張瑜，吳義春，張小元，，趙楊華，劉帥

（1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051；2.浙江理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310018）

0 引言

瀝青路面相對(duì)于其他路面具有諸多優(yōu)勢(shì)，如噪聲低、振動(dòng)小、行車舒適、開放交通早等，在道路建設(shè)中占有重要地位。瀝青路面所用集料常以堿性或中性優(yōu)質(zhì)石料為主，但這些石料的儲(chǔ)備量目前越來越少，無法滿足長(zhǎng)期使用需要，且價(jià)格也越來越貴。而酸性集料在我國(guó)分布范圍廣，易就地取材，使用成本相對(duì)較低。

作為典型酸性石料，花崗巖集料應(yīng)用于瀝青混合料的研究，目前國(guó)內(nèi)外已有較多報(bào)道[1-3]。如Birgisson等[4]針對(duì)花崗巖瀝青混合料的水穩(wěn)定性不足問題，通過摻抗剝落劑進(jìn)行改良，并提出了基于破壞性能的能量率指標(biāo)，用于評(píng)價(jià)混合料水損壞影響及添加劑粘附性改善效果?？琢钤频萚5]通過瀝青表面自由能試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)比較了花崗巖與石灰?guī)r在不同溫拌條件下的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)相較于石灰?guī)r，花崗巖與溫拌瀝青的粘附功要更大，但花崗巖瀝青混合料劈裂強(qiáng)度較小。劉洪成等[6]通過粘附性試驗(yàn)先確定抗剝落劑最佳摻量，進(jìn)而研究了花崗巖瀝青混合料路用性能，結(jié)果表明抗剝落劑能較好改善花崗巖混合料水穩(wěn)定性。周佺等[7]將不同摻量水泥加入瀝青混合料中，通過水穩(wěn)定性、拉伸試驗(yàn)、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)研究了瀝青混合料物理力學(xué)性能，表明水泥摻量增加可使混合料的性能有較大提升。

與花崗巖類似，凝灰?guī)r也是一種酸性石料，并在浙江、福建等地有廣泛分布。然而相比花崗巖石料，凝灰?guī)r由于來源及內(nèi)部成分的復(fù)雜性，目前在瀝青面層中應(yīng)用的研究還較少[8-9]。雖然已有研究表明，凝灰?guī)r作為集料應(yīng)用于高等級(jí)公路面層中，其瀝青混合料的高、低溫性能均符合規(guī)范要求，但未改性處理的酸性集料與瀝青之間易出現(xiàn)剝離現(xiàn)象，導(dǎo)致混合料的水穩(wěn)定性欠佳[9-12]。因此，提高酸性凝灰?guī)r瀝青混合料受水環(huán)境影響的粘附性及其耐久性是一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)。

針對(duì)酸性集料與瀝青結(jié)合料的粘附性，特別是受水作用導(dǎo)致瀝青混合料粘附耐久性不足問題。本研究參考花崗巖瀝青混合料的處理方法，選取典型級(jí)配瀝青混合料，通過對(duì)比摻水泥和抗剝落劑下凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，并考慮長(zhǎng)期老化影響進(jìn)行混合料粘附耐久性評(píng)價(jià)，以確定添加劑的改善效果和合適摻量。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）瀝青和礦粉：70#普通瀝青；礦粉：石灰?guī)r礦粉。均產(chǎn)自浙江交通資源投資有限公司，符合JTGE20—2011《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》要求。

（2）集料：分別選擇酸性凝灰?guī)r和堿性石灰?guī)r進(jìn)行對(duì)比，相應(yīng)的瀝青混合料油石比分別取4.3%和4.0%，其中凝灰?guī)r瀝青混合料的粗、細(xì)集料選自浙江文泰高速公路工程項(xiàng)目，2類不同巖性集料均符合JTGE20—2011要求。凝灰?guī)r集料的化學(xué)成分和基本性能分別見表1和表2。

表1 凝灰?guī)r集料的主要化學(xué)成分 %

表2 凝灰?guī)r集料的基本技術(shù)性能

（3）水泥：P·O42.5水泥，浙江江山南方水泥廠，密度為3.05 g/cm3，性能符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求，如表3所示。

表3 水泥的主要技術(shù)性能

（4）抗剝落劑：XT-2，為深色黏稠液體的非胺類活性劑，其相對(duì)密度為1.0，失效溫度大于260℃，常州信拓路面改性材料有限公司。

1.2 基本研究方法

主要通過一系列室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)添加劑及其摻量的改性效果進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料的粘附性能。具體步驟和方法為：首先，通過水煮法試驗(yàn)對(duì)不同巖性和摻量添加劑的集料粘附等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定各添加劑的有效摻量；其次，通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而確定改善凝灰?guī)r瀝青混合料性能；最后，考慮老化對(duì)凝灰?guī)r瀝青混合料粘附耐久性能影響，驗(yàn)證摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料的長(zhǎng)期粘附效果。

