填料活性對瀝青膠漿黏附性能的影響

龍元武, 周 鋒,張文濤

(1.湖北省團風縣公路管理局,黃岡 438800; 2.湖北省高速公路實業開發有限公司,武漢 430050;3.河南萬里交通科技集團股份有限公司,許昌 461000)

瀝青混合料中瀝青膠漿起著粘結粗細集料,形成完整穩定結構的作用,瀝青膠漿的粘結性能直接影響其瀝青混凝土的長期使用性能與服役性能。填料作為瀝青膠漿的重要組成部分,摻入量雖然相對較少,但其種類與活性對瀝青膠漿的黏附性能有顯著影響[1,2]。工程中常用堿性石料磨制而成的礦粉、水泥以及石灰等作為活性填料以提高瀝青膠漿和瀝青混合料的抗水損剝離能力。田耀剛等[3]研究發現采用水泥取代礦粉能降低剝落率,提高瀝青膠漿的黏附等級和黏附功,提升瀝青混合料的凍融劈裂強度比。趙汗軍[4]對比分析了水泥、礦粉、消石灰以及粉煤灰4種不同活性填料對瀝青膠漿和瀝青混合料性能的影響,發現消石灰填料對提升瀝青膠漿的性能和改善瀝青混合料的路用性能均優于其余3種填料,其次是粉煤灰和礦粉填料,水泥填料的效果相對較差。王澤洲等[5]檢測了石灰巖等9種填料的8個物理化學指標,分別用這9種填料制備了瀝青膠漿,并基于BBS(Binder Bond Strength)拉拔試驗分析了瀝青膠漿的粘結性能,發現在0.38最佳粉膠體積比下,石灰巖與玄武巖瀝青膠漿具有較高的粘結強度數值。張傲齊[6]對水泥、大理巖石粉以及花崗巖石粉3種填料制備而成的瀝青膠漿進行了微觀結構分析,發現水泥填料與瀝青具有良好的裹附效果,構成的瀝青膠漿空間更為密實,制備的瀝青混凝土的拉伸性能與水穩定性能均更為優秀。符浩等[7]采用0.6、0.8、1.0、1.2以及1.4五種粉膠比進行了鋼渣粉瀝青膠漿性能研究,結果表明鋼渣粉瀝青膠漿的黏度與高溫性能較傳統石灰石填料有所提升,并且當粉膠比為1.0時,鋼渣粉瀝青膠漿的綜合性能最佳。上述研究中均未考慮填料自身的活性,且對其瀝青膠漿黏附性能的關注較少?；诖?論文選用了CaCO3、CaO、Ca(OH)2、水泥以及鋼渣粉五種不同活性的填料分別制備粉膠體積比為1∶2.7的瀝青膠漿,并采用瀝青膠漿延長水煮試驗和瀝青膠漿60 ℃長期浸水試驗分析不同活性填料的瀝青膠漿在玻璃界面與鋁片界面上的黏附性能。

1 試 驗

1.1 原材料

瀝青采用AH-70基質瀝青,由山東京博海韻瀝青有限公司提供,其針入度72 dmm,軟化點48.5 ℃,延度大于150 cm。采用了五種不同活性的填料,分別為CaCO3、CaO、Ca(OH)2水泥以及鋼渣粉。為保證不同填料與瀝青的粉膠體積比為1∶2.7,依據填料和瀝青密度,采用粉膠質量比如表1所示。

表1 不同填料密度及粉膠質量比

1.2 瀝青膠漿樣品及其試件的制備

將基質瀝青加熱至熔融狀態,加入填料后,人工攪拌5 min左右,然后用烘箱加熱到145 ℃,并用高速剪切機以2 500 r/min的轉速剪切瀝青膠漿5 min,最后得到熱瀝青膠漿樣品。將耐熱顯微鏡載玻片和鋁片置于165 ℃烘箱中加熱不少于4 h取出,分別將加熱好的熱瀝青膠漿涂在載玻片和鋁片表面,最后將瀝青膠漿試件置于干燥箱中冷卻,靜置24 h后進行試驗。

1.3 方法

采用延長水煮時間來評定不同活性填料瀝青膠漿的黏附性能,將《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)中水煮法的水煮時間延長至30 min。

分別將玻璃界面、鋁片界面的五種不同活性填料瀝青膠漿試件以及基質瀝青試件浸泡于60 ℃恒溫水浴箱中,每天觀察記錄瀝青膠漿在界面上的殘留情況,然后利用數字圖像處理軟件計算瀝青膠漿在界面上的殘留面積并計算其殘留率(殘留瀝青膠漿面積與界面面積之比),以此參數來表征瀝青膠漿的黏附性能。

