不同沥青抗剥落剂对沥青性能的影响研究

孙杰

【摘 要】本文研究了三种沥青抗剥落剂对克炼90号基质沥青老化前后性能的影响，结果表明三种沥青抗剥落剂提高了沥青的高温粘度；针入度和软化点分别发生了下降和上升；沥青延度在加入抗剥落剂之后没有发生显著变化；但耐热性和抗老化能力均发生了不同程度的提高，其中MAS的提升效果最佳。

【关键词】抗剥落剂；沥青；性能；老化

【Abstract】The influence of three different asphalt anti-stripping agents on properties before and after aging of Kelian-90 base asphalt was researched. The result indicated that all the anti-stripping agents increased the high-temperature viscosity and softening point， and decreased the needle penetration， the ductility didnt dramatically change after adding anti-stripping agents， nevertheless， the heat resistance and ageing resistance enhanced for different level， and MAS had the best effect.

【Key words】anti-stripping agent； asphalt； property； aging

沥青是沥青路面的主要组成材料，沥青性能直接影响着整个路面结构的好坏，因此在公路施工建设中十分重视沥青性能的优劣。从化学角度来看，沥青材料略显酸性，与碱性石料的粘附效果较好，但是与酸性石料粘附性较差。当使用酸性石料进行公路建设时，沥青容易从石料表面剥离，尤其是在雨水较多的情况下。为了提高沥青与酸性石料的粘附性，通常选择加入各类抗剥落剂，一般来说，沥青抗剥落剂的用量在0.2%～0.5%之间，尽管用量很少，但是这些抗剥落剂却能对除粘附性以外的沥青性能产生显著影响，进而影响道路的最终使用效果和寿命。因此，有必要对加入抗剥落剂后的沥青性能进行系统分析，以对沥青抗剥落剂在公路工程施工中的应用提供给理论依据。

本文旨在研究新型OMMT/聚酰胺纳米复合沥青抗剥落剂（MAS）对沥青性能的影响，并在此基础上，分别取国内外沥青抗剥落剂作为对照组，以对比MAS对沥青性能的改善效果。

1 实验部分

本文采用克拉玛依产90号基质沥青（以下简称“克炼90号沥青”）样品为研究对象分析添加剂对沥青性能的影响。该沥青的基本力学性能如表1，其中的试验方法符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的规定。

试验用沥青添加剂MAS为实验室自制。除MAS外，同时将美国某公司氨基胺衍生物类液体添加剂（ASA-1）与国内某研究所自主研发产品（ASA-2）分别加入基质沥青中做性能验证，对比MAS对沥青性能的影响。其中，ASA-1与ASA-2的基本性能列于表2与表3中。

以克炼90号沥青为空白对照，分别加入0.3%不同抗剥落剂后，根据重交通道路石油沥青质量要求，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）进行基本性能测试。

以克炼90号沥青为空白对照，分别加入0.3%不同抗剥落剂后，根据JTG E20-2011中T0610-2011方法要求进行旋转薄膜老化，并进行沥青短期老化质量损失测试。

2 结果与讨论

2.1 MAS对沥青基本性能的影响

道路沥青在100℃～200℃的流动状态对于生产、储运和路面施工的质量控制有实用意义。日本道路协会提出，在制备沥青混合料的拌合工序中，沥青粘度控制在180～200mm2/s时，可使石料表面裹覆的沥青膜厚最合理。在路面施工过程中，正确地选择沥青的泵送、拌合和碾压温度，对于确保路面施工质量具有重要意义。为此，ASTM D 3381标准规定了接近施工温度下的135℃粘度的最低值。

沥青135℃粘度对施工过程的影响巨大，而抗剥落剂的存在会使沥青粘度会发生一定程度地改变，进而影响沥青的施工性能。根据JTG E20-2011中T0620-2000方法要求，对不同温度下沥青粘度进行测试，表4.4中列出克炼90#石油沥青中分别加入0.3%不同抗剥落剂后135℃沥青粘度的变化。加入抗剝落剂后，沥青135℃粘度均有所增大，表明抗剥落剂中的碱性基团通过与沥青中的酸性基团相互作用，增加了沥青分子之间的结合。

在60℃时，沥青刚开始具有流动性，但仍具有很大的粘度，此时沥青抗剥落剂对沥青粘度的影响有限。此外，因为抗剥落剂本身粘度较小，甚至可以使得加入抗剥落剂的沥青的60℃粘度有所降低。在175℃时，抗剥落剂的影响在高温下被削弱，因此三个样品间的粘度差异不大。

