抗剥离剂对季冻区玄武岩改性沥青混合料微观强度的影响

齐春玲，王显利，刘　茉，仲玉侠，常广利

(北华大学汽车与建筑工程学院，吉林 吉林　132013)



抗剥离剂对季冻区玄武岩改性沥青混合料微观强度的影响

齐春玲，王显利，刘茉，仲玉侠，常广利

(北华大学汽车与建筑工程学院，吉林 吉林132013)

模拟吉林地区温度条件，试验研究两种新型沥青抗剥离剂在不同状态、不同温度条件下对玄武岩碎石改性沥青混合料微观强度的影响规律，同时准确、客观地评价两种沥青抗剥离剂的工程性能.结果表明：掺入沥青抗剥离剂提高了玄武岩碎石沥青矿料的微观强度.研究结果可以为吉林省及与吉林省具有相同气候条件或工程背景的玄武岩碎石沥青路面设计、施工提供理论依据.

抗剥离剂；改性沥青；微观强度

【引用格式】齐春玲，王显利，刘茉，等．抗剥离剂对季冻区玄武岩改性沥青混合料微观强度的影响[J].北华大学学报(自然科学版)，2016，17(5)：684-688.

近年来，交通及气候条件对高速公路路面使用性能的要求越来越高，因此吉林省绝大部分沥青路面均采用SBS改性沥青来提高沥青路面的路用性能.据调查，沥青路面在长期荷载和冻胀作用下还是出现了开裂和松散等病害，而沥青抗剥离剂的使用可以提高沥青混合料抗裂及抗松散能力[1].

国内外学者对抗剥离剂的研究多集中在用水煮法测量花岗岩、玄武岩碎石沥青路面宏观强度以及花岗岩碎石沥青路面的微观强度[2-5]方面.对吉林省内已建工程的调查显示，近年来吉林省的公路沥青路面表面层采用的碎石基本上为玄武岩和安山岩[6].目前将沥青抗剥离剂用于玄武岩碎石改性沥青路面微观强度的研究未见报道.本次研究通过试验分析两种沥青抗剥离剂对玄武岩碎石改性沥青路面矿料接触面微观强度的影响，检验两种抗剥离剂的有效性.

1　试验材料与试验方法

1.1试验材料

采用对基质沥青高低温性能均有所改善的SBS改性沥青[7-8]，技术参数见表1；采用吉林地区玄武岩碎石石料；根据季冻区高速公路的特点[9]，选用AC-20型沥青碎石级配，级配特性见表2.经过碎石混合料级配设计，使之满足规范要求.

选用AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ型两种沥青抗剥离剂[10-11]，其中AR-Ⅰ型抗剥离剂形态为片状固体，主要成分为胺类；AR-Ⅱ型抗剥剂形态为暗色液体，主要成分为磷羟基有机物.两种抗剥离剂的主要技术指标见表3.

表1　 沥青技术参数

表2　AC-20型沥青碎石级配特性

表3　两种抗剥离剂主要技术指标

1.2试验方法

本次试验采用矿料接触面微观强度测试方法[2]，测试、计算在不同状态(正常状态、短期老化、长期老化)、不同温度条件下掺入抗剥离剂的改性沥青矿料间的黏附强度、沥青结合料自身黏结强度及矿料接触面总体强度.试验采用标准击实法制备AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ型抗剥改性沥青结合料.抗剥离剂的掺量为沥青用量的0.5%.采用薄膜老化试验对上述抗剥改性沥青进行短期老化处理.通过此试验可以分析掺入抗剥离剂的改性沥青矿料经过短期及长期老化后接触面微观强度的变化；长期老化过程是通过沥青薄膜老化及三轴压力老化处理来模拟的.

制备油膜厚度为0.25 mm左右的各状态下沥青结合料中厚层油膜矿料接触面，试验时接触面积3.6 cm2.依据吉林省的情况，选用的温度为25，15，-5，-15，-25，-35 ℃，试件控温时间为4 h.

