沥青与粗集料的黏附性试验（水煮法）浅析

■钟培鑫

（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点试验室，福州　350004）

沥青与粗集料的黏附性试验（水煮法）浅析

■钟培鑫1，2

（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点试验室，福州350004）

本文根据笔者长期在试验室工作的经验，对沥青与粗集料的黏附性（水煮法）试验备料及试验过程进行了详细的分析。提出了一些试验中的注意事项和建议，以及一些易被忽视的其他影响试验结果的因素，使本试验能够更准确的体现出所检集料的黏附性等级，减小因试验误差对高速公路质量的影响。

沥青集料黏附性“水煮法”试验

1　引言

沥青作为沥青混合料的黏结剂将各种骨料黏结在一起，使混合料成为一个完整的受力体。在降雨或者路表积水时，沥青路面受到水的长时间浸泡，水会通过沥青路面材料间的缝隙进入路面结构层内，从而降低沥青路面材料间的黏结力，导致沥青从黏附的材料表面剥离；在动水压力的循环作用下，水对路面反复冲刷，从而导致沥青膜从材料表面剥离，最后在长期交通荷载作用下形成坑槽等病害，对路面行车安全性舒适性造成不利的影响。

目前，国内外关于沥青与矿料粘附性试验方法较多。交通行业试验规程 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（下简称为“试验规程”）JTG E20-2011（T 0616-1993）中沥青与粗集料的黏附性试验可分为水煮法和水浸法，其中 “对最大粒径大于13.2mm的集料应采用水煮法，对最大粒径小于或者等于13.2mm的集料应用水浸法进行试验。当同一种料源集料最大粒径既有大于又有小于13.2的集料时，取大于13.2mm水煮法试验为标准，对细粒式沥青混合料应以水浸法试验为标准”。由于水煮法试验速度快，颗粒较大，沥青剥离明显，易于观察，且大部分源集料都存最大粒径在大于13.2mm的集料，故笔者主要对水煮法进行研究分析。

2　“水煮法”试验的注意事项和建议

2.1备料时的注意事项和建议

（1）集料形状的影响

试验规程要求，试验备料时，将集料过筛后“取13.2～19mm形状接近立方体的规则集料5个，用洁净水洗净”，然后烘干备用。经过大量试验发现，如果选用表面凹凸不平的集料，在集料浸泡沥青的过程中，将集料系牢的细绳与集料的缝隙之间会形成一层沥青膜，浸煮时这层沥青膜会因为温度的升高渐渐分散裹覆在集料其他部位，导致浸煮后集料表面沥青膜剥落的百分比减小，从而可能对试验结果造成影响。因此，笔者建议在选材时应尽量选取表面平整的立方体集料进行试验。

（2）粉尘的影响

试验规程要求，将选取好的5个集料 “用洁净水洗净”。集料表面附着的细粉，其酸碱性会对黏附性试验结果产生一定的影响：酸性细粉会增大浸煮后沥青膜剥落的百分比，降低集料的黏附性等级；反之碱性细粉则会减小浸煮后沥青膜剥落的百分比，提高集料的黏附性等级。为了进一步验证这一结论，笔者将3种集料分别浸泡于不同比例的碱性矿粉溶液中，然后再进行黏附性试验，得出试验结果见表1。

表1　沥青与浸泡不同比例碱性矿粉溶液后的同种粗集料的黏附性试验结果

从表1的试验结果可以看出，虽然不同的集料浸泡碱性矿粉溶液后对黏附性等级的影响不同，但还是存在一定的规律，随着碱性矿粉在溶液中的比例的增加，浸泡过溶液的集料在浸煮后集料表面沥青膜剥落的百分比随之减少，集料的黏附性等级随之提高。因此我们在备料时，一定要仔细的对集料进行清洗，务必把表面的细粉都洗掉，减少细粉对试验结果的影响。

2.2试验过程中的注意事项和建议

（1）集料要求

试验规程要求试验时 “逐个用细线提起加热的矿料颗粒，浸入预先加热的沥青（石油沥青130～150℃）中45s后”，冷却15min，再逐个将集料在“微沸”的水中“浸煮3min，将集料从水中取出，适当冷却”，然后放入盛有常温水的容器中观察矿料颗粒上沥青膜的剥落程度，并评定其黏附性等级。

