基于接觸角法的瀝青—石料粘附性評價

孫振霞 張 青 曹青霞

（1甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730000；2甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院有限公司，甘肅 蘭州 730203）

基于接觸角法的瀝青—石料粘附性評價

孫振霞1張 青2曹青霞2

（1甘肅省蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730000；2甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院有限公司，甘肅 蘭州 730203）

針對目前瀝青路面突出的水損害現象，研究選取常用的三種瀝青與四種石料，基于接觸角法測定了瀝青-石料之間的接觸角，計算了瀝青-石料的粘附功，建立了一種瀝青—石料粘附性評價方法。結果表明：粘度大的瀝青抵抗水的置換要比粘性小的瀝青好。對于同種瀝青而言，四種石料的粘附功大小依次為：石灰?guī)r＞蛇紋巖＞玄武巖＞花崗巖，而對于同種石料而言，三種瀝青的粘附功大小依次為克拉瑪依90#＞SK90#≥中海油90#；能夠通過接觸角法所得粘附功定量評價瀝青-石料粘附性，從而判斷瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

瀝青；石料；接觸角法；粘附性；水穩(wěn)定性

1 引 言

近年來，我國公路里程迅速增長，交通建設投資力度逐步增大，但是通過調查發(fā)現，在潮濕多雨地區(qū)，路面水損害現象較為突出，甚至在某些少雨干旱地區(qū)，瀝青的老化使瀝青-石料粘附失效導致坑槽、剝落等病害嚴重影響瀝青路面的服役性能。目前，國內外大多使用水煮法快速評價瀝青-石料粘附等級，但是研究表明，該方法存在一定缺陷，如人為定性評價致使所得結果精準性差，重現性不高等[1-3]。Cheng等，利用粘附功與水穩(wěn)定性結果比較，發(fā)現粘附功越大，水穩(wěn)定性越好，利用粘附功可評價瀝青混合料水穩(wěn)定性[4-7]。因此，正確表征瀝青-石料間的粘附性，研究瀝青-石料粘附性的定量評價方法，從而間接評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有重要意義。

本文選取常用三種瀝青與四種石料，首先進行了瀝青粘度對粘附性的影響分析，然后采用接觸角法，計算了瀝青-石料粘附功，最后確定了三種瀝青、四種石料的粘附性優(yōu)異程度。

2 材料、儀器與試驗方法

2.1 試驗原材料及儀器

選擇常用四種石料作為研究對象，分別為玄武巖、石灰?guī)r、蛇紋巖、花崗巖，分別取自甘肅黑山湖料場、甘肅平涼上楊料場、甘肅玉石灣料場及甘肅定西料場，各種石料技術檢測指標測試結果見表1。

表1 石料技術指標檢測結果

瀝青選用甘肅省道路工程建設常用的中海油90#瀝青、SK90#瀝青、克拉瑪依90#瀝青，經過對三種瀝青技術性能指標檢測結果見表2，其各項技術指標均符合現行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求。

試驗所用接觸角儀為美國科諾SL200KB接觸角儀，具有恒溫加熱裝置和高溫加熱裝置。

2.2 試驗方法及樣品制備

為了保證試驗數據的可靠性，應確保石料表面水平且無污染。本試驗中分別利用蒸餾水、無水乙醇、環(huán)己烷三種液體對石料試樣進行除污處理，首先用蘸有蒸餾水的脫脂棉擦除石料表面泥土粉塵等顆粒物，待石料表面無明顯水漬時，用蘸有無水乙醇的脫脂棉擦拭石料表面，去除石料表面無機成分，再待石料表面無酒精痕跡時，用蘸有環(huán)己烷的脫脂棉擦拭石料表面，去除石料表面有機成分，最后用蒸餾水洗除石料表面無水乙醇、環(huán)己烷、空氣中粘附的灰塵后，放入隔塵裝置中待測。

