沥青与集料的粘附性及其评价方法

1、第5期(总第144期)2003年10月20日华东公路EASTCHINAHIGHWAYNo.5(TotalNo.144)Ocotber2003文章编号:1001-7291(2003)05-0044-03文献标识码:B沥青与集料的粘附性及其评价方法章洪庆,严军,黄彭(同济大学交通运输学院,上海市200092)摘要:水损害是沥青路面早期损坏的主要原因。在沥青混合料中加入一定剂量的抗剥落剂,能明显提高沥青混凝土的抗水损害能力。通过水煮法、浸水马歇尔试验及其劈裂试验来评价四种抗剥落剂对沥青与集料的粘附性能的改善效果。提出沥青与集料的粘附性的评价方法及其使用抗剥落剂的必要性。关键词:沥青混合料;粘附性;抗

2、剥落剂;水损害近些年来,由于沥青混合料水稳定性不足而引起的水损坏,日益受到国内外道路工作者的重视。而改善沥青混合料水稳定性最为简便,使用最普遍的措施即在混合料中添加抗剥落剂,来增强沥青与矿料的粘附性。沥青与矿料的粘附性取决于沥青、矿料和水三相体系的平衡,各种抗剥落剂都属于表面活性物质,它能在沥青矿料表面定向排列而降低沥青矿料的界面张力并达到提高沥青与矿料的粘附性,同时它的碱性作用也增强了矿料与沥青间的化学吸附。因此,抗剥落剂不但能改善沥青混合料水稳性,而且能明显提高沥青路面抗永久变性能力。目前市场上抗剥落剂种类繁多,而不同的抗剥落剂对不同酸碱程度的集料和沥青的粘附性影响不同。笔者选用四种不同的

3、抗剥落剂,即SH1型、SH2型、NF1型和NF2型。这4种均为液态抗剥落剂,掺入量为沥青质量的04%;集料选择三种比较典型的酸性、中性和碱性集料:花岗岩、砂岩和石灰岩;沥青选用国产中海70石油沥青和进口埃索70石油沥青进行比较,以确定各种抗剥落剂的性能及适用情况。为了进一步评价抗剥落剂对沥青与集料的粘附性及混合料性能的影响,本试验采用水煮法、浸水马歇尔试验及劈裂试验对抗剥落剂进行评价分析。1沥青和集料的粘附性试验通常评价沥青与石料的粘附性采用水煮法。水煮法是把集料经150 左右的沥青所浸润,取出冷却后在沸水中煮3min,观察碎石表面沥青膜被水移动剥落的程度。被沥青包裹的集料在微沸的热水中浸煮3

4、min*24#后,集料与沥青的粘附性能已有所改善,但并不能够很清楚比较出不同的抗剥落剂对沥青粘附性能的改善效果。为此又进行了在微沸水中浸煮5min和10min的试验。上述试验结果一并列入表1。图1花岗岩集料粘附性与水煮时间关系示意图2砂岩集料粘附性与水煮时间关系示意2003年第5期表1抗剥落剂类型集料种类章洪庆等:沥青与集料的粘附性及其评价方法沥青与石料粘附性试验结果水煮后沥青膜剥落面积(%)/粘附性等级3min20/330/35/540/230/35/515/310/45/510/45/55/510/45/55/510/45/55/55min30/350/210/450/340/215/32

5、0/315/35/510/410/410/415/35/50/510/45/55/510min60/270/230/370/240/215/330/320/315/315/320/310/425/30/50/510/410/410/445出,石灰岩本身是碱性石料,与沥青粘附性比较好,故加入抗剥落剂后改善效果不是很明显,为进一步比较抗剥落剂性能将SH2、NF1、NF2三种抗剥落剂效果并列于图4。花岗岩无砂岩(中海沥青)石灰岩花岗岩无砂岩(埃索沥青)石灰岩花岗岩SH1型砂岩石灰岩花岗岩SH2型砂岩石灰岩花岗岩NF1型砂岩石灰岩花岗岩NF2型砂岩石灰岩(a)SH2型抗剥落剂示意微沸水煮状况进行沥青与

6、集料粘附性试验,实际上表征了在有水存在的条件下两者粘附能力的衰变情况。水煮时间越长,反映了两者中远期的粘附能力,如果5min及10min后剥落面积增加不多,则表示该种抗剥落剂中远期改善效果较优。(b)NF1型抗剥落剂示意图3石灰岩集料粘附性与水煮时间关系示意例如,从图1中看出,加入抗剥落剂后花岗岩3min时的剥落面积已经有所改善,粘附等级由原来的2级3级提高到3级4级,但从5min和10min后的改善效果,即从长期性能角度考虑SH2型和NF2型抗剥落剂要优于SH1型和NF1型抗剥落剂,10min的剥落面积控制在15%之内;加入抗剥落剂后砂岩粘附等级普遍可达到5级。从图2中可以看出,3min时的

7、剥落情况已经有了较明显的改善,而从3min到5min、10min的剥落面积增加不多,都控制在20%以内,但NF1型和NF2型抗剥落剂还是要优于SH1型和SH2型抗剥落剂的;从图3中可以看(c)NF2型抗剥落剂示意图4抗剥落剂改善情况示意从图4中可以看出,NF2型抗剥落剂对三种石料的粘附性能改善明显,而且中远期改善效果也比较稳定,都控制在10%以内;NF1型抗剥落剂虽然对石灰岩的改善效果特别明显,几乎无脱落(石灰岩本身是碱性石料,与沥青粘附性好),但是对花岗岩来说改善就不是很好,10min的剥落面积达到25%,46华东公路2003年第5期而对三种石料的粘附性能改善不是很稳定;SH2型抗剥落剂只有

