1. 引言
近年来，随着国家对基础设施建设投入的不断加大和大家环保意识的不断增强，应用于沥青混合料的优异碱性集料开采量越来越少，随之价格也在不断攀升，导致路面造价持续上涨。与此同时，我国储量丰富的花岗岩，却因为其与沥青的粘附性较差，存在水稳定性不足等问题，严重制约了花岗岩在沥青路面上的应用与推广，但花岗岩具有力学强度高、耐磨性能好、耐疲劳性强等优点，因此解决花岗岩沥青混合料的抗水损坏性能，对我国公路建设及新旧动能转换有着重大意义和价值。
随着广大道路工作者的不断深入研究，在通常的石灰水预处理集料、石灰粉代替部分矿粉、氨类抗剥落剂等改善花岗岩与沥青的粘附性及沥青混合料的水稳定性的基础上，还研究出了偶联剂、联结剂、青川岩沥青等措施，用以提高花岗岩沥青混合料的抗水损坏能力。本研究基于MIST试验，采用6种抗剥落措施，分别对花岗岩AC-10、花岗岩AC-16两种沥青混合料的水损坏敏感性进行了研究。
2. 基础沥青混合料设计与试验检测方案
2.1. 原材料
2.1.1. 沥青
基础沥青混合料试验使用的沥青为70号A级道路石油沥青和成品SBS改性沥青，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011对沥青的相关性能进行检测，试验结果见表1和表2，均满足规范技术要求。
Table 1. Technical index of 70-A road petroleum asphalt
表1. 70-A道路石油沥青技术指标
Table 2. Technical indexes of finished SBS modified asphalt
表2. 成品SBS改性沥青技术指标
2.1.2. 集料
花岗岩粗集料规格为10~20 mm、10~15 mm、5~10 mm和3~5 mm，细集料选用机制砂(0~3 mm)，填料选用矿粉和消石灰粉，其技术指标分别见表3~6。
Table 3. Technical indexes of coarse aggregate
表3. 粗集料技术指标
Table 4. Technical indexes of fine aggregate
表4. 细集料技术指标
Table 5. Technical indexes of mineral powder
表5. 矿粉技术指标
Table 6. Technical indexes of hydrated lime powder
表6. 消石灰粉技术指标
由表3~6可知，所选择的集料和填料技术指标均满足现行规范要求。
2.2. 矿料级配
研究以上面层AC-10和下面层AC-16沥青混合料为基础。AC-10的设计级配为花岗岩5~10:3~5:0~3:矿粉 = 44:12:40:4，AC-16的设计级配为花岗岩10~16:5~10:3~5:0~3 mm:矿粉 = 22:40:7:27:4，混合料级配组成见表7、表8和图1、图2。
Table 7. AC-10 mineral aggregate gradation
表7. AC-10矿料级配表
Table 8. AC-16 mineral aggregate gradation
表8. AC-16矿料级配表
Figure 1. AC-10 mixture grading curve
图1. AC-10混合料级配曲线
Figure 2. AC-16 mixture grading curve
图2. AC-16混合料级配曲线
选取表7和表8以及图1和图2确定的沥青混合料分别为AC-10和AC-16沥青混合料的最优矿料级配，进一步进行最佳油石比的确定。
2.3. 最佳油石比
依据JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，同时结合研究人员多年工程实践经验，采用马歇尔击实方法分别成型5组不同油石比的标准马歇尔试件，结合经验与规范公式计算得到AC-10预估油石比为5.3% [1] [2] [3]，以预估油石比为中值，又选取油石比4.3%、4.8%、5.3%、5.8%、6.3%；对于混合料AC-16，预估油石比为4.4%，按0.4%间隔变化，取3.6%、4.0%、4.4%、4.8%、5.2%、5.6%六个不同的油石比。花岗岩沥青混合料AC-10和AC-16成型的马歇尔试件的体积指标和力学指标试验结果见表9、表10和图3~6。
