郭 峰

（洛陽理工學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 洛陽471023）

0 引言

瀝青混合料屬于孔隙結(jié)構(gòu)［1－2］，在交通荷載、濕度、溫度等因素綜合作用下，瀝青路面易出現(xiàn)不同程度的病害，降低瀝青路面使用質(zhì)量和使用壽命。其中，水損害已成為瀝青路面病害的主要類型。水分浸入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙，交通荷載下產(chǎn)生真空泵吸作用，孔隙內(nèi)部自由水沖刷瀝青與集料黏結(jié)界面，破壞混合料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，針對瀝青混合料水穩(wěn)定性，國內(nèi)外學(xué)者通過改性瀝青、調(diào)整級配或添加外摻劑等方面展開了研究。李菁若等［3］研究了焚燒飛灰對瀝青混合料顆粒對瀝青混合料水穩(wěn)定性影響，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料摻焚燒飛灰顆粒后的凍融劈裂強度提高。黃繼蓉等［4］研究了沖刷參數(shù)對高黏瀝青混合料水穩(wěn)定性影響規(guī)律，沖刷速度和沖刷時間對其質(zhì)量損失率影響最大。譚波等［5］研究了水泥、消石灰及抗剝落劑對酸性閃長巖瀝青混合料水穩(wěn)定性影響，發(fā)現(xiàn)抗剝落劑改性瀝青易老化，且長期水穩(wěn)定性差。王蕾等［6］采用浸水漢堡車轍試驗，研究了水泥對瀝青混合料抗水損害能力的影響，混合料摻入水泥后水穩(wěn)定性提高。于立澤等［7］采用自制的滲水試驗?zāi)Ｐ?，研究了級配類型對瀝青混合料滲水速率的影響，發(fā)現(xiàn)大孔隙結(jié)構(gòu)的瀝青混合料排水特性較優(yōu)，低溫性能和水穩(wěn)定性較差。吳小戀［8］研究了消石灰及抗剝落劑摻量對瀝青混合料水穩(wěn)定性改善效果，發(fā)現(xiàn)抗剝落劑增大瀝青與集料的黏附性，提高瀝青混合料水穩(wěn)定性。張彩利等［9］對比研究了熱悶鋼渣瀝青混合料、冷棄陳渣瀝青混合料及石灰?guī)r瀝青混合料路用性能，發(fā)現(xiàn)鋼渣瀝青混合料水穩(wěn)定性優(yōu)于石灰?guī)r瀝青混合料。

鑒于此，本文選用消石灰和水泥兩種抗剝落劑，通過室內(nèi)凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗和浸水飛散試驗，對比研究消石灰和水泥對瀝青混合料水穩(wěn)定性影響規(guī)律，為瀝青路面材料設(shè)計提供參考。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

（1） 瀝青

瀝青選用鎮(zhèn)海A 級90＃石油瀝青，按試驗規(guī)程［10］測定其技術(shù)性質(zhì)，見表1。

（2） 集料

粗集料選用玄武巖碎石，細集料選用機制砂，按試驗規(guī)程［11］ 測定集料技術(shù)性質(zhì)，見表2 ～表3。

表2 粗集料技術(shù)性質(zhì)Table 2 Technical properties of the crude aggregate

表3 細集料技術(shù)性質(zhì)Table 3 Technical properties of the fine aggregate

（3） 填料

填料選用磨細的石灰?guī)r礦粉，技術(shù)性質(zhì)見表4。

表4 礦粉技術(shù)性質(zhì)Table 4 Technical properties of mineral powder

（4） 抗剝落劑

抗剝落劑采用消石灰、水泥，水泥采用普通硅酸鹽水泥P·O 42.5，3 d 抗壓強度和抗折強度分別為16.27 MPa、4.37 MPa； 消石灰采用Ⅰ級消石灰，MgO＋CaO 含量為76.2%。

1.2 試驗方案

采用水泥、消石灰等量替代礦粉摻量，通過室內(nèi)凍融劈裂試驗、浸水馬歇爾試驗、浸水飛散試驗，對比研究水泥、消石灰摻量對瀝青混合料水穩(wěn)定性影響規(guī)律。試驗中，擬各類抗剝落劑摻量為1%、2%、3%、4%。其中，摻抗剝落劑的瀝青混合料為試驗組，未摻抗剝落劑的瀝青混合料為對照組，每組試驗采用4 個平行試件?？箘兟鋭搅繛橥饧觿└少|(zhì)量與集料干質(zhì)量的比值。

1.3 試件制備

按試驗規(guī)程［10］中擊實法成型Φ101.6×h63.5 mm的瀝青混合料馬歇爾試件。瀝青混合料拌和采用干摻法［12－14］，擊實溫度為（105±5） ℃，雙面擊實50 次。

