抗剥落剂对酸性砾石沥青混合料性能研究

陈红奎， 李文凯

（河南交院工程技术有限公司，郑州 450000）

沥青路面选用的集料从酸碱性角度考虑包括酸性与碱性. 常用的沥青属于酸性材料，能够与碱性矿料有较强的相容性，可以改善沥青路面的抗水损害能力，减少松散、露骨、坑槽等路面病害的出现；酸性矿料与沥青的相容性较差，沥青路面抗水损害能力一般，容易出现水损害病害［1-6］. 近年来随着交通行业的快速发展，我国大量矿山被开采，优质碱性矿山开采量更为显著，造成矿料的储备量逐年降低，新建公路基础设施由于缺少原材料导致工期延长的现象时有发生［7-12］. 酸性矿料在我国分布较广，且储存量较多，同时酸性砾石具有较强的耐磨性能，如能在沥青路面中加以利用，能够很大程度缓解碱性矿料缺乏地区公路基础设施建设的压力［13-15］. 由于酸性砾石与沥青相容性较差，造成沥青与酸性砾石之间的黏附性降低，后期沥青路面极易出现水损害病害. 本文将XT-1、TJ-066、PA-1三种抗剥落剂掺入到SBS（I-D类）沥青性能中，评价不同类型、不同掺量的抗剥落剂对SBS（I-D类）沥青的改善效果，同时对不同掺量XT-1的混合料开展路用性能研究，分析XT-1对沥青路面路用性能的改善效果，为酸性砾石在沥青路面中的应用提供理论基础［16-19］.

1 原材料及配合比设计

1.1 沥青

沥青对沥青路面性能起着关键性作用，本文选用的沥青为SBS（I-D类）改性沥青，其主要技术指标试验结果见表1.

表1 SBS（I-D类）改性沥青主要技术指标试验结果Tab.1 Test results of main technical indexes of SBS（I-D）modified asphalt

1.2 抗剥落剂

本文选用XT-1、TJ-066、PA-1三种抗剥落剂展开研究，三种抗剥落剂主要技术指标试验结果见表2.

表2 三种抗剥落剂主要技术指标试验结果Tab.2 Test results of main technical indexes of three anti-stripping agents

1.3 配合比设计及马歇尔试验结果

本文混合料级配类型为AC-13C，粗集料为3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm酸性砾石，细集料为0～3 mm石灰岩石屑，填料为石灰岩磨细的矿粉，AC-13C级配设计结果见表3，最佳油石比及马歇尔试验结果见表4.

表3 AC-13C矿料级配设计结果Tab.3 Design results of AC-13C aggregate gradation单位：%

表4 最佳油石比及马歇尔试验结果Tab.4 The optimum ratio of oil to stone and the Marshall test results

2 抗剥落剂对沥青性能的影响

将XT-1、TJ-066、PA-1 三种抗剥落剂分别以0%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%（占沥青质量）的掺量掺入到165 ℃沥青中，对不同掺量、不同型号的沥青依次进行相关技术指标检测，评价不同抗剥落剂对SBS（I-D类）沥青性能改善效果.

2.1 针入度及软化点试验

对不同类型、不同掺量抗剥落剂的SBS（I-D类）沥青分别进行25 ℃针入度及软化点试验，试验结果分别见图1、图2.

图1 针入度试验结果Fig.1 Penetration test results

图2 软化点试验结果Fig.2 Softening point test results

由图1 可以得出：SBS（I-D 类）沥青针入度均随三种抗剥落剂掺量的增加而增大，抗剥落剂掺量为0%～0.3%时，针入度结果增幅较大，当掺量大于0.3%时，增幅降低，表明三种抗剥落剂的掺入能够增强SBS（I-D类）沥青的黏度.

由图2可以得出：SBS（I-D类）沥青软化点均随三种抗剥落剂掺量的增加而减小，其中XT-1降幅最小，PA-1降幅最大，但均满足改性沥青软化点不小于60 ℃的要求.

2.2 运动黏度及延度试验

对不同型号、不同掺量抗剥落剂的SBS（I-D类）沥青分别进行135 ℃运动黏度及5 ℃延度试验，试验结果分别见图3、图4.

