3種抗剝落劑的路用性能對比研究

周宴湃

(岳陽市公路橋梁基建總公司，湖南 岳陽 414021)

高溫多雨地區采用骨架空隙型瀝青混凝土結構面層可有效排除瀝青面層表面水，增強其抗滑性能。鑒于骨架空隙型結構的特性，要求瀝青與集料間具有更好的黏結力來抵抗水損害。目前常用方法主要是用消石灰、水泥等取代部分礦粉或在瀝青中添加抗剝落劑。抗剝落劑具有與瀝青相容性較好和用量較少等優點，在滿足作用效果的同時具有較好的經濟效益，在工程中使用較多。無機納米材料抗剝落劑具有較大的比表面積，加入后與瀝青發生物理化學反應，可改善瀝青的路用性能，其中作用效果較好的是納米SiO2。胺類和非胺類抗剝落劑中含有 N、S、P 及其他能形成堿性基團的物質，堿性基團可與集料表面的酸性基團發生反應而產生化學吸附。是否含有N的化合物及其衍生物是區分胺類和非胺類抗剝落劑的主要依據。該文采用無機抗剝落劑納米SiO2、胺類抗剝落劑A和非胺類抗剝落劑B進行對比研究，分析其路用性能。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

無機抗剝落劑納米SiO2為白色球形結構，粒徑約為15 nm，其摻量為SBS改性瀝青的2%。胺類抗剝落劑A為深棕色液體，具有表面活性功能，摻量為SBS改性瀝青的0.2%；非胺類抗剝落劑B為液體，能提高瀝青黏度和黏附性，摻量為SBS改性瀝青的0.3%。選用成品SBS改性瀝青作為對照組，其技術指標見表1。

表1 SBS改性瀝青的性能指標

瀝青混合料采用AC-13合成級配。粗集料選用干凈、整潔且棱角性較好的石灰巖，其技術指標見表2。

表2 粗集料的性能指標

1.2 改性SBS瀝青的制備

通過高速剪切試驗使抗剝落劑與SBS瀝青更好地相容。由于無機納米SiO2與SBS瀝青的相容性沒有有機抗剝落劑好，多次試驗后確定納米材料的剪切溫度控制在170 ℃左右，剪切機轉速由慢至快，最終控制在3 000 r/min，剪切時間為90 min。有機抗剝落劑剪切溫度控制在170 ℃左右，剪切機轉速由慢至快，最終控制在3 000 r/min，剪切時間為30 min。

1.3 瀝青混合料級配設計

根據AC-13級配范圍，通過馬歇爾試驗確定級配中值附近的級配作為合成級配(見圖1)。通過馬歇爾試驗獲得瀝青混合料的體積指標，得出瀝青混合料AC-13的最佳油石比為5%。

圖1 瀝青混合料設計級配

2 改性SBS瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫性能

動穩定度是評價瀝青混合料路用性能的重要指標，特別是在中國南方地區濕熱環境下，路面更易出現車轍病害。對SBS瀝青混合料及添加3種抗剝落劑的改性SBS瀝青混合料進行漢堡車轍試驗，通過對比動穩定度分析其高溫性能，試驗結果見圖2。

圖2 瀝青混合料車轍試驗結果

由圖2可知：相較于SBS瀝青混合料，添加抗剝落劑A、抗剝落劑B、納米SiO2的SBS瀝青混合料的動穩定度分別增加3.6%、7.9%、9.0%。添加3種抗剝落劑在一定程度上均能改善瀝青混合料的高溫性能，這是因為抗剝落劑在增加瀝青與集料間黏附性的同時會改善瀝青的黏度，提高瀝青混合料的抗變形能力。其中無機材料納米SiO2的動穩定度增幅最大，這可能是由于納米SiO2的摻量較大，對瀝青混合料結構能起到一定填充作用，使其空隙率減小、相對密度增大，抗變形能力增強。

2.2 低溫性能

采用低溫三點彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫性能。分別成型添加3種抗剝落劑的瀝青混合料和未添加抗剝落劑的瀝青混合料車轍板試件，用切割機將車轍板試件切割成250 mm×30 mm×35 mm長方體標準試件，將試件放入-10 ℃冰箱中保溫1 h后進行小梁低溫彎曲試驗，測試試件破壞時的最大彎拉應變。瀝青混合料的最大彎拉應變越大，低溫抗裂性能越好。試驗結果見圖3。

圖3 瀝青混合料小梁低溫彎曲試驗結果

由圖3可知：4種瀝青混合料的低溫性能均滿足規范要求；相比 SBS 瀝青混合料，添加抗剝落劑A、抗剝落劑B的改性 SBS瀝青混合料的低溫性能有所提高，分別提高6.9%、18.4%，但添加納米SiO2的改性SBS瀝青混合料的低溫性能有所降低，可能是由納米SiO2的低溫特性所致。

2.3 水穩定性

在南方多雨氣候條件下，瀝青混合料的水穩定性是影響路面使用壽命的重要因素。外部水進入(滲入)到瀝青路面中會降低瀝青與集料的黏附性，在水和外部荷載作用下瀝青逐漸與集料剝離、散落。評價瀝青與集料間的黏附穩定性一般選用水煮法，但其評價標準受主觀因素影響較大，且其試驗結果差異性并不是非常明顯，瀝青與集料的黏附性等級均能達到4～5級，用于評價不同抗剝落劑對瀝青混合料水穩定性的影響并不嚴謹。因此，采用凍融劈裂試驗評價添加抗剝落劑瀝青混合料的水穩定性。根據試驗所得劈裂抗拉強度計算劈裂抗拉強度比TSR，TSR越大，混合料受凍融循環后其強度保留越大，水穩定性越好。試驗結果見圖4。

圖4 瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

由圖4可知：4種瀝青混合料在經歷凍融循環后其劈裂強度均降低，添加抗剝落劑A、抗剝落劑B及納米SiO2的混合料在經過凍融循環后其劈裂強度分別下降 8.4%、5.8%、16.0%，但相較于未添加抗剝落劑的SBS瀝青混合料，加入抗剝落劑的改性 SBS 瀝青混合料的劈裂強度都有不同程度提升，其中添加抗剝落劑B的SBS 瀝青混合料的提升幅度最大，提高6.2%；4種混合料的TSR均滿足規范要求，其中添加抗剝落劑B的混合料的TSR最大，之后依次是添加抗剝落劑A和納米SiO2的混合料。這是因為抗剝落劑B具有增大瀝青黏度和黏附性的功能，可改善瀝青和石料之間的黏附性。

3 結論

(1) 抗剝落劑B由于含有大量堿性基團，具有較好的抗剝落效果，對瀝青混合料高低溫性能及水穩定性的改善效果較穩定。

(2) 納米SiO2主要發生物理反應，自身具有較好的穩定性，添加納米SiO2的瀝青混合料的高溫性能最好，但其低溫性能不增反降，且其水穩定性不如添加另外2種抗剝落劑的瀝青混合料。

(3) 從添加劑量(包括經濟效益)和改性效果考慮，抗剝落劑B是較理想的材料，建議優先選用非胺類抗剝落劑。