1.4 性能測試方法

（1） 凍融劈裂試驗

馬歇爾試件分為兩組，一組試件置于室溫條件下備用，一組試件飽水后置于（－18±2） ℃恒溫冰箱中16 h 備用。試件按規(guī)定條件處理后，選用馬歇爾試驗儀分別測定兩組試件劈裂強度，并計算凍融劈裂抗拉強度比TSR，見式（1）。試驗中，馬歇爾試驗儀加載速率為50 mm／min。

式中：TSR為凍融劈裂抗拉強度比，%；RT1、RT2分別為試件凍融前后劈裂抗拉強度平均值，MPa。

（2） 浸水馬歇爾試驗

馬歇爾試件在60 ℃恒溫水浴箱中浸水48 h后，采用馬歇爾試驗儀分別測定浸水試件和非浸水試件穩(wěn)定度，計算其殘留穩(wěn)定度。殘留穩(wěn)定度MS0為浸水馬歇爾試件與非浸水馬歇爾試件穩(wěn)定度的比值，表達式見式（2）。

式中：MS1為浸水馬歇爾試件穩(wěn)定度，kN；MS2為非浸水馬歇爾試件穩(wěn)定度，kN。

（3） 浸水飛散試驗

馬歇爾試件置于60 ℃恒溫水浴箱中浸水48 h后，并于室溫放置24 h，用干毛巾擦拭試件，稱取試件原始質(zhì)量m0。采用洛杉磯試驗機開展飛散試驗，旋轉(zhuǎn)300 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30 r／min，稱取試件剩余質(zhì)量m1，計算質(zhì)量損失。浸水飛散損失△S 為試件質(zhì)量損失與剩余質(zhì)量的比值，表達式見式（3）。

2 瀝青混合料配合比設(shè)計

參照JTG F40－2004 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［15］中AC－16 瀝青混合料的礦料級配，根據(jù)集料篩分試驗結(jié)果初選礦料級配，見表5。礦粉摻量為4%。礦粉摻量為礦粉干質(zhì)量與集料干質(zhì)量的比值。

表5 礦料級配Table 5 Mineral material grading

三種礦料級配的馬歇爾試件物理力學(xué)性質(zhì)見表6。

表6 瀝青混合料物理力學(xué)性質(zhì)Table 6 Physical and mechanical properties of asphalt mixture

由表6 可知，采用礦料級配B 制備的瀝青混合料物理性質(zhì)滿足設(shè)計要求［14］，且穩(wěn)定度高于礦料級配A、C 制備的瀝青混合料穩(wěn)定度。故選用礦料級配B 開展瀝青混合料水穩(wěn)定性研究，最佳瀝青用量為4.8%。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 凍融劈裂試驗

摻抗剝落劑瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果見圖1。未摻抗剝落劑的瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比（以下簡稱“劈裂強度比” ） 為79.6%，滿足JTG E20－2011 中瀝青混合料劈裂強度比要求，即TSR≥75.0%。

圖1 摻抗剝落劑瀝青混合料劈裂試驗結(jié)果Fig.1 Results of splitting test for asphalt mixture with anti stripping agent

由圖1 可知，消石灰和水泥對瀝青混合料劈裂強度比影響規(guī)律一致，瀝青混合料添加1%摻量抗剝落劑后，瀝青混合料劈裂強度比提高，后隨抗剝落劑摻量增加，瀝青混合料劈裂強度比呈線性趨勢降低，且摻消石灰的瀝青混合料劈裂強度比降低速率較大?？箘兟鋭搅俊?%時，消石灰摻量增加1%，瀝青混合料劈裂強度比降低2.6%；水泥摻量增加1%，瀝青混合料劈裂強度比降低1.9%，說明水泥較消石灰對瀝青混合料水穩(wěn)定性改善效果較明顯。另外，與未摻抗剝落劑的瀝青混合料相比，摻4%消石灰的瀝青混合料劈裂強度比降低，劈裂強度比為78.5%，滿足JTG E20－2011 中瀝青混合料劈裂強度比要求。

為較好模擬季凍區(qū)瀝青路面凍融循環(huán)過程，按凍融劈裂試驗方法依次開展3 次、5 次、7 次、9次、10 次的凍融循環(huán)，分析凍融循環(huán)條件下?lián)娇箘兟鋭┑臑r青混合料劈裂強度比變化規(guī)律。凍融循環(huán)試驗結(jié)果見圖2。

圖2 摻抗剝落劑瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果Fig.2 Results of freeze－thaw splitting test for asphalt mixture with anti stripping agent