2　试验结果及分析

试验选取3组试件，测得未掺入抗剥离剂和分别掺入两种不同类型抗剥离剂的玄武岩碎石改性沥青矿料在不同状态、不同温度条件下接触面的微观强度.测试结果见表4.

表4　不同状态、不同温度下改性沥青矿料接触面微观强度

2.1两种抗剥离剂对改性沥青矿料破坏荷载的影响规律

不同状态、不同温度条件下掺入两种抗剥离剂对玄武岩碎石改性沥青的破坏荷载影响规律见图1～3.由图1～3可见：不同状态、不同温度下，掺入两种抗剥离剂对玄武岩碎石改性沥青的破坏荷载均有提高.正常状态下，两者对矿料破坏荷载增长率提高幅度相差不大，但温度不同破坏荷载的增长率相差较大；在-35 ℃条件下，破坏荷载增长率提高了12%；经过短期和长期老化处理后，掺入AR-Ⅱ型抗剥离剂的矿料破坏荷载提高幅度明显高于掺入AR-Ⅰ型抗剥离剂的矿料；经过短期老化处理后，掺入AR-Ⅰ型抗剥离剂的矿料破坏荷载平均提高10%左右，掺入AR-Ⅱ型抗剥离剂的矿料破坏荷载平均提高17%左右；经过长期老化处理后，掺入AR-Ⅰ型抗剥离剂的矿料破坏荷载平均提高4%左右，掺入AR-Ⅱ型抗剥离剂的矿料破坏荷载平均提高8%左右，尤其是在低温状态下掺入AR-Ⅱ型抗剥离剂对矿料的破坏荷载提高效果更好.

2.2两种抗剥离剂对改性沥青矿料间总体拉伸强度的影响规律

混合料矿料接触面总体强度是沥青矿料间黏附强度及沥青结合料自身黏结强度的综合体现，是矿料接触面微观强度的重要指标.在拉伸荷载作用下，矿料接触面发生接触面破坏.矿料接触面总体拉伸强度

式中：Rt为矿料接触面总体拉伸强度，MPa；F为矿料接触面拉伸破坏荷载，kN；St为矿料接触面面积，cm2.

计算得到不同状态、不同温度下掺入两种抗剥离剂的沥青矿料接触面总体拉伸强度，见表4，对玄武岩碎石改性沥青矿料接触面总体拉伸强度的影响规律见图4～6.由图4～6可见：正常状态和短期老化处理后，掺入抗剥离剂对矿料接触面的总体拉伸强度提高效果显著，并且AR-Ⅱ型好于AR-Ⅰ型抗剥离剂的效果；经过长期老化处理后，抗剥离剂对总体拉伸强度的影响效果不明显，并且AR-Ⅰ型要好于AR-Ⅱ型抗剥离剂的效果.

2.3两种抗剥离剂对改性沥青矿料间黏附强度的影响规律

不同状态、不同温度条件下掺入两种抗剥离剂对玄武岩碎石改性沥青矿料接触面黏附强度的影响规律见图7～9.由图7～9可见：正常状态下，沥青矿料间黏附强度显著提高，黏附强度增强效果更好的是掺入AR-Ⅱ型抗剥离剂的沥青矿料；经过长期老化处理后，两种抗剥离剂对沥青矿料黏附增强效果都不理想，掺入AR-Ⅱ型抗剥剂的沥青矿料的黏附强度出现明显下降.

2.4两种抗剥离剂对改性沥青矿料自身黏结强度的影响规律

不同状态、不同温度条件下掺入两种抗剥离剂对玄武岩碎石改性沥青矿料自身黏结强度的影响规律见图10～12.由图10～12可见：在不同状态下，两种抗剥离剂对沥青结合料黏结强度均未产生显著影响.从曲线走向可见，两种抗剥离剂产生的影响均较复杂；经过短期和长期老化处理后，抗剥离剂对沥青结合料黏结强度基本没有提高；混合料矿料接触面微观强度的重要组成部分是结合料自身黏结强度，此强度的降低对提高矿料接触面总体强度和混合料相关力学性能是不利的.