表2 瀝青技術指標測試結果

3 結果與討論

3.1 瀝青粘度對粘附性影響分析

粘度大的瀝青抵抗水的置換要比粘性小的瀝青好，這是由于在粘性大的瀝青中存在有較多的極性物質，并具有良好的潤濕性。

表3 三種瀝青60℃、135℃粘度

圖1 瀝青-石料接觸角及滴定示意圖

如表3所示：60℃時，克拉瑪依90#瀝青具有較大的粘度290Pa·s，中海油90#和SK90#瀝青粘度分別為170Pa·s和160Pa·s，兩者粘度相差較?。?35℃時，克拉瑪依90#瀝青仍具有較大的粘度0.6Pa·s，而中海油90#和SK90#瀝青粘度都為0.4Pa·s，依據瀝青粘性大，其含有較多的極性物質可推測，克拉瑪依90#瀝青具有較好的粘附性，中海油90#和SK90#瀝青粘附性相似，該結論在接觸角法定量測定瀝青-石料粘附功的試驗中得到了進一步驗證。

3.2 接觸角法測定瀝青-石料粘附功

采用移液滴落法，測量瀝青與石料之間的接觸角，瀝青-石料接觸角測試示意圖如圖1所示。

瀝青-石料系統(tǒng)的粘附功Wst

其中為瀝青表面自由能，?為瀝青-石料表面接觸角，通過粘附功的本構方程，即可求出瀝青-石料粘附功，三種瀝青-七種石料接觸角及粘附功如表4所示。

圖2 三種瀝青-四種石料粘附功對比圖

由圖2可知，對于同種瀝青而言，四種石料的粘附功大小依次為：石灰?guī)r＞蛇紋巖＞玄武巖＞花崗巖，而對于同種石料而言，三種瀝青的粘附功大小依次為克拉瑪依90#＞SK90#≥中海油90#。

4 結 語

基于上述討論與分析，本研究得出的結論如下：

1）粘度大的瀝青抵抗水的置換要比粘性小的瀝青好。

2）接觸角法定量測定瀝青與石料的粘附功表明：對于同一瀝青而言，四種石料其粘附功大小為石灰?guī)r＞蛇紋巖＞玄武巖＞花崗巖；對于同一石料而言，三種瀝青其粘附功大小為克拉瑪依90#＞SK90#≥中海油90#，可以采用接觸角法定量評價瀝青與石料抗水損害能力，對于瀝青路面水損害的研究有重要應用價值。

[1]楊美榮.淺析瀝青混凝土路面產生水損害的原因[J].公路,2011,04:114-117.

[2]Influence of humic acids on oil sand processing.Part I:Detection and quantification of humic acids in oil sand ores and their effect on bitumen wettability[J].International Journal of Mineral Processing 126 (2014) 117-125.

[3]王倩,叢林.瀝青—集料表面能參數及其對水損害影響[J].上海公路,2011,04:69-72-12.

[4]孫瑜,李立寒.基于表面能理論的瀝青混合料抗剝落性能[J].建筑材料學報,2016,02:285-291.

[5]肖慶一,薛航,徐金枝,劉麗,雷海燕.基于表界面理論的瀝青路面水損壞模型研究[J].武漢理工大學學報,2007,05:71-73-97.

[6]郝培文.石料的堿值對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響[J].石油瀝青,1996,02:34-38.

[7]魏 建 明,張 玉 貞,YOUTCHEFFJOHNS.躺滴法表征瀝青的表面自由能[J].石油學報(石油加工),2009,02:207-215.

Study on evaluation method of asphalt aggregate adhesion and water stability of asphalt mixture

At present,the water damage of asphalt pavement is very serious.Three kinds of asphalt and four kinds of stone are selected in this paper.Based on the contact angle method,the contact angle between asphalt and stone was measured,and the adhesion work of asphalt stone was calculated.The results show that, for the same kind of asphalt,the adhesion of the four kinds of stone is:limestone＞serpentine＞basalt＞granite.For the same kind of stone,the adhesion work of three kinds of asphalt is karamay 90#＞SK90# ≥ CNOOC 90#.The excellent adhesion of asphalt and stone is consistent with the results of adhesion work,The adhesion work of asphalt mixture can be quantitatively evaluated by contact angle method, and the water stability of asphalt mixture can be judged.

asphalt；aggregated rock；contact angle method；adhesion；water stability

表4 三種瀝青-四種石料接觸角及粘附功

U414

B

1003-8965（2017）04-0052-02