由圖2 可知，同一抗剝落劑摻量下，隨凍融循環(huán)次數(shù)增加，瀝青混合料劈裂強度比緩慢降低，即凍融條件下?lián)娇箘兟鋭┑臑r青混合料抗水損害能力減弱較小。當(dāng)抗剝落劑選用消石灰時，凍融循環(huán)初期瀝青混合料劈裂強度比平均降低3.8%，后隨凍融次數(shù)增加，瀝青混合料劈裂強度比劈裂強度比呈線性趨勢降低，凍融次數(shù)增加1 次，瀝青混合料劈裂強度比約降低0.8%。當(dāng)抗剝落劑選用水泥時，瀝青混合料劈裂強度比隨凍融次數(shù)增加逐漸降低，且凍融次數(shù)≥9 次，其劈裂強度比趨于穩(wěn)定； 凍融次數(shù)由1 次增加至3 次時，瀝青混合料劈裂強度比平均降低5.3%； 凍融次數(shù)≥3 次時，凍融次數(shù)增加1 次，瀝青混合料劈裂強度比約降低0.8%，說明凍融次數(shù)對摻不同抗剝落劑的瀝青混合料影響規(guī)律大致相近，這是由于瀝青混合料強度主要由集料間的嵌擠作用和膠結(jié)料與集料間的黏結(jié)作用，凍融循環(huán)作用下水與集料接觸面積增大，致使瀝青剝落，瀝青與集料黏結(jié)力降低，且集料間孔隙率增大，故摻不同抗剝落劑的瀝青混合料劈裂強度比降低規(guī)律相近。

3.2 浸水馬歇爾試驗

摻抗剝落劑瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果見圖3。未摻抗剝落劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度為80.8%。

圖3 摻抗剝落劑瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果Fig.3 Results of immersion marshal test for asphalt mixture with anti stripping agent

由圖3 可知，瀝青混合料摻入抗剝落劑后，其殘留穩(wěn)定度增大，即抗剝落劑可提高瀝青混合料水穩(wěn)定性。隨抗剝落劑摻量增加，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度先增加后降低，在消石灰摻量1%時，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度取得最大值，為90.0%，較未摻抗剝落劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度提高11.4%； 在水泥摻量2%時，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度取得最大值，為88.2%，較未摻抗剝落劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度提高9.2%。另外，同一摻量的消石灰瀝青混合料和水泥瀝青混合料殘留穩(wěn)定度比值如圖4 所示，隨抗剝落劑摻量增加，其比值先降低后增大，在摻量2%時，比值最小，為0.98，其余摻量的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度比值均＞1.0，說明消石灰較水泥改善瀝青混合料水穩(wěn)定性效果良好。

圖4 不同抗剝落劑瀝青混合料的TSR 比值關(guān)系Fig.4 TSR ratio relationship of asphalt mixtures with different anti stripping agent

3.3 浸水飛散試驗

摻抗剝落劑瀝青混合料浸水飛散試驗結(jié)果見圖5。未摻抗剝落劑的瀝青混合料浸水飛散損失為14.7%。

圖5 摻抗剝落劑瀝青混合料浸水飛散試驗結(jié)果Fig.5 Results of immersion and dispersion test for asphalt mixture with anti stripping agent

由圖5 可知，瀝青混合料摻入抗剝落劑后，其浸水飛散損失降低，即抗剝落劑提高瀝青混合料抗水損害能力，且同一摻量的消石灰和水泥改善瀝青混合料抗水損害能力效果相當(dāng)。當(dāng)抗剝落劑摻量≥1%，瀝青混合料浸水飛散損失隨抗剝落劑摻量增加而逐漸增大，且增大速率逐漸降低。消石灰摻量增加1%，瀝青混合料浸水飛散損失平均增大9.5%； 水泥摻量增加1%，瀝青混合料浸水飛散損失平均增大9.6%，說明抗剝落劑對瀝青混合料浸水飛散損失影響較大。

4 結(jié)論

（1） 瀝青混合料摻抗剝落劑后，瀝青混合料劈裂強度比提高，抗水損害能力隨凍融次數(shù)增加而減弱，且凍融循環(huán)作用對摻不同抗剝落劑的瀝青混合料影響規(guī)律大致相近，凍融次數(shù)增加1 次，凍融劈裂強度約降低0.8%。

（2） 抗剝落劑可改善瀝青混合料水穩(wěn)定性，石灰較水泥提高瀝青混合料殘留穩(wěn)定度效果較顯著，消石灰摻量1%或水泥摻量2%時，瀝青混合料殘留穩(wěn)定度最大，較未摻抗剝落劑的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度提高9.2%以上。

（3） 抗剝落劑可減小瀝青混合料浸水飛散損失，同一摻量的消石灰和水泥改善瀝青混合料飛散損失效果相當(dāng)，抗剝落劑摻量≥1%時，石灰和水泥摻量增加1%，瀝青混合料浸水飛散損失分別平均增大9.5%、9.6%。