抗剝落劑測試：保障瀝青路面水穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

一、引言

瀝青路面因具有行車舒適、施工便捷等優(yōu)勢，是我國高等級公路的主要路面形式。然而，水損害是其使用壽命的主要威脅之一——雨水滲透至瀝青與集料界面，會削弱兩者間的黏結(jié)力，導(dǎo)致瀝青膜剝落、集料松散，最終引發(fā)坑槽、裂縫等病害。抗剝落劑作為一種瀝青改性材料，通過改善瀝青與集料的界面黏結(jié)性能，有效抵御水的侵蝕。但抗剝落劑的效果并非“一用就靈”，其性能受集料類型、瀝青標(biāo)號、施工工藝等多種因素影響，必須通過科學(xué)的測試驗證，才能確保在實際工程中發(fā)揮作用。因此，抗剝落劑測試是瀝青路面材料研發(fā)與質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)。

二、抗剝落劑測試的必要性

解決材料配伍性問題
不同集料（如酸性花崗巖、堿性石灰?guī)r）與瀝青的黏結(jié)性差異較大。酸性集料表面SiO?含量高，與瀝青的極性基團(tuán)（如羰基、羥基）親和力弱，易發(fā)生水剝落；而抗剝落劑（如胺類、聚酰胺類）通過引入極性官能團(tuán)，可增強(qiáng)瀝青與酸性集料的界面結(jié)合。測試的目的之一，就是驗證抗剝落劑與特定集料、瀝青的配伍性，避免“水土不服”。
模擬實際環(huán)境影響
路面實際服役環(huán)境復(fù)雜，溫度變化（高溫軟化、低溫脆裂）、水的反復(fù)作用（浸泡、凍融循環(huán)）都會加速黏結(jié)性能退化。抗剝落劑測試需模擬這些工況（如凍融劈裂試驗、動態(tài)水穩(wěn)定試驗），評估其長期水穩(wěn)定性，而非僅測試常溫下的短期效果。
控制施工質(zhì)量
抗剝落劑的添加量（通常為瀝青質(zhì)量的0.3%~1.5%）、混合均勻性直接影響其效果。若添加量不足，無法改善黏結(jié)；若過量，可能導(dǎo)致瀝青軟化點(diǎn)降低、高溫穩(wěn)定性下降。測試可通過驗證拌合物的性能（如黏結(jié)強(qiáng)度、馬歇爾穩(wěn)定度），確保施工參數(shù)符合要求。

三、抗剝落劑主要測試項目及方法

抗剝落劑的測試圍繞“瀝青-集料界面黏結(jié)性”和“水穩(wěn)定性”展開，常用方法包括以下幾類：

（一）靜態(tài)黏結(jié)性試驗：直觀評價瀝青膜保留能力

1. 水煮法（GB/T 32606-2016《瀝青與集料黏結(jié)性試驗水煮法》）

原理：將裹覆瀝青的集料顆粒浸入沸水中，觀察瀝青膜的剝落程度，評價黏結(jié)性。
步驟：
（1）將集料（通常為13.2~19mm的碎石）洗凈、烘干，加熱至160~170℃；
（2）將瀝青加熱至流動狀態(tài)，加入抗剝落劑并攪拌均勻，倒入集料中裹覆（瀝青膜厚度約1~1.5mm）；
（3）將裹覆瀝青的集料放入沸水中煮3分鐘，取出后觀察瀝青膜保留情況，按標(biāo)準(zhǔn)評級（1~5級，5級為完全保留，1級為完全剝落）。
意義：快速判斷抗剝落劑對瀝青與集料黏結(jié)性的改善效果，適用于現(xiàn)場質(zhì)量控制。

（二）動態(tài)水穩(wěn)定性試驗：模擬實際水損害過程

1. 凍融劈裂試驗（JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0729）

原理：通過凍融循環(huán)（-18℃凍16小時，60℃融24小時）模擬水的凍脹作用，測試混合料凍融前后的劈裂強(qiáng)度比（TSR），評價水穩(wěn)定性。
步驟：
（1）制備馬歇爾試件（φ101.6mm×63.5mm），分為兩組：一組直接測試劈裂強(qiáng)度（R?），另一組飽水后進(jìn)行凍融循環(huán)，再測試劈裂強(qiáng)度（R?）；
（2）計算TSR=（R?/R?）×100%。
標(biāo)準(zhǔn)：對于高速公路，TSR≥80%為合格；若使用抗剝落劑，需確保TSR滿足要求。
意義：最常用的水穩(wěn)定性評價指標(biāo)，直接反映抗剝落劑對凍融循環(huán)下黏結(jié)性的保持能力。

2. 動態(tài)水穩(wěn)定試驗（如ASTM D7369）

原理：將混合料試件置于水浴（60℃）中，施加反復(fù)荷載（如0.1MPa正弦波），測試其動態(tài)模量隨循環(huán)次數(shù)的變化，評價水作用下的抗疲勞性能。
意義：模擬車輛荷載與水的協(xié)同作用，更接近實際路面工況，適用于高等級公路的高性能抗剝落劑測試。