3　结　　论

采用沥青稳定碎石矿料接触面微观强度测试法分析了AR-Ⅰ型和AR-Ⅱ抗剥离剂的工程特性，明确了两种抗剥离剂在不同状态下对玄武岩碎石沥青矿料接触面间总体强度、黏附强度及沥青结合料自身黏结强度的影响规律：

1)掺入沥青抗剥离剂显著提高了玄武岩碎石沥青矿料的破坏荷载，AR-Ⅱ抗剥离剂的提高效果要优于AR-Ⅰ抗剥离剂.

2)不同状态下，掺入两种抗剥离剂对矿料接触面微观强度都存在相对的提高，掺入AR-Ⅱ抗剥离剂的提高幅度要大于AR-Ⅰ抗剥离剂.

3)沥青抗剥离剂能够增加沥青黏附性，但也有可能降低沥青的黏结强度.因此，在判定沥青结合料的单一黏附性或者黏结性时都有可能出现较大误差.

4)若研究目标是玄武岩碎石改性沥青混合料的长期性能，文中涉及的两种抗剥离剂都不是沥青的理想抗剥离材料.在开展提高沥青矿料接触面微观强度的相关研究中，应进一步探求有效的技术措施以显著提高接触面的微观强度.

[1] 黄泽国.新型抗剥落剂的研发与应用[D].西安：长安大学，2014.

[2] 郑传峰.柔性基层沥青稳定碎石矿料接触面细观强度特性研究[D].长春：吉林大学，2012.

[3] 李金清.云南公路沥青路面早期破坏防治措施研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[4] Arabani M，Hamedi Gh H.Using the surface free energy method to evaluate the effects of polymeric aggregate treatment on moisture damage in hot-mix asphalt[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2011，23(6)：802-811.

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[6] 王万峰.吉林省玄武岩及安山岩碎石沥青路面使用现状调查分析[J].吉林交通科技，2012(1)：7-10.

[7] Sajjad Yousefi Oderji.多聚磷酸改性沥青的性能研究[D].大连：大连理工大学，2015.

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[9] 董伟智.季冻区高速公路沥青混合料矿料级配优化研究[D].长春：吉林大学，2013.

[10] 周梦华.抗剥落剂对沥青性能指标影响研究[J].福建建设科技，2013(5)：35-37，21.

[11] 朱建勇，何兆益.抗剥落剂与沥青相容性的分子动力学研究[J].公路交通科技，2016，33(1)：34-40.

【责任编辑：郭伟】

Influence of Anti-stripping Agent on Mesoscopic Strength of Basalt Modified Bitumen Mixture in Seasonal Frozen Region

Qi Chunling，Wang Xianli，Liu Mo，Zhong Yuxia，Chang Guangli

(Automotive and Architectural Engineering College of Beihua University，Jilin 132013，China)

Simulation of temperature conditions in Jilin Province，the influence of anti-stripping agent on the mesoscopic strength of basalt asphalt mixture in seasonal frozen region under different states and temperatures was researched by experiments.Meanwhile，the characteristics on engineering performance of two kinds anti-stripping agents were accurately and objectively evaluated.Results show that anti-stripping agent improves the mesoscopic strength of basalt asphalt mixture.The research results can provide theoretical basis for the design and construction of basalt asphalt pavement，which is suitable for Jilin Province and weather conditions or engineering background as same as Jilin Province.

anti-stripping agent；modified bitumen；mesoscopic strength

1009-4822(2016)05-0684-05

10.11713/j.issn.1009-4822.2016.05.028

2016-05-17

吉林省教育厅科学技术研究项目(2013176).

齐春玲(1981-)，女，硕士，讲师，主要从事土木工程路桥功能性材料研究，E-mail:45016617@qq.com；通信作者：王显利(1972-)，男，博士，教授，硕士生导师，主要从事新型土木工程材料研究，E-mail:645389453@qq.com．

TU531.6

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