瀝青與粗集料的黏附性試驗（水煮法）淺析

■鐘培鑫

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州　350004）

瀝青與粗集料的黏附性試驗（水煮法）淺析

■鐘培鑫1，2

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運工程重點試驗室，福州350004）

本文根據(jù)筆者長期在試驗室工作的經(jīng)驗，對瀝青與粗集料的黏附性（水煮法）試驗備料及試驗過程進行了詳細的分析。提出了一些試驗中的注意事項和建議，以及一些易被忽視的其他影響試驗結(jié)果的因素，使本試驗?zāi)軌蚋鼫?zhǔn)確的體現(xiàn)出所檢集料的黏附性等級，減小因試驗誤差對高速公路質(zhì)量的影響。

瀝青集料黏附性“水煮法”試驗

1　引言

瀝青作為瀝青混合料的黏結(jié)劑將各種骨料黏結(jié)在一起，使混合料成為一個完整的受力體。在降雨或者路表積水時，瀝青路面受到水的長時間浸泡，水會通過瀝青路面材料間的縫隙進入路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，從而降低瀝青路面材料間的黏結(jié)力，導(dǎo)致瀝青從黏附的材料表面剝離；在動水壓力的循環(huán)作用下，水對路面反復(fù)沖刷，從而導(dǎo)致瀝青膜從材料表面剝離，最后在長期交通荷載作用下形成坑槽等病害，對路面行車安全性舒適性造成不利的影響。

目前，國內(nèi)外關(guān)于瀝青與礦料粘附性試驗方法較多。交通行業(yè)試驗規(guī)程 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（下簡稱為“試驗規(guī)程”）JTG E20-2011（T 0616-1993）中瀝青與粗集料的黏附性試驗可分為水煮法和水浸法，其中 “對最大粒徑大于13.2mm的集料應(yīng)采用水煮法，對最大粒徑小于或者等于13.2mm的集料應(yīng)用水浸法進行試驗。當(dāng)同一種料源集料最大粒徑既有大于又有小于13.2的集料時，取大于13.2mm水煮法試驗為標(biāo)準(zhǔn)，對細粒式瀝青混合料應(yīng)以水浸法試驗為標(biāo)準(zhǔn)”。由于水煮法試驗速度快，顆粒較大，瀝青剝離明顯，易于觀察，且大部分源集料都存最大粒徑在大于13.2mm的集料，故筆者主要對水煮法進行研究分析。

2　“水煮法”試驗的注意事項和建議

2.1備料時的注意事項和建議

（1）集料形狀的影響

試驗規(guī)程要求，試驗備料時，將集料過篩后“取13.2～19mm形狀接近立方體的規(guī)則集料5個，用潔凈水洗凈”，然后烘干備用。經(jīng)過大量試驗發(fā)現(xiàn)，如果選用表面凹凸不平的集料，在集料浸泡瀝青的過程中，將集料系牢的細繩與集料的縫隙之間會形成一層瀝青膜，浸煮時這層瀝青膜會因為溫度的升高漸漸分散裹覆在集料其他部位，導(dǎo)致浸煮后集料表面瀝青膜剝落的百分比減小，從而可能對試驗結(jié)果造成影響。因此，筆者建議在選材時應(yīng)盡量選取表面平整的立方體集料進行試驗。

（2）粉塵的影響

試驗規(guī)程要求，將選取好的5個集料 “用潔凈水洗凈”。集料表面附著的細粉，其酸堿性會對黏附性試驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響：酸性細粉會增大浸煮后瀝青膜剝落的百分比，降低集料的黏附性等級；反之堿性細粉則會減小浸煮后瀝青膜剝落的百分比，提高集料的黏附性等級。為了進一步驗證這一結(jié)論，筆者將3種集料分別浸泡于不同比例的堿性礦粉溶液中，然后再進行黏附性試驗，得出試驗結(jié)果見表1。

表1　瀝青與浸泡不同比例堿性礦粉溶液后的同種粗集料的黏附性試驗結(jié)果

從表1的試驗結(jié)果可以看出，雖然不同的集料浸泡堿性礦粉溶液后對黏附性等級的影響不同，但還是存在一定的規(guī)律，隨著堿性礦粉在溶液中的比例的增加，浸泡過溶液的集料在浸煮后集料表面瀝青膜剝落的百分比隨之減少，集料的黏附性等級隨之提高。因此我們在備料時，一定要仔細的對集料進行清洗，務(wù)必把表面的細粉都洗掉，減少細粉對試驗結(jié)果的影響。

2.2試驗過程中的注意事項和建議

（1）集料要求

試驗規(guī)程要求試驗時 “逐個用細線提起加熱的礦料顆粒，浸入預(yù)先加熱的瀝青（石油瀝青130～150℃）中45s后”，冷卻15min，再逐個將集料在“微沸”的水中“浸煮3min，將集料從水中取出，適當(dāng)冷卻”，然后放入盛有常溫水的容器中觀察礦料顆粒上瀝青膜的剝落程度，并評定其黏附性等級。

