基于接触角法的沥青—石料粘附性评价

孙振霞 张 青 曹青霞

（1甘肃省兰州公路管理局，甘肃 兰州 730000；2甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃 兰州 730203）

基于接触角法的沥青—石料粘附性评价

孙振霞1张 青2曹青霞2

（1甘肃省兰州公路管理局，甘肃 兰州 730000；2甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃 兰州 730203）

针对目前沥青路面突出的水损害现象，研究选取常用的三种沥青与四种石料，基于接触角法测定了沥青-石料之间的接触角，计算了沥青-石料的粘附功，建立了一种沥青—石料粘附性评价方法。结果表明：粘度大的沥青抵抗水的置换要比粘性小的沥青好。对于同种沥青而言，四种石料的粘附功大小依次为：石灰岩＞蛇纹岩＞玄武岩＞花岗岩，而对于同种石料而言，三种沥青的粘附功大小依次为克拉玛依90#＞SK90#≥中海油90#；能够通过接触角法所得粘附功定量评价沥青-石料粘附性，从而判断沥青混合料的水稳定性。

沥青；石料；接触角法；粘附性；水稳定性

1 引 言

近年来，我国公路里程迅速增长，交通建设投资力度逐步增大，但是通过调查发现，在潮湿多雨地区，路面水损害现象较为突出，甚至在某些少雨干旱地区，沥青的老化使沥青-石料粘附失效导致坑槽、剥落等病害严重影响沥青路面的服役性能。目前，国内外大多使用水煮法快速评价沥青-石料粘附等级，但是研究表明，该方法存在一定缺陷，如人为定性评价致使所得结果精准性差，重现性不高等[1-3]。Cheng等，利用粘附功与水稳定性结果比较，发现粘附功越大，水稳定性越好，利用粘附功可评价沥青混合料水稳定性[4-7]。因此，正确表征沥青-石料间的粘附性，研究沥青-石料粘附性的定量评价方法，从而间接评价沥青混合料的水稳定性具有重要意义。

本文选取常用三种沥青与四种石料，首先进行了沥青粘度对粘附性的影响分析，然后采用接触角法，计算了沥青-石料粘附功，最后确定了三种沥青、四种石料的粘附性优异程度。

2 材料、仪器与试验方法

2.1 试验原材料及仪器

选择常用四种石料作为研究对象，分别为玄武岩、石灰岩、蛇纹岩、花岗岩，分别取自甘肃黑山湖料场、甘肃平凉上杨料场、甘肃玉石湾料场及甘肃定西料场，各种石料技术检测指标测试结果见表1。

表1 石料技术指标检测结果

沥青选用甘肃省道路工程建设常用的中海油90#沥青、SK90#沥青、克拉玛依90#沥青，经过对三种沥青技术性能指标检测结果见表2，其各项技术指标均符合现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。

试验所用接触角仪为美国科诺SL200KB接触角仪，具有恒温加热装置和高温加热装置。

2.2 试验方法及样品制备

为了保证试验数据的可靠性，应确保石料表面水平且无污染。本试验中分别利用蒸馏水、无水乙醇、环己烷三种液体对石料试样进行除污处理，首先用蘸有蒸馏水的脱脂棉擦除石料表面泥土粉尘等颗粒物，待石料表面无明显水渍时，用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦拭石料表面，去除石料表面无机成分，再待石料表面无酒精痕迹时，用蘸有环己烷的脱脂棉擦拭石料表面，去除石料表面有机成分，最后用蒸馏水洗除石料表面无水乙醇、环己烷、空气中粘附的灰尘后，放入隔尘装置中待测。

表2 沥青技术指标测试结果

3 结果与讨论

3.1 沥青粘度对粘附性影响分析

粘度大的沥青抵抗水的置换要比粘性小的沥青好，这是由于在粘性大的沥青中存在有较多的极性物质，并具有良好的润湿性。

表3 三种沥青60℃、135℃粘度

图1 沥青-石料接触角及滴定示意图

如表3所示：60℃时，克拉玛依90#沥青具有较大的粘度290Pa·s，中海油90#和SK90#沥青粘度分别为170Pa·s和160Pa·s，两者粘度相差较小；135℃时，克拉玛依90#沥青仍具有较大的粘度0.6Pa·s，而中海油90#和SK90#沥青粘度都为0.4Pa·s，依据沥青粘性大，其含有较多的极性物质可推测，克拉玛依90#沥青具有较好的粘附性，中海油90#和SK90#沥青粘附性相似，该结论在接触角法定量测定沥青-石料粘附功的试验中得到了进一步验证。

3.2 接触角法测定沥青-石料粘附功

采用移液滴落法，测量沥青与石料之间的接触角，沥青-石料接触角测试示意图如图1所示。

沥青-石料系统的粘附功Wst

其中为沥青表面自由能，Ɵ为沥青-石料表面接触角，通过粘附功的本构方程，即可求出沥青-石料粘附功，三种沥青-七种石料接触角及粘附功如表4所示。

图2 三种沥青-四种石料粘附功对比图

由图2可知，对于同种沥青而言，四种石料的粘附功大小依次为：石灰岩＞蛇纹岩＞玄武岩＞花岗岩，而对于同种石料而言，三种沥青的粘附功大小依次为克拉玛依90#＞SK90#≥中海油90#。

4 结 语

基于上述讨论与分析，本研究得出的结论如下：

1）粘度大的沥青抵抗水的置换要比粘性小的沥青好。

2）接触角法定量测定沥青与石料的粘附功表明：对于同一沥青而言，四种石料其粘附功大小为石灰岩＞蛇纹岩＞玄武岩＞花岗岩；对于同一石料而言，三种沥青其粘附功大小为克拉玛依90#＞SK90#≥中海油90#，可以采用接触角法定量评价沥青与石料抗水损害能力，对于沥青路面水损害的研究有重要应用价值。

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Study on evaluation method of asphalt aggregate adhesion and water stability of asphalt mixture

At present,the water damage of asphalt pavement is very serious.Three kinds of asphalt and four kinds of stone are selected in this paper.Based on the contact angle method,the contact angle between asphalt and stone was measured,and the adhesion work of asphalt stone was calculated.The results show that, for the same kind of asphalt,the adhesion of the four kinds of stone is:limestone＞serpentine＞basalt＞granite.For the same kind of stone,the adhesion work of three kinds of asphalt is karamay 90#＞SK90# ≥ CNOOC 90#.The excellent adhesion of asphalt and stone is consistent with the results of adhesion work,The adhesion work of asphalt mixture can be quantitatively evaluated by contact angle method, and the water stability of asphalt mixture can be judged.

asphalt；aggregated rock；contact angle method；adhesion；water stability

表4 三种沥青-四种石料接触角及粘附功

U414

B

1003-8965（2017）04-0052-02