（三）表面能測試：定量分析界面黏結(jié)機(jī)制

1. 接觸角法（GB/T 24368-2009《固體表面自由能測定接觸角法》）

原理：通過測量瀝青與集料表面的接觸角，計算兩者的表面自由能（包括色散分量、極性分量），進(jìn)而預(yù)測黏結(jié)強(qiáng)度（根據(jù)Young-Dupré方程：黏結(jié)功=表面自由能之和-界面自由能）。
步驟：
（1）制備集料薄片（如花崗巖切片），用抗剝落劑改性瀝青；
（2）用接觸角測量儀（如座滴法）測量瀝青在集料表面的接觸角（θ）；
（3）計算表面自由能（γ），并推導(dǎo)黏結(jié)功（W_a）：W_a = γ_集料 + γ_瀝青 - γ_集料-瀝青。
意義：從分子層面揭示抗剝落劑的作用機(jī)制（如增加瀝青的極性分量，降低界面自由能），為抗剝落劑的研發(fā)提供理論依據(jù)。

四、抗剝落劑性能評價指標(biāo)

抗剝落劑的效果需通過多指標(biāo)綜合評價，核心指標(biāo)包括：

黏結(jié)強(qiáng)度保留率：水煮法或水浸法后，瀝青膜保留面積占比（如≥90%為優(yōu)）；
凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）：≥80%（高速公路）或≥75%（一級公路）；
動態(tài)模量比：動態(tài)水穩(wěn)定試驗中，循環(huán)1000次后的模量與初始模量之比（≥70%為好）；
表面自由能參數(shù)：瀝青與集料的黏結(jié)功（W_a）≥50mJ/m²（根據(jù)集料類型調(diào)整）。

五、測試中的注意事項

試樣制備的規(guī)范性：
- 集料需洗凈（去除泥土、粉塵）、烘干（105℃±5℃，2小時），避免雜質(zhì)影響?zhàn)そY(jié)；
- 瀝青加熱溫度需嚴(yán)格控制（如基質(zhì)瀝青150~160℃，改性瀝青170~180℃），防止過度老化；
- 抗剝落劑需與瀝青充分混合（攪拌時間≥5分鐘），確保均勻分散。
測試環(huán)境的控制：
- 水煮法、凍融劈裂試驗的水溫需恒定（沸水±2℃，凍融循環(huán)溫度±1℃）；
- 接觸角測試需在恒溫（25℃±1℃）、恒濕（50%±5%RH）環(huán)境下進(jìn)行，避免溫度變化影響接觸角測量。
平行試驗的重復(fù)性：
- 每個測試項目需做3~5個平行試樣，取平均值（變異系數(shù)≤10%），減少試驗誤差。
抗剝落劑的添加方式：
- 抗剝落劑有“直接添加”（與瀝青混合）和“預(yù)拌法”（先涂覆集料表面）兩種方式，測試時需明確添加方式，確保與施工工藝一致。

六、應(yīng)用場景與展望

抗剝落劑的測試需結(jié)合工程實際需求：

多雨地區(qū)（如南方省份）：需重點(diǎn)測試凍融劈裂強(qiáng)度比、動態(tài)水穩(wěn)定性能，確保抗剝落劑能抵御長期水浸泡；
酸性集料地區(qū)（如花崗巖、石英巖分布區(qū)）：需通過表面能測試驗證抗剝落劑對極性的改善效果，選擇胺類或聚酰胺類抗剝落劑；
高溫地區(qū)：需兼顧抗剝落劑對瀝青高溫穩(wěn)定性的影響（如軟化點(diǎn)、針入度），避免因添加抗剝落劑導(dǎo)致高溫車轍加劇。

未來，抗剝落劑測試的趨勢將向精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展：

開發(fā)數(shù)值模擬測試（如有限元分析），預(yù)測抗剝落劑在復(fù)雜環(huán)境下的長期性能；
引入非破壞性測試技術(shù)（如超聲波、紅外光譜），實時監(jiān)測瀝青-集料界面的黏結(jié)退化過程；
針對環(huán)保型抗剝落劑（如生物基、納米改性），建立相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)（如 biodegradability 測試），推動綠色公路建設(shè)。

抗剝落劑測試是確保瀝青路面水穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟，其核心是通過科學(xué)的試驗方法，驗證抗剝落劑對瀝青-集料界面黏結(jié)性的改善效果，以及在實際環(huán)境中的長期性能。測試需結(jié)合工程需求，規(guī)范試樣制備與環(huán)境控制，綜合多指標(biāo)評價，才能為抗剝落劑的選擇與施工提供可靠依據(jù)。隨著測試技術(shù)的不斷發(fā)展，抗剝落劑將在更廣泛的場景中發(fā)揮作用，為瀝青路面的耐久性保駕護(hù)航。