Table 9. Test results of AC-10 optimum asphalt aggregate ratio
表9. AC-10最佳油石比试验结果
Figure 3. Marshall test results of AC-10 graded mixture with different asphalt content
图3. AC-10级配不同沥青用量混合料马歇尔试验结果
Figure 4. Determination of optimum oil stone ratio
图4. 最佳油石比的确定
由表9及图4和图5得OACmin = 5.1%、OACmax = 5.4%，由图3和图4可以看出所选试验的沥青用量范围内，密度和稳定度没有出现峰值，所以取空隙率中值a3作为OAC1，OAC1 = 5.0%，OAC2 = (OAC min + OAC max)/2 = 5.2%，OAC = (OAC1 + OAC2)/2 =5.1%，综上分析确定基质沥青下AC-10油石比为5.1%。
Table 10. Test results of AC-16 optimum asphalt aggregate ratio
表10. AC-16最佳油石比试验结果
由表10和图5结合密级配沥青混凝土混合料的技术标准得出：
最佳油石比
在试拌过程中发现掺加青川岩沥青后，花岗岩沥青混合料颜色均匀、发暗、流动性明显减小。因此考虑应避免沥青过少对研究结果产生影响，因此适当调整最佳油石比为4.9%。
3. 水损坏敏感性能分析试验
3.1. 抗剥落措施及方案
基于AC-10沥青混合料和AC-16沥青混合料，评价6种抗剥落措施的路用性能改善效果，抗剥落措施方案见表11。其中方案一用消石灰粉替代3/8的矿粉，采用基质沥青；方案二用消石灰粉替代3/8的矿粉，采用0.3%硅烷偶联剂改性沥青；方案三用消石灰粉替代3/8的矿粉，采用SBS改性沥青；方案四采用基质沥青，石灰岩矿粉和0.3%的潍坊联结剂(直投法，潍坊联结剂占沥青混合料质量的0.3%)；方案五采用5%岩改沥青和石灰岩矿粉；方案六采用偶岩复合改性沥青和石灰岩矿粉。
3.2. 试验设备
沥青混合料的水稳定性不仅与温度及循环次数有关，还与行车动轮载作用下的动水压力及冲刷作用密切相关 [4]，常规的浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验未考虑动力冲刷的作用，本研究选用了水损害敏感性测试仪(见图6)，测试不同抗剥落措施的花岗岩沥青混合料水损坏敏感性。
Figure 6. Water damage sensitivity tester MIST
图6. 水损害敏感性测试仪MIST
水损坏敏感性测试仪是一种在加速条件下测试沥青混合料的抗剥落性能试验装置，测试操作在高于正常温度并在压实沥青混合料内部产生的孔隙水压力条件下进行，这更符合沥青混合料路面在温度、水和交通荷载下的真实环境 [5] [6]。发生剥离的必要因素是高空隙率、高温、高应力以及水的存在，水损坏敏感性测试仪能够提供以上三种要素，即水、应力和高温，而空隙是混合料的固有属性 [7]。常规的水稳定性试验大概需要一周时间，而水损坏敏感性测试仪的整个测试过程只需要4小时，而且整个过程全自动，节省时间和简化了以前繁琐的步骤。
3.3. 试验步骤
将AC-10和AC-16所对应的6种抗剥落方案按照规范要求成型马歇尔试件，每个方案各成型5组试件，分别进行马歇尔稳定度、常规残留稳定度、常规冻融劈裂残留强度比，MIST残留稳定度、MIST残留强度比试验。
MIST实验仪器设置参数为：3500次循环、140˚F (60℃)、40磅。
3.4. 试验结果分析
按照预先设置好的试验条件，对6种方案成型的试件进行稳定度和劈裂强度常规残留稳定度和常规残留强度比及MIST试验后的残留稳定度和劈裂强度试验，残留稳定度结果见表12、表13和图7、图8；残留强度试验结果见表14、表15和图9、图10。
Table 12. AC-10 MIST residual stability results