2 結果與分析

2.1 玻璃界面瀝青膠漿延長水煮試驗分析

瀝青膠漿水煮后玻璃界面的典型殘留情況如圖1所示,不同瀝青膠漿水煮后玻璃界面的殘留率如表2所示。從表2中可以看出,在基質瀝青中摻入氧化鈣、水泥與鋼渣粉這三種填料均能有效提高瀝青膠漿在玻璃界面上的黏附性能。由于水泥與鋼渣粉中含有一定量的氧化鈣成分,因此氧化鈣能在一定程度上提高瀝青膠漿的黏附性能,且瀝青膠漿的黏附性能與氧化鈣的含量呈正相關,而水泥與鋼渣粉的其他組分對瀝青膠漿黏附性能的影響尚待進一步探究。碳酸鈣與氫氧化鈣兩種填料嚴重削減了瀝青膠漿在玻璃界面上的黏附性能,殘留率約為基質瀝青膠漿黏附性能的1/4。碳酸鈣本身沒有活性,其瀝青膠漿黏附性能不佳,而氫氧化鈣具有弱堿性,能夠與瀝青中酸性成份發生化學反應,理論上有利于提高粘附性,但實際瀝青膠漿在玻璃界面上的黏附等級不佳。

表2 不同填料瀝青膠漿水煮后玻璃界面殘留率

2.2 玻璃界面與鋁片界面瀝青膠漿60 ℃浸水試驗分析

不同瀝青膠漿60 ℃浸水不同時間后玻璃界面與鋁片界面的典型殘留率見表3和表4。經60 ℃水浴浸泡發現,玻璃界面與鋁片界面的瀝青膠漿浸泡1 d后,兩者瀝青膠漿殘留率基本達到穩定,后續浸泡僅有輕微變化。在整個浸泡過程中,不同填料的瀝青膠漿在鋁片界面的殘留率均保持在100%左右,基本沒有產生剝落,可見鋁片界面無法區分出瀝青膠漿的種類。而玻璃界面卻能很好地區分出不同活性填料的瀝青膠漿。對于玻璃界面,基質瀝青長期浸水后,界面殘留率較大,但其瀝青黏附力基本為0;水泥瀝青膠漿長期浸水后,界面殘留率較大,其瀝青膠漿黏附力較大;鋼渣粉瀝青膠漿長期浸水后,界面殘留率較水泥瀝青膠漿小,其瀝青膠漿黏附力較大;碳酸鈣瀝青膠漿和氫氧化鈣瀝青膠漿長期浸水后,界面殘留率和瀝青膠漿黏附力均較小;氧化鈣瀝青膠漿長期浸水后,雖界面殘留率較大,但其瀝青膠漿黏附力基本為0,瀝青膠漿很容易從玻璃界面上剝離開來。綜合分析可知,水泥和鋼渣粉提升瀝青膠漿在玻璃界面上的殘留率和黏附力的效果最為顯著。此外玻璃界面的瀝青膠漿60 ℃浸水試驗結果與延長水煮試驗結果具有較好的一致性。瀝青膠漿與不同界面的粘附性從瀝青膠漿殘留率判定具有局限性,如殘留率為100%,沒有剝落現象,但實際浸水后界面粘結力下降很大,容易剝離,表現為黏附力衰減嚴重。

表3 不同填料瀝青膠漿60 ℃浸水不同時間后玻璃界面殘留情況

表4 不同填料瀝青膠漿60 ℃浸水不同時間后鋁片界面殘留情況

3 結 論

a.填料的活性對瀝青膠漿的粘附性有很大的影響,水泥與鋼渣粉填料能提升瀝青膠漿的界面殘留率與黏附力,而氧化鈣填料僅能提升瀝青膠漿的界面殘留率,其粘附力小。碳酸鈣和氫氧化鈣填料嚴重削減了瀝青膠漿的界面黏附性能。

b.通過瀝青膠漿界面殘留率和粘結力分析,玻璃界面能較好地區分出不同活性填料的瀝青膠漿對粘附性能的影響,而鋁片界面卻無法區分出不同種類瀝青膠漿的粘附性。

c.瀝青膠漿與不同界面的粘附性從瀝青膠漿殘留率判定具有局限性,應檢驗浸水后界面粘結力大小更為合理。