn)圖

圖3 原樣狀態(tài)瀝青相位角變化曲線(xiàn)圖

圖4 短期老化狀態(tài)瀝青車(chē)轍因子曲線(xiàn)圖

圖5 短期老化狀態(tài)瀝青相位角變化曲線(xiàn)圖

2.2.2 中溫流變

開(kāi)展70#瀝青及添加不同抗剝落劑瀝青長(zhǎng)期壓力老化(PAV)試驗(yàn)，并對(duì)其殘留物進(jìn)行中溫溫度掃描，溫度區(qū)間為19 ℃～34 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。從圖6可知，添加抗剝落劑后瀝青普遍相較70#基質(zhì)瀝青的疲勞因子小，表明抗剝落劑的添加改善了70#基質(zhì)瀝青的疲勞性能。與此同時(shí)，抗剝落劑對(duì)70#瀝青疲勞性能提升主要在19 ℃～28 ℃區(qū)域，隨著溫度升高，疲勞性能提升不明顯。

圖6 長(zhǎng)期老化狀態(tài)瀝青疲勞因子曲線(xiàn)圖

2.2.3 低溫流變

開(kāi)展瀝青低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)(BBR)，試驗(yàn)溫度分別為-12 ℃和～18 ℃，并采用低溫連續(xù)PG分級(jí)溫度評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能。低溫連續(xù)PG分級(jí)溫度計(jì)算公式參考ASTM規(guī)范[6]。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表4可得出結(jié)論：添加抗剝落劑后，瀝青的低溫連續(xù)分級(jí)溫度略微下降，表明抗剝落劑對(duì)瀝青的低溫性能有一定的改善作用。

表4 瀝青低溫連續(xù)PG分級(jí)結(jié)果表

3 結(jié)語(yǔ)

(1)A類(lèi)抗剝落劑對(duì)70#瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度有提升作用，B、C類(lèi)抗剝落劑降低了瀝青的布氏黏度，從而對(duì)瀝青混合料的拌和、壓實(shí)溫度有提升或降低作用。

(2)三種抗剝落劑對(duì)70#瀝青高溫性能無(wú)明顯影響，但添加抗剝落劑后的70#瀝青的高溫粘彈性發(fā)生改變。

(3)三種抗剝落劑對(duì)70#瀝青的疲勞性能和低溫性能均有一定的改善作用。