笔者在经过大量试验后发现，按试验规程要求逐个将矿料颗粒浸入沥青中，这一试验过程所需时间较长，容易导致沥青温度下降，影响平行试验结果；而如果要在保持沥青温度的情况下进行浸泡，又增加了试验的操作难度。逐个对冷却好的矿料颗粒进行浸煮的过程，也同样因为逐个进行浸煮所需时间较长，而试验要求的微沸状态又比较难控制，导致试验过程中难以让5个矿料颗粒在相同试验条件下进行平行试验。为了解决这一问题，建议采用直径0.8至1.0mm的细铁线系牢集料 （太粗的铁线会导致过多的沥青黏附在铁线与矿料颗粒的缝隙里，而太细的铁线则容易断，不易系牢矿料颗粒）。将5个矿料颗粒系牢后，再将5根系有矿料颗粒的细铁线拧成一股，然后把5个颗粒呈5等分分开（如图1），一起浸入预先加热好的沥青中（如图2），再进行浸煮，这样既能够提高试验效率，也减小了5个矿料颗粒之间平行试验的误差。

图1　细铁线系牢的一组集料

（2）沥青加热温度和时间

图2　集料裹附沥青

试验规程中对试验所用到的沥青的要求只有 “石油沥青加热130～150℃”，未对加热时间和沥青加热后的状态做进一步的说明。笔者经过大量试验后发现，沥青的融化过程表现为随着加热时间的增加，沥青从固态到液态慢慢转化，直到完全液化能够像水一样自由流动，而这一过程除了最终完全液化状态是可控的，沥青融化过程中的其他程度都存在着较多不可控因素。为了保证每次试验都在相同的条件下进行，建议试验人员在加热过程中应经常观察沥青的状态，把沥青加热到完全液化后再进行浸泡，但不宜继续加热过长时间，以免沥青老化。笔者经过多次试验后得出，一般基质沥青控温在130～135℃加热1.5～2h即可达到完全液化状态，而改性沥青软化点差异较大，建议控温在145～150℃，并根据其软化点的高低来调整沥青加热至完全液化的时间。

（3）冷却时间和状态

试验规程要求浸煮过的矿料颗粒从水中取出后 “适当冷却”，然后再放入盛有常温水的容器中。笔者经过大量试验发现浸煮后的集料从水中取出后宜立即浸入温度较低的水中，让集料表面的沥青膜能够快速冷却。因为当浸泡过沥青的集料经过浸煮后，部分软化点较低的沥青在集料从水中取出后集料底部残留的沥青膜会像水滴一样滴落，从而对试验结果造成一定的影响。

3　易被忽视的其他影响因素

3.1集料浸泡沥青后进行冷却时室温对黏附性结果的影响

试验规程中要求在集料浸泡沥青45s后，在室温下进行冷却15min后进行浸煮，未对具体室温提出要求。但笔者经过大量的试验后发现，在冷却过程中，当室温较高时，集料表面流失的沥青较多，导致集料表面沥青膜较薄，使集料浸煮后的黏附性等级降低；反之当室温较低时，集料表面流失的沥青较少，集料表面沥青膜较厚，集料浸煮后的黏附性等级升高。因此，集料浸泡沥青后在不同的室温进行冷却，对黏附性结果会产生一定的影响。

3.2微沸状态下的水温对试验结果的影响

黏附性试验对浸有沥青集料的浸煮是在微沸的水中进行的，而实际上随着试验环境的不同，热水达到微沸状态的温度也有所不同。据资料显示，海拔每升高300m沸水的温度就降低1℃，当微沸的水温度越低时，集料表面的沥青膜受热温度就越低，沥青膜剥落的百分比也随之减少，集料的黏附性等级升高；反之当水在微沸状态时的温度较高时，集料表面的沥青膜受热温度就越高，沥青膜剥落的百分比也随之增加，集料的黏附性等级降低。因此，在不同海拔的地区进行本试验，试验结果会受到一定的影响。

3.3沥青软化点对试验结果的影响

沥青软化点对本试验结果有非常大的影响。笔者采用不同软化点的沥青与3种集料分别进行本试验，试验结果见表2。

表2　不同软化点的沥青与2种集料的黏附性试验结果

从表2试验结果可以看出，在集料相同的情况下，软化点越高，沥青与粗集料的黏附性等级也越高，甚至当软化点达到一定程度后，原本黏附性等级不高的集料也能达到5级。因此笔者建议，在项目开工前选择石料阶段，宜采用软化点50左右的基质沥青与所选集料进行黏附性试验，可有效除沥青软化点对所用石料黏附性试验结果的干扰，再对试验结果进行对比，最终选出黏附性较好的集料。

4　结语

沥青与粗集料的黏附性作为高速公路沥青路面选材时必做的指标之一，足以说明其对铺筑高速公路沥青路面的重要性。笔者希望通过本文和广大同行交流一些关于本试验的心得，对本试验进行一些改进，使本试验更准确的体现出所检集料的黏附性等级，减小因为试验误差对高速公路质量的影响。