花崗巖瀝青混合料性能改善及機理分析

張波 曹海盛 余昕潔 許斌

（1.中交建冀交高速公路投資發展有限公司，河北 石家莊 050000；2.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 100000）

近年來，隨著中國經濟社會及交通運輸行業的快速發展，飛速上漲的交通量對公路基礎設施建設提出了更高要求，隨之增大的還有對筑路材料的需求。尤其是在我國沿海夏季降水量大、氣溫較高，部分道路出現車轍和水損害問題的地區。

為保證瀝青混合料的水穩定性，公路工程一般采用堿性骨料或中性骨料作為路面材料，例如石灰石、玄武巖等。花崗巖在我國沿海地區分布廣泛，與石灰石相比，其硬度更大，耐磨性更好。但花崗巖的二氧化硅含量較高，屬于酸性巖石，瀝青附著力較差，摻入瀝青混合料后，整體的水穩定性也較差。此外，花崗巖的應用也很有限。在工程中，石灰被用作礦粉的改性劑，以改善瀝青混合料的水穩定性[1][2]。一些偶聯劑被用作改性劑來制備改性瀝青[3]，但偶聯劑是有機的，在高溫下穩定性較差。在拌和過程中，花崗巖容易發生化學反應，在瀝青混合料中不能起到相應的作用。

如果能改善花崗巖的瀝青附著力及其瀝青路面的高溫性能[5]，研制出適合沿海地區瀝青路面的改性瀝青和瀝青混合料，就能方便公路工程就地取材，降低工程成本，提高瀝青路面性能。

一、實驗研究

納米材料尺寸小，易在瀝青中分散。選擇合適的納米材料可以提高瀝青混合料的水穩定性。為了提高花崗巖瀝青混合料的水穩定性和高溫性能，在A-70#基質瀝青中摻加納米碳酸鈣和青川巖瀝青制備改性瀝青。納米碳酸鈣顆粒小、易分散，可制備性能均衡的改性瀝青，納米碳酸鈣與基質瀝青質量之比為5%。因為成分與瀝青相似，所以巖石瀝青與基質瀝青的相容性更好。把巖石瀝青加工成粉末，巖石瀝青與基礎瀝青的比例為5%。

（一）瀝青基本性能影響試驗

把兩種改性劑按一定量加入160℃的基質瀝青中，高速攪拌2小時制備試樣。基質瀝青和復合改性瀝青的基本性能試驗結果如表1所示。

表1 瀝青技術指標測試結果

由表1可知，添加納米碳酸鈣和巖石瀝青后，復合改性瀝青的軟化點升高，殘余針入度增大，因此改性瀝青的耐高溫和耐老化性能隨之提高。延度的降低也間接反映了其低溫延展性能的降低。

（二）瀝青和骨料黏附性能影響試驗

附著力試驗可以間接反映瀝青混合料集料之間的黏附性能。改性瀝青與花崗巖黏結性試驗結果如表2所示。

表2 瀝青與花崗巖黏結試驗結果

由表2可知，瀝青和花崗巖的黏結等級從2級增加到4級，這間接表明改性瀝青混合料的水穩定性得到了改善。

（三）瀝青混合料高溫性能影響試驗

為研究復合改性瀝青混合料的高溫性能，瀝青混合料采用粗瀝青混凝土AC-20C，集料選用花崗巖，并采用石灰石礦粉。車轍試驗部分參照我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）。車轍試驗的尺寸為300mm×300mm×50mm，測試60℃的動態穩定性，試驗結果如表3所示。

表3 瀝青混合料車轍試驗結果

采用復合改性瀝青對瀝青混合料進行動態穩定改性。其結果表明，添加納米碳酸鈣和巖石瀝青后，瀝青混合料的高溫性能有所提高。

（四）瀝青混合料水穩定性影響試驗

為研究復合改性瀝青混合料的水穩定性，瀝青混合料采用粗瀝青混凝土AC-20C，粗骨料和細骨料選用花崗巖，并采用石灰石礦粉。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011），制定標準馬歇爾。實施馬歇爾試驗和浸水馬歇爾試驗時，兩側壓實次數為75次，測試溫度為60℃，試驗結果如表4所示。

表4 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

由表4可知，改性瀝青混合料的穩定度得到了大幅提高，證明瀝青混合料的水穩定性得到了改善。

二、瀝青組分結果和分析

改性劑中使用的納米碳酸鈣顆粒較小，易在瀝青中分散。由于表面積大，混合料中會形成更多瀝青，從而提高瀝青混合料的高溫性能。同時，納米碳酸鈣是堿性材料，加入納米碳酸鈣改性瀝青包裹在花崗巖表面，能使花崗巖表面呈堿性，提高花崗巖的瀝青附著力和瀝青混合料的水穩定性。

巖石瀝青屬于天然瀝青，其成分與普通瀝青相似，在普通瀝青中作為改性劑具有良好的相容性。分析青川巖瀝青的組成和灰分的礦物組成，結果如表5所示，巖石瀝青組分的瀝青質含量遠高于普通瀝青，因此瀝青混合料的高溫性能較好。巖石瀝青除了含有瀝青質、膠質、芳香族化合物等外，還含有一些主要的礦物質，例如碳酸鈣。作為一種小顆粒，它還可以改善瀝青混合料的水穩定性。

表5 瀝青組分分析結果

三、結語

納米碳酸鈣已經批量生產，成本相對較低。巖石瀝青的組成與基質瀝青相似，且與基質瀝青相容性較好，可作為改性劑。研究表明，加入5%納米碳酸鈣和5%巖石瀝青，花崗巖與瀝青的附著力可提高到4級，滿足工程需要。以花崗巖作為骨料制備改性瀝青混合料，可提高改性瀝青混合料的高溫性能和水穩定性。制備的復合改性瀝青適合我國沿海花崗巖分布區的氣候條件，同時可以降低工程造價，保護環境。