具體而言，對(duì)于粘附等級(jí)評(píng)估試驗(yàn)，選取水泥摻量分別為不摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料（作為基礎(chǔ)試樣）中礦料總質(zhì)量的1%、2%、3%，液體抗剝落劑摻量分別為不摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料中瀝青總質(zhì)量的0.3%、0.6%、0.9%，以不摻添加劑的石灰?guī)r混合料作為凝灰?guī)r瀝青混合料性能評(píng)估的對(duì)比試樣，混合料的級(jí)配如圖1所示。

1.3 性能測(cè)試方法

（1）水煮法試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)：主要參考JTG E20—2011進(jìn)行[13]。

（2）老化試驗(yàn)主要分2個(gè)步驟進(jìn)行：①摻添加劑混合料短期老化，即混合料拌和、攤鋪好后于135℃的烘箱內(nèi)保持4 h；②長(zhǎng)期老化（短期老化后→成型試件→室溫冷卻16 h→脫模放入85℃烘箱并通風(fēng)條件下5 d→開烘箱門自然冷卻16 h）。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘附等級(jí)

通過水煮法試驗(yàn)，對(duì)石灰?guī)r集料和摻不同添加劑凝灰?guī)r集料的粘附等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中每個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行4組平行試驗(yàn)。所得粘附等級(jí)典型試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，其中2（a）、（b）為不摻添加劑的石灰?guī)r和凝灰?guī)r粗集料。

由圖2可知，相較于石灰?guī)r集料，凝灰?guī)r集料經(jīng)水煮后表面裹復(fù)的瀝青有明顯剝離現(xiàn)象，即粘附等級(jí)較低，但摻入水泥后，凝灰?guī)r集料的粘附等級(jí)明顯提高，其中1%和2%摻量下粘附等級(jí)分別提高到3級(jí)和5級(jí)。不同添加劑方案下所得粘附等級(jí)均值如表4所示。

表4 摻不同添加劑集料的粘附等級(jí)

從表4可知，摻入不同添加劑后凝灰?guī)r集料的粘附等級(jí)也不盡相同。其中摻1%水泥和摻0.3%抗剝落劑的凝灰?guī)r集料粘附等級(jí)均為3級(jí)，改善效果并不顯著；而在摻2%、3%水泥以及摻0.6%、0.9%液體抗剝落劑的凝灰?guī)r集料，粘附等級(jí)均達(dá)到5級(jí)，與石灰?guī)r集料接近，說明性能改善效果較好。

2.2 水穩(wěn)定性能

為更好評(píng)價(jià)凝灰?guī)r瀝青混合料在水環(huán)境作用后的粘附穩(wěn)定性，進(jìn)一步選取集料粘附等級(jí)達(dá)到5級(jí)的方案，并與不摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料基礎(chǔ)試樣和石灰?guī)r混合料試樣進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別如表5和表6所示。

表5 不同添加劑及摻量下混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表6 不同添加劑及摻量下混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表5可見：（1）浸水前摻水泥凝灰?guī)r瀝青混合料的穩(wěn)定度要高于石灰?guī)r混合料的，其余方案穩(wěn)定度相差不大。（2）浸水48h后各方案中穩(wěn)定度都降低，其中凝灰?guī)r瀝青混合料的穩(wěn)定度下降最明顯，殘留穩(wěn)定度為70.5%；其次為摻液體抗剝落劑方案，0.6%和0.9%摻量下的殘留穩(wěn)定度分別為80.0%和78.3%，相比基礎(chǔ)試樣分別提高了13.5%和11.1%，而石灰?guī)r混合料穩(wěn)定度下降幅度最小，其殘留穩(wěn)定度為86.9%。另外，2%與3%水泥摻量下凝灰?guī)r瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度相差不大，即所對(duì)應(yīng)的該值分別為83.6%和85.0%，與石灰?guī)r混合料的殘留穩(wěn)定度相近，相比基礎(chǔ)試樣分別提高了18.6%和20.6%，說明摻水泥方案的水穩(wěn)定性改善效果相比摻液體抗剝落劑方案更顯著。

