高強橡膠改性瀝青與花崗巖集料的界面黏附性★

符策源，資西陽，王 洋，李祖仲，王夢夢，封翔宇

(1.海南省交通工程建設局，海南 海口 570100；2.天津海泰環保科技發展股份有限公司，天津 300270；3.長安大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710064；4.寧夏交通建設股份有限公司，寧夏 銀川 750004)

0 引言

瀝青與集料之間的黏附性一直是道路工程界關注的熱點問題，集料的巖性及材質對其與瀝青之間的黏附性產生重要影響[1]。目前，我國玄武巖等優質的公路用集料日趨稀少，而花崗巖是由石英、酸性斜長石和鉀長石等多種礦物組成的結構致密石材[2]，具有強度高、抗腐蝕性好等路用特性，工程界一直探索將花崗巖集料應用于瀝青路面工程[3]。此外，隨著我國環保戰略逐漸實施和“雙碳”目標的推進，大規模推廣廢舊膠粉再生利用顯得尤為重要[4]。然而，花崗巖作為酸性集料，與瀝青之間的黏附性弱于石灰巖等堿性集料[5]，尤其是其與橡膠瀝青之間的黏附性缺乏較深入研究，基于此，通過改善橡膠瀝青的材料組成設計，形成高強橡膠改性瀝青，選取了石灰巖、花崗巖為代表性集料，以躺滴法評價集料與高強橡膠改性瀝青之間的黏附性，探索集料性狀對其與高強橡膠改性瀝青之間黏附性的影響。

1 試驗原材料

依據規范[6-7]，測試石灰巖、花崗巖集料及高強橡膠粉改性瀝青的基本技術性能，試驗結果如表1、表2所示，石灰巖、花崗巖均來自海南島。

表1 集料基本性能

2 集料特征

2.1 元素組成

X射線瑩光光譜(XRF)是探測礦物材料元素組成的常用方法[8]，使用XRF設備測定花崗巖和石灰巖的主要元素組成，見表3。

表2 高強橡膠改性瀝青基本技術性能

表3 花崗巖和石灰巖元素組成分析結果

可以看出：花崗巖主要含有O,Si,Al,K等元素，其中O,Si元素的質量百分比為89.22%，主要由石英相組成；石灰巖中主要含有C,O,Ca等元素，主要成分為碳酸鈣以及鈣的氧化物。

2.2 物相組成

由圖1可知，進一步表明花崗巖主要由石英及各種硅質化合物構成，在26.63°處出現最強衍射峰，來自SiO2相，且結晶度良好。由圖2可知，石灰巖礦物相主要為CaCO3，在29.41°處出現最強衍射峰。

2.3 微表構造

圖3為花崗巖、石灰巖的掃描電鏡。

由圖3可以看出，花崗巖集料內部呈現出大小不一、形狀各異、粗細不均的團粒狀、層片狀致密晶體結構，且晶界分明，紋理清晰，表面粗糙度大，為其與瀝青的界面有效黏附創造了有利的條件。石灰巖呈現出致密的方塊狀、顆粒狀結構，晶粒細小、均勻，表面光滑，微觀形貌規整，但是石灰巖的界面粗糙度不如花崗巖。

3 集料與高強橡膠改性瀝青的黏附性評價

采用躺滴法[9]測定三種試劑在高強橡膠改性瀝青表面的接觸角，見圖4，計算表面自由能參數，結果見表4。隨后，根據Owens-Wendt理論和界面張力理論Good-Girifalco公式分別計算出高強橡膠改性瀝青與兩種集料的黏附功、剝落功及配伍率，結果見表5、表6。

表4 測試試劑與瀝青的接觸角 (°)

表5 瀝青表面自由能參數 mJ/m2

表6 瀝青與集料的表面能參數

由表5可知，測試試劑與高強橡膠改性瀝青的浸潤程度較高，橡膠瀝青的表面自由能較大，高強橡膠改性瀝青表面殘存的微細橡膠顆粒也為測試試劑的浸潤提供了有效介質，促使測試試劑更容易在瀝青表面浸潤。由表6可知，花崗巖與高強橡膠改性瀝青的黏附功、剝落功均大于石灰巖。由于花崗巖的極性分量大于石灰巖，其表面自由能高于石灰巖，在高強橡膠改性瀝青研制過程中，摻入了低分子量強極性樹脂，增強了橡膠瀝青與花崗巖的黏附性。此外，花崗巖作為一種典型的酸性石料，其化學組成主要為SiO2，還含有少量的Al2O3,CaO，Ca2+和Al3+可與瀝青發生化學吸附形成穩定的黏附層，有利于提升高強橡膠改性瀝青與花崗巖的黏附性。

4 結語

通過分析花崗巖和石灰巖的材料組成、微觀結構的差異，研究了兩者與高強橡膠改性瀝青之間的黏附性，得到以下結論：

1)花崗巖結構致密，化學組成主要為石英，也含有少量的Al2O3,CaO等礦物，表現為粗細不均的團粒狀、層片狀結構。石灰巖主要成分為碳酸鈣以及鈣的氧化物，呈現出方塊狀、顆粒狀結構。

2)花崗巖表面粗糙度，有利于其與瀝青的界面黏結，花崗巖的極性分量大于石灰巖，其表面自由能高于石灰巖，花崗巖與高強橡膠改性瀝青的黏附功、剝落功均大于石灰巖。