3种抗剥落剂的路用性能对比研究

周宴湃

(岳阳市公路桥梁基建总公司，湖南 岳阳 414021)

高温多雨地区采用骨架空隙型沥青混凝土结构面层可有效排除沥青面层表面水，增强其抗滑性能。鉴于骨架空隙型结构的特性，要求沥青与集料间具有更好的黏结力来抵抗水损害。目前常用方法主要是用消石灰、水泥等取代部分矿粉或在沥青中添加抗剥落剂。抗剥落剂具有与沥青相容性较好和用量较少等优点，在满足作用效果的同时具有较好的经济效益，在工程中使用较多。无机纳米材料抗剥落剂具有较大的比表面积，加入后与沥青发生物理化学反应，可改善沥青的路用性能，其中作用效果较好的是纳米SiO2。胺类和非胺类抗剥落剂中含有 N、S、P 及其他能形成碱性基团的物质，碱性基团可与集料表面的酸性基团发生反应而产生化学吸附。是否含有N的化合物及其衍生物是区分胺类和非胺类抗剥落剂的主要依据。该文采用无机抗剥落剂纳米SiO2、胺类抗剥落剂A和非胺类抗剥落剂B进行对比研究，分析其路用性能。

1 原材料及试验方案

1.1 原材料

无机抗剥落剂纳米SiO2为白色球形结构，粒径约为15 nm，其掺量为SBS改性沥青的2%。胺类抗剥落剂A为深棕色液体，具有表面活性功能，掺量为SBS改性沥青的0.2%；非胺类抗剥落剂B为液体，能提高沥青黏度和黏附性，掺量为SBS改性沥青的0.3%。选用成品SBS改性沥青作为对照组，其技术指标见表1。

表1 SBS改性沥青的性能指标

沥青混合料采用AC-13合成级配。粗集料选用干净、整洁且棱角性较好的石灰岩，其技术指标见表2。

表2 粗集料的性能指标

1.2 改性SBS沥青的制备

通过高速剪切试验使抗剥落剂与SBS沥青更好地相容。由于无机纳米SiO2与SBS沥青的相容性没有有机抗剥落剂好，多次试验后确定纳米材料的剪切温度控制在170 ℃左右，剪切机转速由慢至快，最终控制在3 000 r/min，剪切时间为90 min。有机抗剥落剂剪切温度控制在170 ℃左右，剪切机转速由慢至快，最终控制在3 000 r/min，剪切时间为30 min。

1.3 沥青混合料级配设计

根据AC-13级配范围，通过马歇尔试验确定级配中值附近的级配作为合成级配(见图1)。通过马歇尔试验获得沥青混合料的体积指标，得出沥青混合料AC-13的最佳油石比为5%。

图1 沥青混合料设计级配

2 改性SBS沥青混合料路用性能研究

2.1 高温性能

动稳定度是评价沥青混合料路用性能的重要指标，特别是在中国南方地区湿热环境下，路面更易出现车辙病害。对SBS沥青混合料及添加3种抗剥落剂的改性SBS沥青混合料进行汉堡车辙试验，通过对比动稳定度分析其高温性能，试验结果见图2。

图2 沥青混合料车辙试验结果

由图2可知：相较于SBS沥青混合料，添加抗剥落剂A、抗剥落剂B、纳米SiO2的SBS沥青混合料的动稳定度分别增加3.6%、7.9%、9.0%。添加3种抗剥落剂在一定程度上均能改善沥青混合料的高温性能，这是因为抗剥落剂在增加沥青与集料间黏附性的同时会改善沥青的黏度，提高沥青混合料的抗变形能力。其中无机材料纳米SiO2的动稳定度增幅最大，这可能是由于纳米SiO2的掺量较大，对沥青混合料结构能起到一定填充作用，使其空隙率减小、相对密度增大，抗变形能力增强。

2.2 低温性能

采用低温三点弯曲试验评价沥青混合料的低温性能。分别成型添加3种抗剥落剂的沥青混合料和未添加抗剥落剂的沥青混合料车辙板试件，用切割机将车辙板试件切割成250 mm×30 mm×35 mm长方体标准试件，将试件放入-10 ℃冰箱中保温1 h后进行小梁低温弯曲试验，测试试件破坏时的最大弯拉应变。沥青混合料的最大弯拉应变越大，低温抗裂性能越好。试验结果见图3。

图3 沥青混合料小梁低温弯曲试验结果

由图3可知：4种沥青混合料的低温性能均满足规范要求；相比 SBS 沥青混合料，添加抗剥落剂A、抗剥落剂B的改性 SBS沥青混合料的低温性能有所提高，分别提高6.9%、18.4%，但添加纳米SiO2的改性SBS沥青混合料的低温性能有所降低，可能是由纳米SiO2的低温特性所致。

2.3 水稳定性

在南方多雨气候条件下，沥青混合料的水稳定性是影响路面使用寿命的重要因素。外部水进入(渗入)到沥青路面中会降低沥青与集料的黏附性，在水和外部荷载作用下沥青逐渐与集料剥离、散落。评价沥青与集料间的黏附稳定性一般选用水煮法，但其评价标准受主观因素影响较大，且其试验结果差异性并不是非常明显，沥青与集料的黏附性等级均能达到4～5级，用于评价不同抗剥落剂对沥青混合料水稳定性的影响并不严谨。因此，采用冻融劈裂试验评价添加抗剥落剂沥青混合料的水稳定性。根据试验所得劈裂抗拉强度计算劈裂抗拉强度比TSR，TSR越大，混合料受冻融循环后其强度保留越大，水稳定性越好。试验结果见图4。

图4 沥青混合料冻融劈裂试验结果

由图4可知：4种沥青混合料在经历冻融循环后其劈裂强度均降低，添加抗剥落剂A、抗剥落剂B及纳米SiO2的混合料在经过冻融循环后其劈裂强度分别下降 8.4%、5.8%、16.0%，但相较于未添加抗剥落剂的SBS沥青混合料，加入抗剥落剂的改性 SBS 沥青混合料的劈裂强度都有不同程度提升，其中添加抗剥落剂B的SBS 沥青混合料的提升幅度最大，提高6.2%；4种混合料的TSR均满足规范要求，其中添加抗剥落剂B的混合料的TSR最大，之后依次是添加抗剥落剂A和纳米SiO2的混合料。这是因为抗剥落剂B具有增大沥青黏度和黏附性的功能，可改善沥青和石料之间的黏附性。

3 结论

(1) 抗剥落剂B由于含有大量碱性基团，具有较好的抗剥落效果，对沥青混合料高低温性能及水稳定性的改善效果较稳定。

(2) 纳米SiO2主要发生物理反应，自身具有较好的稳定性，添加纳米SiO2的沥青混合料的高温性能最好，但其低温性能不增反降，且其水稳定性不如添加另外2种抗剥落剂的沥青混合料。

(3) 从添加剂量(包括经济效益)和改性效果考虑，抗剥落剂B是较理想的材料，建议优先选用非胺类抗剥落剂。