不同抗剝落措施的花崗巖瀝青混合料路用性能研究

張建彪，楊永富，徐化賓，舒士琪

（1.山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250021；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031；3.山東建筑大學(xué) 交通工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

引言

花崗巖具有力學(xué)強(qiáng)度高、耐磨性好、耐疲勞性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但與瀝青的黏附性較差，導(dǎo)致花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，嚴(yán)重制約了花崗巖在瀝青路面的應(yīng)用推廣[1-3]。為提高花崗巖與瀝青的黏附性，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究[4-10]，例如，使用抗剝落劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性，通過(guò)堿性材料代替部分礦粉以及利用石灰水溶液處理花崗巖集料表面等，并從微觀和宏觀性能方面分析了不同抗剝落劑對(duì)花崗巖與瀝青的改善效果，但缺乏對(duì)花崗巖瀝青混合料復(fù)合結(jié)構(gòu)在高溫多雨環(huán)境下的研究。圍繞花崗巖瀝青混合料的路用性能，設(shè)計(jì)六種抗剝落方案，通過(guò)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)不同抗剝落措施在改善花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性、高溫性能和低溫性能方面的作用，為雙層花崗巖瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 原材料與混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 70#-A 道路石油瀝青

選用70#-A道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 70#-A道路石油瀝青技術(shù)性能

1.1.2 SBS聚合物改性瀝青

SBS聚合物改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 SBS聚合物改性瀝青技術(shù)性能

1.1.3 硅烷偶聯(lián)劑

選用KH-550硅烷偶聯(lián)劑，為棕黃色透明液體，呈堿性，分子量為220，密度為0.942 g/cm3，沸點(diǎn)為215 ℃，與瀝青有較好的相容性，對(duì)提高瀝青和集料的黏附性起到了重要的作用[11]。

1.1.4 青川巖瀝青

依據(jù)《巖瀝青路用技術(shù)要求》（DB 37/T-25—2014）要求進(jìn)行了青川巖瀝青性能檢測(cè)[7]，性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 青川巖瀝青性能指標(biāo)

1.1.5 界面聯(lián)結(jié)劑

界面聯(lián)結(jié)劑為白色粉末，其化學(xué)穩(wěn)定性好，分散性較佳，可溶于芳香烴；無(wú)毒性，無(wú)腐蝕性，無(wú)起霜和黏膜現(xiàn)象，制品的表面光澤性好，界面聯(lián)結(jié)劑的性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 界面聯(lián)結(jié)劑性能指標(biāo)

1.2 混合料配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)瀝青混合料馬歇爾配合比試驗(yàn)，得出AC-10和AC-16兩種瀝青混合料的礦料最優(yōu)級(jí)配，見(jiàn)圖1。AC-10的最佳油石比為5.3%，AC-16的最佳油石比為4.9%。

圖1 AC-10和AC-16礦料級(jí)配

2 抗剝落方案設(shè)計(jì)

用于花崗巖瀝青混合料的抗剝落方案見(jiàn)表5。

表5 抗剝落方案

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性能

對(duì)六種改善措施的AC-16和AC-10混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 AC-16浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度

圖3 AC-10浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度

根據(jù)殘留穩(wěn)定度指標(biāo)，各抗剝落措施的花崗巖瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求[12]，方案排序：方案4＞方案6＞方案3＞方案2＞方案5＞方案1，即界面聯(lián)結(jié)劑的抗剝落效果最佳，偶巖復(fù)合改性瀝青次之，硅烷偶聯(lián)劑和青川巖瀝青兩種抗剝落劑的加入大幅度提高了花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.2 花崗巖瀝青混合料低溫性能

小梁彎曲試驗(yàn)下花崗巖瀝青混合料低溫開(kāi)裂性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖5 AC-16 彎拉應(yīng)變

由圖4、圖5可以得出，各抗剝落措施的花崗巖瀝青混合料AC-10與AC-16低溫彎曲性能均滿足規(guī)范要求[12]，其中SBS改性瀝青低溫性能最好，巖改瀝青措施的低溫性能最差，說(shuō)明青川巖瀝青的加入使瀝青質(zhì)含量變大，硬度升高，進(jìn)而增加高溫性能，但因其硬度大，反而降低了其低溫性能。

3.3 花崗巖瀝青混合料高溫性能

對(duì)各抗剝落措施方案分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測(cè)定其動(dòng)穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 AC-10 動(dòng)穩(wěn)定度

圖7 AC-16 動(dòng)穩(wěn)定度

由圖6、圖7看出，不同抗剝落措施花崗巖瀝青混合料AC-10與AC-16的動(dòng)穩(wěn)定度有相似的規(guī)律，均滿足規(guī)范要求[12]。以AC-10高溫性能進(jìn)行分析，方案1（基質(zhì)瀝青）的高溫性能最差，其動(dòng)穩(wěn)定度僅為2 971次/mm，方案3（SBS改性瀝青）的動(dòng)穩(wěn)定度最大，方案6（偶巖復(fù)合改性瀝青）的高溫抗車轍能力高于青川巖瀝青單一抗剝落措施，這是由于硅烷偶聯(lián)劑和青川巖瀝青兩種抗剝落劑作用的疊加。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）青川巖瀝青與花崗巖吸附力強(qiáng)，硅烷偶聯(lián)劑的有機(jī)官能團(tuán)與花崗巖集料相結(jié)合，從而使集料表面有機(jī)化，提高了瀝青與集料的黏附性，改善了瀝青混合料的抗剝落性能。（2）硅烷偶聯(lián)劑和巖瀝青兩種抗剝落措施的疊加既彌補(bǔ)了硅烷偶聯(lián)劑耐久性差易分解的缺陷，還彌補(bǔ)了青川巖瀝青脆性大低溫抗裂性差的缺點(diǎn)。偶巖復(fù)合改性瀝青顯著改善了花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性，并且較顯著地提高了混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能，優(yōu)先推薦其作為花崗巖瀝青混合料的抗剝落措施。（3）界面聯(lián)結(jié)劑可顯著提高花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但高溫性能差。消石灰粉替代部分礦粉的花崗巖SBS改性瀝青混合料，具有優(yōu)異的高、低溫性能，但水穩(wěn)定性一般，明顯弱于界面聯(lián)結(jié)劑和偶巖復(fù)合改性瀝青。（4）在后續(xù)研究中，開(kāi)展各抗剝落措施與花崗巖集料的黏附性評(píng)價(jià)、混合料路用性能優(yōu)劣的機(jī)理分析，以期提高花崗巖瀝青混合料的耐久性和應(yīng)用范圍。