8、10min的剥落面积超过10%,但也不超过20%,3min和5min的剥落面积都在10%以内。可见,它对三种石料的粘附性能的改善比较稳定。由此可见,由于化工技术的进步抗剥落剂改善效果在规范规定的水煮时间内都可以呈现出较好的特点,为了分别各种抗剥落剂改善效果,在3min水煮时间内无法区别的话,应当进一步进行5min及10min的水煮试验,来考验它们在中远期使用期限内,可能呈现出的改善作用。在本次试验研究中,通过水煮3min、5min和10min的效果比较,在沥青中加入NF2型抗剥落剂后与花岗岩的粘附性等级达到4级,与砂岩的粘附性等级则达到5级。2加抗剥落剂后混凝土性能的比较水煮法试验没有考虑沥青

9、混合料中细集料及填充料与沥青的作用,该指标能不能评价抗剥落剂对沥青混凝土性能的影响,还需要对沥青混凝土做马歇尔稳定度及残留稳定度试验来全面验证抗剥落剂的改善性能。选用SH2型和NF2型两种抗剥落剂分别与花岗岩和砂岩制成标准混凝土试件及不加抗剥落剂的沥青混凝土,测试其指标,来更进一步比较分析抗剥落剂对沥青混合料的性能的改善。沥青混凝土采用防滑面层AK-13A。混合料集料级配:粗集料为花岗岩和砂岩,细集料为石灰岩,矿粉为磨细石灰石粉,沥青结合料为埃索70#沥青,相对密度为103。马歇尔试验试件在60 水浴放置48h,水浴前后的稳定度比值即为评价指标残留稳定度,可以作为一个经验性指标来评价沥青混合料

10、的抗水害坏能力。劈裂强度试验试件浸入恒温(15 )水槽15h,加载速率等于或大于50mm/min,这一指标可以评价沥青混合料的强度性能。按照!公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行试验,结果如表2所示。从表2的试验结果可以看出,对花岗岩试件来说,加NF2型抗剥落剂时试件,马歇尔稳定度、残留稳定度和劈裂强度提高比较明显;而加SH2型抗剥落剂时试件马歇尔稳定度、残留稳定度和劈裂强度提高不是很明显,看出花岗岩+NF2要优于花岗岩+SH2。对砂岩试件来说,加入抗剥落剂的试件马歇尔稳定度、残留稳定度和劈裂强度都有不同程度的提高,而且很明显砂岩+NF2比砂岩+SH2提高的幅度要大。综合花岗岩试件和砂岩试件可

11、以看出,NF2型抗剥落剂要比SH2型抗剥落剂改善沥青混凝土抗水损害性能更好一些。3试验结论与分析由于沥青路面长时间承受行车荷载和气候(温度和湿度)变化的综合作用。其强度和稳定性是决定其服务品质和使用寿命的关键因素。它们又与高品质的坚硬集料有关,而这类集料往往属酸性或偏酸性集料。为了改善沥青与集料之间的粘附性,增强混合料的抗水损害能力,掺用一定数量的抗剥落剂是必要的。表2试验项目花岗岩+NF2花岗岩+SH2花岗岩+普通沥青砂岩+NF2砂岩+SH2砂岩+普通沥青马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度(kN)10.39.59.49.18.68.4残留稳定度(%)86.472.670.294.583.779.8

12、试件空隙率(%)4.85.65.12.83.03.0劈裂强度(MPa)0.5120.4460.4440.5380.4770.475目前规范规定的水煮3min试验方法,可以显示出抗剥落剂的抗剥落效果。为进一步比选和反映粘附性的中远期效果,应当增加水煮时间,建议对多种抗剥落剂进行5min及10min水煮试验。本次比较试验结果表明,通过延长水煮时间可以明显区分出不同抗剥落剂的功效。抗剥落剂的改善效果还应当增加沥青混合料的残留马歇尔试验进行测试评价。因为目前的粘附性试验和工程应用的沥青混合料组成和受力状况相距甚远。从实用性角度也应当增加这种性状试验来综合检验抗剥落剂的改善效果。本次试验结果也反映出不同

13、抗剥落剂的增粘效果。目前的粘附性试验仍存在一定的问题,需要改进,如水煮法的微沸状态定义不明确,故水煮法试验受主观因素影响较大;从沥青混合料的一些试验指标看,加入抗剥落剂后,沥青混凝土的性能得到改善,但是加入抗剥落剂后沥青的抗老化性能及稳定性还不能完全通过本试验表征,尚需对沥青混合料做进一步的试验分析确定。总之,粘附性试验虽然仅仅是沥青与沥青混合料强度与性能的一个方面的评价方法,但涉及沥青面层的中远期性能,特别是我国南方多雨地区,应当予以重视和完善。参考文献1沈金安沥青与沥青混合料北京:人民交通出版社,2001,52吕伟民沥青混合料设计原理与方法上海:同济大学出版社,2001,13TWKennedy,WVirgi