图3 135 ℃运动黏度试验结果Fig.3 Kinematic viscosity test at 135 ℃

图4 5 ℃延度试验结果Fig.4 Ductility test results at 5 ℃

由图3可以得出：SBS（I-D类）沥青135 ℃运动黏度均随三种抗剥落剂掺量的增加而减小，其中XT-1降幅最小，PA-1降幅最大，这主要因为抗剥落剂的掺入，使得沥青中轻物质占比增加，胶质、沥青质占比相对减少，高温稳定性及黏韧性下降.

由图4可以得出：SBS（I-D类）沥青5 ℃延度均随三种抗剥落剂掺量的增加显现先增大后减小的趋势，且均在0.4%掺量时达到峰值，表明掺量小于0.5%时，三种抗剥落剂均能增强SBS（I-D类）沥青的低温黏韧性.

2.3 黏附性试验

集料选用10～15 mm酸性砾石，对不同型号、不同掺量抗剥落剂的SBS（I-D类）沥青开展老化前后黏附等级试验，试验结果分别见图5、图6.

图5 老化前黏附等级试验结果Fig.5 Test results of adhesion grades before aging

图6 老化后黏附等级试验结果Fig.6 Test results of adhesion grades after aging

由图5、图6 可以得出：SBS（I-D 类）沥青老化后黏附等级均随三种抗剥落剂掺量的增加而升高，其中XT-1对沥青黏附等级改善效果最优，表明三种抗剥落剂均能改善沥青与集料之间的抗水损害能力. 结合上述试验得出，XT-1对SBS（I-D类）沥青综合改善效果最优，XT-1最佳掺量为0.3%.

3 路用性能

酸性砾石与沥青之间的黏附性较差，本文在混合料中掺入I级消石灰、C42.5水泥及XT-1抗剥落剂来改善混合料性能，掺配比例详见表5，6种掺配比例依次用编号1、2、3、4、5、6表示.

表5 水泥、消石灰、XT-1掺入比例Tab.5 The proportions of cement，lime and XT-1单位：%

3.1 水稳定性

评价沥青路面水稳定性的方法有多种，主要包括浸水马歇尔、冻融劈裂、矿料与沥青之间的黏附性以及浸水车辙试验等. 浸水马歇尔及冻融劈裂试验是最为常规、最为直接评价混合料水稳定的试验方法，同时试验方法成熟. 因此，本文选用浸水马歇尔及冻融劈裂试验来评价水泥、消石灰及XT-1抗剥落剂不同掺配比例时混合料抗水损害能力，试验结果分别见图7、图8［20-21］.

由图7、图8可以得出：未掺消石灰、水泥及XT-1的混合料浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比均未满足1-3区改性混合料不小于85%、80%的要求；掺XT-1的三种混合料试验结果均大于未掺XT-1的混合料，掺有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料试验结果均为最大，分别为92%、91%.

图7 浸水马歇尔残留稳定度Fig.7 Residual stability of immersed marshall

图8 冻融劈裂残留强度比Fig.8 Residual strength ratios of freeze-thaw splitting

3.2 高温稳定性

夏季炎热环境下，沥青路面在车辆轴载作用下极易出现车辙病害. 评价沥青路面高温抗车辙能力的方法有多种，主要包括：圆柱体单轴静载、车辙试验、重复试验、三轴静载等.本文选用车辙试验来评价水泥、消石灰及XT-1不同掺配比例时混合料高温抗车辙能力，试验结果见图9［22-23］.

由图9可以得出：XT-1的掺入未能增强混合料高温抗车辙能力，只掺XT-1 的混合料试验结果为2949 次/mm，但满足1-3 区改性混合料不小于2800 次/mm 的要求；只掺消石灰或水泥的混合料试验结果较其他掺配方案大，表明消石灰、水泥的掺入能够增强混合料高温抗车辙能力.

图9 动稳定度试验结果Fig.9 Test results of dynamic stability

4 结论

1）XT-1、TJ-066、PA-1三种抗剥落剂的掺入均能改善沥青与集料之间的黏附性，XT-1对SBS（I-D类）沥青综合改善效果最优，XT-1最佳掺量为0.3%.

2）同时掺有2%消石灰、0.3%XT-1的混合料浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比试验结果均为最大，分别为92%、91%.

3）XT-1 的掺入未能改善混合料高温抗车辙能力，但动稳定度试验结果满足1-3 区改性混合料不小于2800 次/mm的要求；只掺消石灰或水泥的混合料试验结果较其他掺配方案大，表明消石灰、水泥的掺入能够增强混合料高温抗车辙能力.