高强橡胶改性沥青与花岗岩集料的界面黏附性★

符策源，资西阳，王 洋，李祖仲，王梦梦，封翔宇

(1.海南省交通工程建设局，海南 海口 570100；2.天津海泰环保科技发展股份有限公司，天津 300270；3.长安大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710064；4.宁夏交通建设股份有限公司，宁夏 银川 750004)

0 引言

沥青与集料之间的黏附性一直是道路工程界关注的热点问题，集料的岩性及材质对其与沥青之间的黏附性产生重要影响[1]。目前，我国玄武岩等优质的公路用集料日趋稀少，而花岗岩是由石英、酸性斜长石和钾长石等多种矿物组成的结构致密石材[2]，具有强度高、抗腐蚀性好等路用特性，工程界一直探索将花岗岩集料应用于沥青路面工程[3]。此外，随着我国环保战略逐渐实施和“双碳”目标的推进，大规模推广废旧胶粉再生利用显得尤为重要[4]。然而，花岗岩作为酸性集料，与沥青之间的黏附性弱于石灰岩等碱性集料[5]，尤其是其与橡胶沥青之间的黏附性缺乏较深入研究，基于此，通过改善橡胶沥青的材料组成设计，形成高强橡胶改性沥青，选取了石灰岩、花岗岩为代表性集料，以躺滴法评价集料与高强橡胶改性沥青之间的黏附性，探索集料性状对其与高强橡胶改性沥青之间黏附性的影响。

1 试验原材料

依据规范[6-7]，测试石灰岩、花岗岩集料及高强橡胶粉改性沥青的基本技术性能，试验结果如表1、表2所示，石灰岩、花岗岩均来自海南岛。

表1 集料基本性能

2 集料特征

2.1 元素组成

X射线莹光光谱(XRF)是探测矿物材料元素组成的常用方法[8]，使用XRF设备测定花岗岩和石灰岩的主要元素组成，见表3。

表2 高强橡胶改性沥青基本技术性能

表3 花岗岩和石灰岩元素组成分析结果

可以看出：花岗岩主要含有O,Si,Al,K等元素，其中O,Si元素的质量百分比为89.22%，主要由石英相组成；石灰岩中主要含有C,O,Ca等元素，主要成分为碳酸钙以及钙的氧化物。

2.2 物相组成

由图1可知，进一步表明花岗岩主要由石英及各种硅质化合物构成，在26.63°处出现最强衍射峰，来自SiO2相，且结晶度良好。由图2可知，石灰岩矿物相主要为CaCO3，在29.41°处出现最强衍射峰。

2.3 微表构造

图3为花岗岩、石灰岩的扫描电镜。

由图3可以看出，花岗岩集料内部呈现出大小不一、形状各异、粗细不均的团粒状、层片状致密晶体结构，且晶界分明，纹理清晰，表面粗糙度大，为其与沥青的界面有效黏附创造了有利的条件。石灰岩呈现出致密的方块状、颗粒状结构，晶粒细小、均匀，表面光滑，微观形貌规整，但是石灰岩的界面粗糙度不如花岗岩。

3 集料与高强橡胶改性沥青的黏附性评价

采用躺滴法[9]测定三种试剂在高强橡胶改性沥青表面的接触角，见图4，计算表面自由能参数，结果见表4。随后，根据Owens-Wendt理论和界面张力理论Good-Girifalco公式分别计算出高强橡胶改性沥青与两种集料的黏附功、剥落功及配伍率，结果见表5、表6。

表4 测试试剂与沥青的接触角 (°)

表5 沥青表面自由能参数 mJ/m2

表6 沥青与集料的表面能参数

由表5可知，测试试剂与高强橡胶改性沥青的浸润程度较高，橡胶沥青的表面自由能较大，高强橡胶改性沥青表面残存的微细橡胶颗粒也为测试试剂的浸润提供了有效介质，促使测试试剂更容易在沥青表面浸润。由表6可知，花岗岩与高强橡胶改性沥青的黏附功、剥落功均大于石灰岩。由于花岗岩的极性分量大于石灰岩，其表面自由能高于石灰岩，在高强橡胶改性沥青研制过程中，掺入了低分子量强极性树脂，增强了橡胶沥青与花岗岩的黏附性。此外，花岗岩作为一种典型的酸性石料，其化学组成主要为SiO2，还含有少量的Al2O3,CaO，Ca2+和Al3+可与沥青发生化学吸附形成稳定的黏附层，有利于提升高强橡胶改性沥青与花岗岩的黏附性。

4 结语

通过分析花岗岩和石灰岩的材料组成、微观结构的差异，研究了两者与高强橡胶改性沥青之间的黏附性，得到以下结论：

1)花岗岩结构致密，化学组成主要为石英，也含有少量的Al2O3,CaO等矿物，表现为粗细不均的团粒状、层片状结构。石灰岩主要成分为碳酸钙以及钙的氧化物，呈现出方块状、颗粒状结构。

2)花岗岩表面粗糙度，有利于其与沥青的界面黏结，花岗岩的极性分量大于石灰岩，其表面自由能高于石灰岩，花岗岩与高强橡胶改性沥青的黏附功、剥落功均大于石灰岩。