加入了抗剥落剂的沥青在针入度上均有所降低，其中加入MAS后针入度降低幅度介于ASA-1与ASA-2之间。上述数据表明三种抗剥落剂均会使沥青硬度在一定程度上升高，从而提升沥青抵抗剪切破坏能力。

三种抗剥落剂均会使沥青软化点升高，其中MAS对沥青软化点的影响程度最大。与针入度类似，沥青软化点的升高是因为酸碱加合物和分子间氢键的形成加强了沥青分子间结合强度。而MAS对软化点影响程度最大则是因为酰胺类抗剥落剂与胺类抗剥落剂相比，热稳定性好，温度的升高对其影响相对较小，在对照样品均已达到软化点时仍能具有一定的黏度。

一般认为，延度反映了沥青材料的低温延伸性能，也就是说反映了沥青路面抵抗开裂的能力。在4℃或者15℃时得到的延度试验结果能够间接地反映在路面使用温度时沥青粘度和剪切敏感性的关系。虽然国内外对延度试验的意义尚有不同的看法，但是目前普遍认为沥青的延度与路面使用性能有一定的相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切，因此在不少国家的沥青标准中，开始增加低温性能的指标。加入不同抗剥落剂后，沥青延度均能保证在100%以上，表明抗剥落剂不会对沥青塑性造成显著影响。endprint

将抗剥落剂加入沥青之后，一方面其碱性的酰胺/脂肪胺基团可与沥青中的羧基形成加合物，另一方面这两种基团还可与沥青上的部分含氧或含氮基团形成氢键，上述作用加强了沥青分子间的结合，宏观表现为沥青针入度的降低和软化点的提高。

2.2 MAS对沥青老化后性能的影响

以克炼90#基质沥青为空白对照，分别加入0.3%不同抗剥落剂后，根据JTG E20-2011中T0610-2011方法要求进行旋转薄膜老化，沥青短期老化质量损失变化如表5所示。

当基质沥青短期老化质量损失为零时，三种抗剥落剂对该项指标均无显著影响。

加入ASA-1后，沥青短期老化针入度比略有升高，与之形成明显对比的是，MAS与ASA-2的加入显著提高了该项数据，表明MAS和ASA-2可以有效提高基质沥青的耐热性和抗老化性能。

短期老化后，未加入抗剥落剂的基质沥青以及加入国内外对比抗剥落剂的沥青样品延度大大降低，其中加入国外样品的沥青延度甚至低于空白样品。而加入MAS的沥青在老化后延度仍显著高于其他三组样品，表明MAS可以提高沥青的抗老化性。

依据美国SHRP计划中提出的沥青性能分级标准，对沥青的路用性能进行分级，由表中数据可知，抗剥落剂对沥青长期老化后PG分级无显著影响。

3 总结

本文对比了不同种类沥青抗剥落剂对沥青性能的影响。试验表明，在加入抗剥落剂后，沥青老化前后性能均会发生显著改变，可总结如下：沥青抗剥落剂在低温下对沥青粘度影响有限，但在高温下可提高沥青粘度；通过对针入度和软化点的研究表明，沥青在加入抗剥落剂后硬度会略微提高；沥青抗剥落剂不会对沥青延度造成较大影响；三类抗剥落剂均会提高沥青的耐热性和抗老化能力，但提高程度不同，其中MAS对上述能力的提升效果最为显著；沥青抗剥落剂对沥青性能的改善，一是因为与沥青形成酸碱加合物，二是抗剥落剂与沥青分子间形成非共价的氢键，二者共同作用，提高了沥青分子间的结合。

【参考文献】

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及預防北京[M].北京：人民交通出版社，2001.53-58.

[2]张国宏.新型酸性石料用纳米沥青抗剥落剂的制备与表征[J].中国建材科技， 2017，（2）：40-44.

[3]A. R. Tarrer， Vinay Wagh. The effect of physical and chemical characteristics aggregate on bonding.SHRP 91-507， Washington， D.C. 1991.

[4]Moisture sensitivity of asphalt pavement（A NATIONAL SEMINAR）[R]. Transportation research board of the national academies， February， 2003.

[5]季鹏.路用抗剥落剂性能浅谈[J].上海公路，2003，（1）：17-19.

[6]李明珠.酸性石料与沥青粘附性增强方法研究[J].建材世界，2010，（2）：135-136.

[7]曹艳明.路用抗剥落剂性能.交通世界，2010，（17）：258-259.

[8]Zydex industries previews product breakthrough at uncc[M].David H. Murdock， 2007，125-138.

[责任编辑：张涛]endprint