不同抗剥落措施的花岗岩沥青混合料路用性能研究
2021-11-27张建彪杨永富徐化宾舒士琪
张建彪，杨永富，徐化宾，舒士琪
（1.山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250021；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031；3.山东建筑大学 交通工程学院，山东 济南 250101）
引言
花岗岩具有力学强度高、耐磨性好、耐疲劳性强等优点，但与沥青的黏附性较差，导致花岗岩沥青混合料水稳定性不足，严重制约了花岗岩在沥青路面的应用推广[1-3]。为提高花岗岩与沥青的黏附性，国内外专家学者对其进行了深入研究[4-10]，例如，使用抗剥落剂对沥青进行改性，通过碱性材料代替部分矿粉以及利用石灰水溶液处理花岗岩集料表面等，并从微观和宏观性能方面分析了不同抗剥落剂对花岗岩与沥青的改善效果，但缺乏对花岗岩沥青混合料复合结构在高温多雨环境下的研究。围绕花岗岩沥青混合料的路用性能，设计六种抗剥落方案，通过室内马歇尔试验，综合评价不同抗剥落措施在改善花岗岩沥青混合料水稳定性、高温性能和低温性能方面的作用，为双层花岗岩沥青混合料路用性能评价提供依据。
1 原材料与混合料配合比设计
1.1 原材料
1.1.1 70#-A 道路石油沥青
选用70#-A道路石油沥青作为基质沥青，各项性能指标的检测结果见表1。
表1 70#-A道路石油沥青技术性能
1.1.2 SBS聚合物改性沥青
SBS聚合物改性沥青各项性能指标检测结果见表2。
表2 SBS聚合物改性沥青技术性能
1.1.3 硅烷偶联剂
选用KH-550硅烷偶联剂，为棕黄色透明液体，呈碱性，分子量为220，密度为0.942 g/cm3，沸点为215 ℃，与沥青有较好的相容性，对提高沥青和集料的黏附性起到了重要的作用[11]。
1.1.4 青川岩沥青
依据《岩沥青路用技术要求》（DB 37/T-25—2014）要求进行了青川岩沥青性能检测[7]，性能指标见表3。
表3 青川岩沥青性能指标
1.1.5 界面联结剂
界面联结剂为白色粉末，其化学稳定性好，分散性较佳，可溶于芳香烃；无毒性，无腐蚀性，无起霜和黏膜现象，制品的表面光泽性好，界面联结剂的性能指标见表4。
表4 界面联结剂性能指标
1.2 混合料配合比设计
通过沥青混合料马歇尔配合比试验，得出AC-10和AC-16两种沥青混合料的矿料最优级配，见图1。AC-10的最佳油石比为5.3%，AC-16的最佳油石比为4.9%。
图1 AC-10和AC-16矿料级配
2 抗剥落方案设计
用于花岗岩沥青混合料的抗剥落方案见表5。
表5 抗剥落方案
3 试验结果分析
3.1 花岗岩沥青混合料水稳定性能
对六种改善措施的AC-16和AC-10混合料进行浸水马歇尔试验，试验结果见图2、图3。
图2 AC-16浸水马歇尔残留稳定度
图3 AC-10浸水马歇尔残留稳定度
根据残留稳定度指标，各抗剥落措施的花岗岩沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度均满足规范要求[12]，方案排序：方案4＞方案6＞方案3＞方案2＞方案5＞方案1，即界面联结剂的抗剥落效果最佳，偶岩复合改性沥青次之，硅烷偶联剂和青川岩沥青两种抗剥落剂的加入大幅度提高了花岗岩沥青混合料的水稳定性。
3.2 花岗岩沥青混合料低温性能
小梁弯曲试验下花岗岩沥青混合料低温开裂性能试验结果见图4、图5。
图5 AC-16 弯拉应变
由图4、图5可以得出，各抗剥落措施的花岗岩沥青混合料AC-10与AC-16低温弯曲性能均满足规范要求[12]，其中SBS改性沥青低温性能最好，岩改沥青措施的低温性能最差，说明青川岩沥青的加入使沥青质含量变大，硬度升高，进而增加高温性能，但因其硬度大，反而降低了其低温性能。
3.3 花岗岩沥青混合料高温性能
对各抗剥落措施方案分别进行车辙试验，测定其动稳定度，试验结果见图6、图7。
图6 AC-10 动稳定度
图7 AC-16 动稳定度
由图6、图7看出，不同抗剥落措施花岗岩沥青混合料AC-10与AC-16的动稳定度有相似的规律，均满足规范要求[12]。以AC-10高温性能进行分析，方案1（基质沥青）的高温性能最差，其动稳定度仅为2 971次/mm，方案3（SBS改性沥青）的动稳定度最大，方案6（偶岩复合改性沥青）的高温抗车辙能力高于青川岩沥青单一抗剥落措施，这是由于硅烷偶联剂和青川岩沥青两种抗剥落剂作用的叠加。
4 结语
（1）青川岩沥青与花岗岩吸附力强，硅烷偶联剂的有机官能团与花岗岩集料相结合，从而使集料表面有机化，提高了沥青与集料的黏附性，改善了沥青混合料的抗剥落性能。（2）硅烷偶联剂和岩沥青两种抗剥落措施的叠加既弥补了硅烷偶联剂耐久性差易分解的缺陷，还弥补了青川岩沥青脆性大低温抗裂性差的缺点。偶岩复合改性沥青显著改善了花岗岩沥青混合料的水稳定性，并且较显著地提高了混合料的高温稳定性和低温抗裂性能，优先推荐其作为花岗岩沥青混合料的抗剥落措施。（3）界面联结剂可显著提高花岗岩沥青混合料的水稳定性，但高温性能差。消石灰粉替代部分矿粉的花岗岩SBS改性沥青混合料，具有优异的高、低温性能，但水稳定性一般，明显弱于界面联结剂和偶岩复合改性沥青。（4）在后续研究中，开展各抗剥落措施与花岗岩集料的黏附性评价、混合料路用性能优劣的机理分析，以期提高花岗岩沥青混合料的耐久性和应用范围。