由表6可知：（1）相比石灰?guī)r混合料，摻入添加劑后凝灰?guī)r瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度得到提升；而經(jīng)凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度下降，其中以凝灰?guī)r瀝青混合料基礎(chǔ)試樣的劈裂強(qiáng)度下降最明顯，凍融劈裂強(qiáng)度比為0.74，其次為摻液體抗剝落劑凝灰?guī)r瀝青混合料，0.6%、0.9%摻量下的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為0.81和0.80，相比基礎(chǔ)試樣分別提高了9.5%和8.1%。（2）水泥摻量2%、3%下凝灰?guī)r瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為0.86和0.84，與石灰?guī)r混合料的（0.85）相近，相比基礎(chǔ)試樣分別提升了16.2%和13.5%，說明水泥改善凝灰?guī)r瀝青混合料水穩(wěn)性效果更好。

2.3 熱老化對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響

為驗(yàn)證添加劑對(duì)凝灰?guī)r瀝青混合料長(zhǎng)期使用下粘附耐久性的改善效果，在以上水穩(wěn)定性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行老化后浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，結(jié)果分別如表7和表8所示。

表7 老化后不同添加劑及摻量下混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表8 老化后不同添加劑及摻量下混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知：（1）老化后不同添加劑及摻量下混合料的穩(wěn)定度規(guī)律與老化前類似，如老化、浸水后凝灰?guī)r瀝青混合料的基礎(chǔ)試樣穩(wěn)定度下降最明顯，殘留穩(wěn)定度為68.3%。（2）水泥摻量2%、3%下凝灰?guī)r瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度分別為83.0%和83.1%，接近于石灰?guī)r混合料（85.5%），相比基礎(chǔ)試樣分別提高了21.5%和21.7%；液體抗剝落劑摻量0.6%、0.9%下，殘留穩(wěn)定度分別為74.7%和74.3%，相比基礎(chǔ)試樣分別提高了9.4%和8.8%，表明其老化后的水穩(wěn)改善效果不及摻水泥方案顯著。

由表8可知：（1）老化后不同添加劑及摻量下混合料的劈裂強(qiáng)度變化也與老化前類似。經(jīng)老化、凍融后凝灰?guī)r瀝青混合料基礎(chǔ)試樣的劈裂強(qiáng)度下降幅度最大，凍融劈裂強(qiáng)度比為0.72。（2）水泥摻量2%、3%下凝灰?guī)r瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為0.84和0.83，接近于石灰?guī)r混合料（0.84），相比基礎(chǔ)試樣分別增大了16.7%和15.3%；液體抗剝落劑摻量0.6%、0.9%下凝灰?guī)r瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為0.74、0.75，更接近于凝灰?guī)r瀝青混合料（0.72），只增大了2.8%和4.2%，說明摻液體抗剝落劑方案的長(zhǎng)期穩(wěn)定性效果欠佳，而摻水泥方案的效果較為顯著。

為更直觀地說明不同添加劑及摻量下混合料老化前后的粘附耐久性，分別將殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可知，老化后不同添加劑及摻量下混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比都有降低。與老化前相比，抗剝落劑摻量0.6%、0.9%下混合料的殘留穩(wěn)定度分別降低6.7%和5.2%，凍融劈裂比分別減小了8.6%和6.3%；而水泥摻量2%、3%下混合料的殘留穩(wěn)定度分別降低0.8%和2.2%，凍融劈裂比分別減小了2.3%和1.2%，接近于石灰?guī)r混合料的降低幅度。

以上結(jié)果說明，摻抗剝落劑混合料更易受老化影響，這與液體抗剝落劑在老化作用下易揮發(fā)有一定關(guān)系，而摻加水泥時(shí)則不存在這種影響，因而水泥的改善效果要明顯優(yōu)于抗剝落劑。此外，水泥摻量2%和3%的改善效果相近，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，可優(yōu)選摻2%水泥為最佳方案。

3 結(jié)語

（1）摻入不同添加劑后凝灰?guī)r集料的粘附等級(jí)提升效果存在差異，以摻2%、3%水泥和0.6%、0.9%抗剝落劑時(shí)，凝灰?guī)r集料的粘附等級(jí)提升效果較好。

（2）在不同添加劑及摻量的瀝青混合料中，不摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比均為最小，而摻入添加劑后混合料的水穩(wěn)定性都得到提高，其中摻入水泥的改善效果優(yōu)于摻抗剝落劑的，并與石灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性相近。

（3）老化后與不摻添加劑凝灰?guī)r瀝青混合料的水穩(wěn)定性相比，摻入抗剝落劑后瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度提高，但改善效果不及摻水泥的顯著；摻抗剝落劑對(duì)凝灰?guī)r瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比提升效果欠佳，而摻水泥時(shí)要較為顯著，并接近于石灰?guī)r混合料，摻量水泥為2%時(shí)效果最佳。