抗剝落劑對酸性集料黏附性及混合料水穩定性的影響

魏道凱，張正超，邵 華，文海東

（1.日喀則市交通運輸局，西藏 日喀則 857000；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

當前石灰巖、玄武巖等優質礦石集料資源緊缺，大量質地堅硬、性能穩定且品質優良的酸性集料（花崗巖）成為道路材料研究熱點。因花崗巖集料與瀝青黏附性差，其混合料水穩定性表現不佳，極易出現水損害，嚴重制約了花崗巖集料在公路瀝青路面中的廣泛應用。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定性，使酸性集料瀝青混合料路用性能達到非酸性集料（石灰巖/玄武巖）瀝青混合料性能指標要求成為亟待解決的技術難題。

針對酸性集料花崗巖應用的技術瓶頸［9-11］，主要通過集料與瀝青的黏附性試驗、瀝青混合料凍融劈裂試驗及漢堡車轍試驗，對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定性分析，評價抗剝落劑對酸性集料（花崗巖）瀝青混合料水穩定性能改善效果。

1 原材料及級配選擇

1.1 瀝青膠結料

瀝青選用工程中常用的70#基質瀝青，瀝青各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）要求，試驗結果見表1。

表1 70#瀝青主要技術指標

1.2 集料

粗、細集料選用優質的花崗巖集料（0～5 mm、 5～10 mm、10～20 mm），集料性能指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）要求，其主要技術指標見表2。

表2 花崗巖粗集料質量技術指標

1.3 抗剝落劑

選用工程中應用較為成熟的A、B、C（字母替代抗剝落劑實際標號）三種類型抗剝落劑，三種抗剝落劑的主要參數見表3。

表3 抗剝落劑主要技術指標

1.4 級配

設計選用AC-20型瀝青混合料，根據室內馬歇爾擊實試驗驗證，AC-20型花崗巖瀝青混合料級配組成見表4，混合料最佳瀝青用量為4.4%。

表4 確定級配組成

2 性能評價

2.1 集料黏附性

將A、B、C三種抗剝落劑分別按照瀝青質量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，對花崗巖集料與摻加抗剝落劑瀝青進行水煮法黏附性試驗，并記錄瀝青開始從花崗巖骨料表面剝落的時間，試驗結果見圖1、圖2。

圖1 不同組合方式下集料黏附性等級

圖2 不同抗剝落劑摻量下開始剝落時間對比

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（純花崗巖三級），當A、B、C三種抗剝落劑摻量為0.4%時，黏附性等級就可達到與石灰巖相同的黏附性等級（5級）。

對圖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，瀝青開始剝落時間（18 min、16 min、 15 min）逐漸大于石灰巖集料的剝落時間14 min；在該摻量（A：0.5%、B：0.7%、C：0.6%）下，瀝青開始剝落時間相比純花崗巖集料的開始剝落時間提升了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%），即可達到與石灰巖相近的黏附效果。

2.2 混合料水穩定性

2.2.1 凍融劈裂試驗

按照試驗規程《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）對不同類型瀝青混合料進行凍融劈裂試驗，試驗結果見圖3，抗剝落劑摻量參照表3和2.1小節選定為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度比

由圖3凍融劈裂試驗結果分析可知：（1）摻加抗剝落劑后，花崗巖瀝青混合料的凍融劈裂強度均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）性能指標要求（凍融劈裂強度≥75）；（2）與純花崗巖瀝青混合料的凍融劈裂強度對比，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度分別提升約59.86%、46.23%、44.98%；（3）與石灰巖瀝青混合料的凍融劈裂強度對比，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定性；（4）在各自最佳摻量下，對不同類型抗剝落劑的改善效果對比分析，A、B、C三種抗剝落劑對花崗巖瀝青混合料凍融劈裂強度改善比約為1.10∶1.01∶1，表明A型抗剝落劑的改善效果更佳（摻量小，混合料凍融劈裂強度大），B型、C型抗剝落劑對花崗巖瀝青混合料凍融劈裂強度改善效果相近。

2.2.2 漢堡輪轍試驗

按照ASSHTO T324和美國Tex-242-F的試驗規程要求（試驗條件：碾壓次數10 000次，50 ℃水浴），對不同類型瀝青混合料進行漢堡碾壓試驗，對不同類型花崗巖瀝青混合料的高溫穩定性和抗水損害能力評價，試驗結果見圖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結果

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成正相關, 在規定碾壓次數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定性和抗水損害能力；（2）對比三種不同類型抗剝落劑的漢堡試驗結果，摻加A型抗剝落劑的花崗巖瀝青混合料的高溫穩定性和抗水損害能力要更優，B型和C型抗剝落劑對于花崗巖瀝青混合料的改善效果相近。

3 結語

（1）摻加抗剝落劑后，花崗巖集料與瀝青的黏附性等級從3級提升至5級，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巖瀝青混合料凍融劈裂強度、漢堡輪轍對比分析，抗剝落劑有效提升了花崗巖瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性；（3）抗剝落劑對花崗巖集料及瀝青混合料的改善效果不一，A型抗剝落劑對酸性集料花崗巖的改善效果更佳。