表12. AC-10 MIST残留稳定度结果
Table 13. AC-16 MIST residual stability results
表13. AC-16 MIST残留稳定度结果
Figure 7. AC-10 MIST residual stability
图7. AC-10 MIST残留稳定度
Figure 8. AC-16 MIST residual stability
图8. AC-16 MIST残留稳定度
由表12、表13和表7、表8可以看出，经过水损坏敏感性测试仪3500次冲刷后各个方案所对应的残留稳定度和常规浸水马歇尔得出残留稳定度规律基本相似，但是残留稳定度较常规浸水马歇尔的残留稳定度值整体有所下降；经过MIST后，AC-10和AC-16所对应的各个方案中，只有方案6偶岩复合改性沥青混合料在经历3500次冲刷后仍旧满足规范大于等于85%的要求，而常规的浸水马歇试验AC-10和AC-16所对应六个方案的残留稳定度都能满足大于等于85%的要求，说明水损坏敏感性测试仪较浸水马歇尔的试验条件更为苛刻，能更加真实地模拟行车轮载作用下动水压力对路面的破坏作用 [8]。
可以看出经过水损坏敏感性测试仪3500次冲刷后AC-10和AC-16残留稳定性度的规律相似。因此以AC-10的水损坏敏感性测试仪的试验结果进行分析，与浸水马歇尔试验的试验结果相比，经过水损坏敏感性测试仪3500次冲刷后的流值变大、稳定度减小、残留稳定度变小。MIST后方案1 (70-A)、方案2 (0.3%硅烷偶联剂)、方案3 (SBS改性沥青)、方案4 (潍坊联结剂)、方案5 (5%岩改沥青)、方案6 (偶岩复合改性沥青)的残留稳定度分别降低了13.0%、9.2 %、11.9%、18.9%、9.4%、9.1% ，偶岩复合改性沥青混合料的残留稳定度降低的最小，而且MIST后仍旧满足规范要求，潍坊联结剂的残留稳定度降低最大，而且MIST后不符合技术标准，说明在更接近真实路面环境时，六种抗剥落措施中偶岩复合改性剂的抗剥落效果最佳。
Table 14. Residual strength ratio of AC-10 MIST splitting test
表14. AC-10 MIST劈裂试验的残留强度比
Table 15. Residual strength ratio of AC-16 MIST splitting test
表15. AC-16 MIST劈裂试验的残留强度比
Figure 9. Residual splitting strength ratio of AC-10 MIST
图9. AC-10 MIST劈裂残留强度比
Figure 10. AC-16 MIST splitting residual strength ratio
图10. AC-16 MIST劈裂残留强度比
由表14、表15和图9、图10可以看出，经过水损坏敏感性测试仪3500次冲刷后各抗剥落方案对应的劈裂试验的残留强度比和冻融劈裂试验的残留强度比规律相似，在AC-10和AC-16所对应的各个方案中仅有方案2 (硅烷偶联剂)和方案6 (偶岩复合改性沥青)在经历3500次冲刷后仍旧满足规范大于等于80%的要求，而冻融劈裂试验6种抗剥落方案均满足残留强度比的要求，这说明对沥青混合料进行水稳定性评价时，不仅要考虑其冻融作用或浸水作用，更重要的是考虑在动水压力作用下沥青混合料的水稳定性，仅考虑冻融或浸水作用的水稳定性评价，未能真实反映沥青混合料的受水损坏的影响。
4. 小结
本研究通过设计两种级配沥青混合料，采用6种方案对比研究花岗岩沥青混合料的水损坏敏感性，通过试验研究得出如下结论：
1) 青川岩沥青与硅烷偶联剂复合改性剂具有突出的抗水损坏能力，两种抗剥落剂的叠加效果既弥补了硅烷偶联剂耐久性差易分解的缺陷，又弥补了青川岩沥青由于其沥青质成分高脆性大低温抗裂性差的缺点，而且综合考虑各种路用性能，偶岩复合改性沥青的改善效果最好，具有更好的应用前景。
2) 基于MIST水损坏敏感性试验的条件更为苛刻，较传统浸水马歇尔和冻融劈裂试验等混合料水稳定性评价方法更好的模拟花岗岩沥青混合料实际应用条件，更真实反应各抗剥落措施在实际应用中的效果。