影响马歇尔成型试件吸潮的因素

邓国民，周 昊，李 交，夏庆宇，赫振华

（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市2 0 1 2 1 0）

0 前言

根据马歇尔击实仪操作规程要求，在沥青混合料击实成型后，需要在室温下冷却12h然后脱模。然而，马歇尔试件在冷却过程中会吸收空气中的水分，进而造成体积指标参数计算出现严重偏差[1]。因此,研究与分析了影响马歇尔试件吸潮的原因：马歇尔拌和与成型温度、有机温拌添加剂和沥青类型。

1 材料与工艺

壳牌70#基质沥青由壳牌中国有限公司提供，成品SBS改性沥青由中国海洋石油总公司提供。温拌添加剂（弱极性，自制）。本文分别对基质和成品SBS改性沥青混合料采用了热拌热压、温拌温压、添加温拌剂温拌温压三种拌和与成型工艺。基质与改性沥青混合料的拌和与压实温度具体参数分别见表1、表2。

表1 基质沥青混合料制备马歇尔试件工艺参数

表2 成品SBS改性沥青混合料制备马歇尔试件工艺参数

2 导致吸潮的因素分析

为了研究影响马歇尔试件吸潮的因素，本文首先固定制备马歇尔试件的沥青混合料质量和损失的质量。制备马歇尔试件的沥青混合料质量固定为1251.2g，由于试件制备过程损失质量往往不足1g，本文假设马歇尔试件制备过程中质量损失为0.5g来进行分析，因而本论文研究的马歇尔试件理想质量为1250.7g（不包括模具质量）。

2.1 拌和与成型温度

由图1可知，基质沥青混合料经热拌热压成型的马歇尔试件在冷却12h后，各个试样的质量总体上呈现小幅度变大趋势。除了3、4号样品质量反而降低，其它样品质量一定量增加，3、4号样品质量小于1250.7g，是因为制备过程中质量严重损失，超过假设值0.5g。可见马歇尔试件冷却过程中存在吸湿现象。图2中SBS改性沥青混合料热拌热压成型后的马歇尔试件冷却12h，质量增加了0.9～1g左右。这进一步说明马歇尔试件成型后冷却过程中存在吸湿现象。

从图1、图2还可以看到，沥青混合料经温拌温压成型冷却后，吸湿更为严重，基质沥青马歇尔试件吸收的水分几乎均超过0.7 g，而S B S改性沥青马歇尔试件的吸湿质量均高于1 g。

图1、图2表明马歇尔试件不仅吸湿，而且较温拌温压马歇尔试件，热拌热压马歇尔试件的吸湿能力更强。

混合料拌和温度和马歇尔试件成型温度是影响马歇尔试件吸湿强弱的因素之一。图3和图4形象地表明了这两种工艺吸水的情况。从图中可见，沥青混合料拌和温度高，这沥青流动性越好，越容易裹覆在集料表面，集料表面甚至可以被沥青完全裹覆。较低温度下，沥青流动性差，团聚在一起，使得集料无法完全裹覆，在马歇尔击实成型后，集料部分区域直接曝露在空气中，导致出现集料与沥青同时接触空气中水分的状况。

图2 SBS改性沥青马歇尔试件冷却后的质量

图3 热拌热压马歇尔试件吸水示意图

图4 温拌温压马歇尔试件吸水示意图

图5进一步表明了热压与温压沥青混合料中集料表面的微孔与沥青粘附情况。混合料成型温度越高，马歇尔击实过程后，沥青与集料粘接更为紧密。混合料压实成型温度降低，沥青与集料粘附性下降，集料表面部分微孔曝露在空气中，进一步增大了空气中水分与集料接触的概率。

2.2 有机温拌添加剂

图5 热压与温压集料微孔与沥青粘附情况示意图

对比图1和图2，并联系上文内容，可知：温拌沥青混合料的马歇尔成型试件吸湿能力强。从图6和图7可以看到，在采用温拌温压工艺条件下，当混合料体系加入4%有机温拌剂后，基质沥青混合料和S B S改性沥青混合料的马歇尔试件吸湿能力均进一步增强，这表明有机温拌剂也是影响马歇尔试件吸湿的一个重要因素。

图6 基质沥青马歇尔试件冷却后质量图

图7 SBS改性沥青马歇尔试件冷却后质量

之所以有机温拌剂能够促进沥青混合料马歇尔试件吸湿，这与温拌剂自身的结构有关。本实验中使用的有机温拌剂是一种弱极性分子，而水分子也是一种弱极性小分子，根据“相似相容”原理，空气中的水分子会向温拌剂中的极性基团聚集（见图8），因而导致马歇尔沥青混合料试件吸潮。

图8 温拌剂吸收水分子示意图

2.3 沥青类型

基质沥青与改性沥青，尤其是高粘度改性沥青不仅结构不同，而且各体系的粘度差别也大，基质沥青的分子结构主要以线性分子为主，非极性饱和轻质组分较多，而高粘度改性沥青，如S B S改性沥青分子以网状结构为主，相对基质沥青轻质组分较少。结构和组分差异导致基质沥青与高粘度改性沥青混合料马歇尔试件的吸湿能力不同，从图9可以看到基质沥青吸湿能力比S B S改性沥青的吸湿能力弱。

图9 基质沥青与SBS改性沥青冷却后的质量对比

SBS改性沥青的吸湿能力之所以强，可以从沥青组分和分子结构来解释。一方面，SBS改性沥青中轻质组分相对较少，尤其非极性饱和组分少，对水分的排斥较弱，因而增大了吸湿的可能性；另一方面，SBS改性沥青中存在大量交联网状结构，随着马歇尔试件冷却，空气中附集在沥青表面的水分子被网状结构固定下来，降低水分解吸的概率。这两方面的共同作用促使马歇尔试件吸湿能力增强。

反观基质沥青，非极性饱和轻质组分多，分子以线性结构为主，这两方面都不会促进水分的吸收和贮存，因而基质沥青马歇尔试件的吸湿能力弱。

3 结语

本文研究了拌和与成型温度、有机温拌剂和沥青类型对马歇尔试件吸湿能力的影响情况。根据研究结果与分析，得出以下结论：

（1）拌合与成型温度越高，越有利于沥青分散和裹覆于集料表面，减少马歇尔试件吸湿量.

（2）根据“相似相容”原理，往沥青中添加极性改性剂会增大马歇尔试件与水分接触几率，从而增强试件吸湿可能性。

（3）沥青组分类型和分子结构影响沥青马歇尔试件吸湿能力大小，非极性非轻质组分和线性分子不会使吸湿能力显著变强，而交联网状结构能够大幅增强马歇尔试件吸湿能力。

我们只是简单研究和分析了影响马歇尔试件吸湿的几个影响因素，而影响马歇尔吸湿的因素很多，需要在进一步深化研究和分析已有结果的同时，发掘并研究其它影响因素，通过了解这些影响因素，为减少或抑制马歇尔试件吸湿提供有效的解决方法，达到最终提高沥青混合料指标参数计算和性能测试准确度的目的。

[1]李振林,孙刚,吕良.沥青混合料马歇尔试件密度测法比较[J].东北公路,2002(4).