抗剝落劑對(duì)酸性集料黏附性及混合料水穩(wěn)定性的影響

魏道凱，張正超，邵 華，文海東

（1.日喀則市交通運(yùn)輸局，西藏 日喀則 857000；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

當(dāng)前石灰?guī)r、玄武巖等優(yōu)質(zhì)礦石集料資源緊缺，大量質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定且品質(zhì)優(yōu)良的酸性集料（花崗巖）成為道路材料研究熱點(diǎn)。因花崗巖集料與瀝青黏附性差，其混合料水穩(wěn)定性表現(xiàn)不佳，極易出現(xiàn)水損害，嚴(yán)重制約了花崗巖集料在公路瀝青路面中的廣泛應(yīng)用。解決花崗巖酸性集料與瀝青的黏附作用問題［1-8］，提升花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性，使酸性集料瀝青混合料路用性能達(dá)到非酸性集料（石灰?guī)r/玄武巖）瀝青混合料性能指標(biāo)要求成為亟待解決的技術(shù)難題。

針對(duì)酸性集料花崗巖應(yīng)用的技術(shù)瓶頸［9-11］，主要通過集料與瀝青的黏附性試驗(yàn)、瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)及漢堡車轍試驗(yàn)，對(duì)摻加不同類型抗剝落劑的花崗巖集料黏附性及其混合料的水穩(wěn)定性分析，評(píng)價(jià)抗剝落劑對(duì)酸性集料（花崗巖）瀝青混合料水穩(wěn)定性能改善效果。

1 原材料及級(jí)配選擇

1.1 瀝青膠結(jié)料

瀝青選用工程中常用的70#基質(zhì)瀝青，瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 70#瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

粗、細(xì)集料選用優(yōu)質(zhì)的花崗巖集料（0～5 mm、 5～10 mm、10～20 mm），集料性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 花崗巖粗集料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

1.3 抗剝落劑

選用工程中應(yīng)用較為成熟的A、B、C（字母替代抗剝落劑實(shí)際標(biāo)號(hào)）三種類型抗剝落劑，三種抗剝落劑的主要參數(shù)見表3。

表3 抗剝落劑主要技術(shù)指標(biāo)

1.4 級(jí)配

設(shè)計(jì)選用AC-20型瀝青混合料，根據(jù)室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證，AC-20型花崗巖瀝青混合料級(jí)配組成見表4，混合料最佳瀝青用量為4.4%。

表4 確定級(jí)配組成

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 集料黏附性

將A、B、C三種抗剝落劑分別按照瀝青質(zhì)量0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的摻量添加到瀝青中，待攪拌至完全均勻后，對(duì)花崗巖集料與摻加抗剝落劑瀝青進(jìn)行水煮法黏附性試驗(yàn)，并記錄瀝青開始從花崗巖骨料表面剝落的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 不同組合方式下集料黏附性等級(jí)

圖2 不同抗剝落劑摻量下開始剝落時(shí)間對(duì)比

由圖1分析可知，抗剝落劑有效提升了花崗巖酸性集料與瀝青的黏附性等級(jí)（純花崗巖三級(jí)），當(dāng)A、B、C三種抗剝落劑摻量為0.4%時(shí)，黏附性等級(jí)就可達(dá)到與石灰?guī)r相同的黏附性等級(jí)（5級(jí)）。

對(duì)圖2分析可知，隨著抗剝落劑摻量的增加，瀝青開始從花崗巖酸性集料剝落的時(shí)間逐漸延遲；在A、B、C三種抗剝落劑摻量分別為0.5%、0.7%、0.6%時(shí)，瀝青開始剝落時(shí)間（18 min、16 min、 15 min）逐漸大于石灰?guī)r集料的剝落時(shí)間14 min；在該摻量（A：0.5%、B：0.7%、C：0.6%）下，瀝青開始剝落時(shí)間相比純花崗巖集料的開始剝落時(shí)間提升了9倍、5.33倍及5倍，表明抗剝落明顯改善提高了酸性集料花崗巖的黏附性。

結(jié)合圖1、圖2分析可知，A型抗剝落劑在更少摻量下（A：0.5%＜C：0.6%＜B：0.7%），即可達(dá)到與石灰?guī)r相近的黏附效果。

2.2 混合料水穩(wěn)定性

2.2.1 凍融劈裂試驗(yàn)

按照試驗(yàn)規(guī)程《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）對(duì)不同類型瀝青混合料進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3，抗剝落劑摻量參照表3和2.1小節(jié)選定為A：0.5%、B：0.7%、C：0.6%。

圖3 不同類型瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比

由圖3凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果分析可知：（1）摻加抗剝落劑后，花崗巖瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）性能指標(biāo)要求（凍融劈裂強(qiáng)度≥75）；（2）與純花崗巖瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度對(duì)比，摻加A、B、C三種抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度分別提升約59.86%、46.23%、44.98%；（3）與石灰?guī)r瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度對(duì)比，摻加A、B、C三種抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度分別提升約14.95%、5.17%、4.25%，表明抗剝落劑可以有效改善提高酸性集料花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性；（4）在各自最佳摻量下，對(duì)不同類型抗剝落劑的改善效果對(duì)比分析，A、B、C三種抗剝落劑對(duì)花崗巖瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度改善比約為1.10∶1.01∶1，表明A型抗剝落劑的改善效果更佳（摻量小，混合料凍融劈裂強(qiáng)度大），B型、C型抗剝落劑對(duì)花崗巖瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度改善效果相近。

2.2.2 漢堡輪轍試驗(yàn)

按照ASSHTO T324和美國Tex-242-F的試驗(yàn)規(guī)程要求（試驗(yàn)條件：碾壓次數(shù)10 000次，50 ℃水浴），對(duì)不同類型瀝青混合料進(jìn)行漢堡碾壓試驗(yàn)，對(duì)不同類型花崗巖瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損害能力評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果見圖4，抗剝落劑摻量為A：0.5%、B：0.7%、C：0.6%。

圖4 不同類型花崗巖瀝青混合料漢堡試驗(yàn)結(jié)果

由圖4分析可知：（1）不同類型花崗巖瀝青混合料的車轍深度與碾壓次數(shù)成正相關(guān), 在規(guī)定碾壓次數(shù)10 000次下，未摻加抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料車轍深度為11.6 mm，遠(yuǎn)高于摻加抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料，表明抗剝落劑可以有效改善花崗巖瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損害能力；（2）對(duì)比三種不同類型抗剝落劑的漢堡試驗(yàn)結(jié)果，摻加A型抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損害能力要更優(yōu)，B型和C型抗剝落劑對(duì)于花崗巖瀝青混合料的改善效果相近。

3 結(jié)語

（1）摻加抗剝落劑后，花崗巖集料與瀝青的黏附性等級(jí)從3級(jí)提升至5級(jí)，表明抗剝落劑可以有效改善提升花崗巖集料的黏附性；（2）與未摻加抗剝落劑的花崗巖及石灰?guī)r瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度、漢堡輪轍對(duì)比分析，抗剝落劑有效提升了花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性；（3）抗剝落劑對(duì)花崗巖集料及瀝青混合料的改善效果不一，A型抗剝落劑對(duì)酸性集料花崗巖的改善效果更佳。