筆者在經(jīng)過大量試驗后發(fā)現(xiàn)，按試驗規(guī)程要求逐個將礦料顆粒浸入瀝青中，這一試驗過程所需時間較長，容易導(dǎo)致瀝青溫度下降，影響平行試驗結(jié)果；而如果要在保持瀝青溫度的情況下進行浸泡，又增加了試驗的操作難度。逐個對冷卻好的礦料顆粒進行浸煮的過程，也同樣因為逐個進行浸煮所需時間較長，而試驗要求的微沸狀態(tài)又比較難控制，導(dǎo)致試驗過程中難以讓5個礦料顆粒在相同試驗條件下進行平行試驗。為了解決這一問題，建議采用直徑0.8至1.0mm的細鐵線系牢集料 （太粗的鐵線會導(dǎo)致過多的瀝青黏附在鐵線與礦料顆粒的縫隙里，而太細的鐵線則容易斷，不易系牢礦料顆粒）。將5個礦料顆粒系牢后，再將5根系有礦料顆粒的細鐵線擰成一股，然后把5個顆粒呈5等分分開（如圖1），一起浸入預(yù)先加熱好的瀝青中（如圖2），再進行浸煮，這樣既能夠提高試驗效率，也減小了5個礦料顆粒之間平行試驗的誤差。

圖1　細鐵線系牢的一組集料

（2）瀝青加熱溫度和時間

圖2　集料裹附瀝青

試驗規(guī)程中對試驗所用到的瀝青的要求只有 “石油瀝青加熱130～150℃”，未對加熱時間和瀝青加熱后的狀態(tài)做進一步的說明。筆者經(jīng)過大量試驗后發(fā)現(xiàn)，瀝青的融化過程表現(xiàn)為隨著加熱時間的增加，瀝青從固態(tài)到液態(tài)慢慢轉(zhuǎn)化，直到完全液化能夠像水一樣自由流動，而這一過程除了最終完全液化狀態(tài)是可控的，瀝青融化過程中的其他程度都存在著較多不可控因素。為了保證每次試驗都在相同的條件下進行，建議試驗人員在加熱過程中應(yīng)經(jīng)常觀察瀝青的狀態(tài)，把瀝青加熱到完全液化后再進行浸泡，但不宜繼續(xù)加熱過長時間，以免瀝青老化。筆者經(jīng)過多次試驗后得出，一般基質(zhì)瀝青控溫在130～135℃加熱1.5～2h即可達到完全液化狀態(tài)，而改性瀝青軟化點差異較大，建議控溫在145～150℃，并根據(jù)其軟化點的高低來調(diào)整瀝青加熱至完全液化的時間。

（3）冷卻時間和狀態(tài)

試驗規(guī)程要求浸煮過的礦料顆粒從水中取出后 “適當(dāng)冷卻”，然后再放入盛有常溫水的容器中。筆者經(jīng)過大量試驗發(fā)現(xiàn)浸煮后的集料從水中取出后宜立即浸入溫度較低的水中，讓集料表面的瀝青膜能夠快速冷卻。因為當(dāng)浸泡過瀝青的集料經(jīng)過浸煮后，部分軟化點較低的瀝青在集料從水中取出后集料底部殘留的瀝青膜會像水滴一樣滴落，從而對試驗結(jié)果造成一定的影響。

3　易被忽視的其他影響因素

3.1集料浸泡瀝青后進行冷卻時室溫對黏附性結(jié)果的影響

試驗規(guī)程中要求在集料浸泡瀝青45s后，在室溫下進行冷卻15min后進行浸煮，未對具體室溫提出要求。但筆者經(jīng)過大量的試驗后發(fā)現(xiàn)，在冷卻過程中，當(dāng)室溫較高時，集料表面流失的瀝青較多，導(dǎo)致集料表面瀝青膜較薄，使集料浸煮后的黏附性等級降低；反之當(dāng)室溫較低時，集料表面流失的瀝青較少，集料表面瀝青膜較厚，集料浸煮后的黏附性等級升高。因此，集料浸泡瀝青后在不同的室溫進行冷卻，對黏附性結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響。

3.2微沸狀態(tài)下的水溫對試驗結(jié)果的影響

黏附性試驗對浸有瀝青集料的浸煮是在微沸的水中進行的，而實際上隨著試驗環(huán)境的不同，熱水達到微沸狀態(tài)的溫度也有所不同。據(jù)資料顯示，海拔每升高300m沸水的溫度就降低1℃，當(dāng)微沸的水溫度越低時，集料表面的瀝青膜受熱溫度就越低，瀝青膜剝落的百分比也隨之減少，集料的黏附性等級升高；反之當(dāng)水在微沸狀態(tài)時的溫度較高時，集料表面的瀝青膜受熱溫度就越高，瀝青膜剝落的百分比也隨之增加，集料的黏附性等級降低。因此，在不同海拔的地區(qū)進行本試驗，試驗結(jié)果會受到一定的影響。

3.3瀝青軟化點對試驗結(jié)果的影響

瀝青軟化點對本試驗結(jié)果有非常大的影響。筆者采用不同軟化點的瀝青與3種集料分別進行本試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2　不同軟化點的瀝青與2種集料的黏附性試驗結(jié)果

從表2試驗結(jié)果可以看出，在集料相同的情況下，軟化點越高，瀝青與粗集料的黏附性等級也越高，甚至當(dāng)軟化點達到一定程度后，原本黏附性等級不高的集料也能達到5級。因此筆者建議，在項目開工前選擇石料階段，宜采用軟化點50左右的基質(zhì)瀝青與所選集料進行黏附性試驗，可有效除瀝青軟化點對所用石料黏附性試驗結(jié)果的干擾，再對試驗結(jié)果進行對比，最終選出黏附性較好的集料。

4　結(jié)語

瀝青與粗集料的黏附性作為高速公路瀝青路面選材時必做的指標(biāo)之一，足以說明其對鋪筑高速公路瀝青路面的重要性。筆者希望通過本文和廣大同行交流一些關(guān)于本試驗的心得，對本試驗進行一些改進，使本試驗更準(zhǔn)確的體現(xiàn)出所檢集料的黏附性等級，減小因為試驗誤差對高速公路質(zhì)量的影響。