1. 引言
近年来，我国公路交通蓬勃发展，截至2021年底，我国公路通车里程达到528.07万公里，高速公路通车里程达到16.91万公里。沥青路面由于拥有表面平整、行驶舒适、耐磨、噪音低、易于维修等优点，成为我国高等级路面公路的主要铺面形式 [1]。
然而，沥青路面在有水存在时，在车轮荷载的作用下，水会被挤压进入路面孔隙中，而随着车辆驶离路面，水从路面孔隙中析出，从而形成一种高频正负交替的动水压力环境，使沥青对集料的粘结力逐渐丧失，沥青膜从集料表面剥落，导致沥青路面产生松散、剥落等水损病害，降低沥青路面的使用性能并缩短服役寿命 [2] [3]。因此，提高沥青路面的抗水损害能力十分必要。
为了提高沥青路面的抗水损害能力，国内外学者进行了相关研究。张勇等 [4] 人采用水泥和消石灰代替部分矿粉来提高沥青混合料的水稳定性，发现随着掺量的增加，混合料的冻融劈裂强度比和浸水残留稳定度先增大后减小。吕春飞等 [5] 人采用浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验发现AR-68抗剥落剂、水泥、消石灰均能提高沥青混合料抗水损害性能，其中AR-68抗剥落剂与水泥复掺时的改善效果最为明显。周璐等 [6] 人进行了拉拔试验、肯塔堡飞散实验和浸水汉堡车辙试验，发现岩沥青能够显著提高沥青的内聚性能和粘附性能，显著提高沥青混合料的抗水损害性能。
现有研究采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等证明了不同措施对沥青混合料抗水损害的提升效果，但由于沥青路面处于一种高频正负压交替的服役环境，因此，本文采用动水压力模拟装置，研究了动水压力作用对沥青混合料水稳定性的效果，来评价抗剥落剂对沥青混合料抗水损害能力的提升效果。
2. 试验材料及方法
2.1. 材料
1) 沥青
本文研究中所用的AH-70沥青(Virgin)由华瑞道路材料公司提供，按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行沥青的基本性能指标测试，结果如表1所示。
Table 1. Basic performance index of matrix asphalt
表1. 基质沥青基本性能指标
2) 集料与矿粉
本研究所用集料为玄武岩集料，矿粉是玄武岩集料经粉磨得到。按照JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》进行基本性能指标测试，如表2、表3所示。
Table 2. Basic performance index of mineral powder
表2. 矿粉基本性能指标
Table 3. Basic performance index of aggregates
表3. 集料基本性能指标
3) 抗剥落剂
本文采用JW-2型和XT-1型沥青抗剥落剂，掺量为沥青质量的0.4%，其中JW-AS2是深圳嘉盛威公司生产的固态的非胺类抗剥落剂，XT-1型沥青抗剥落剂是济南溪川公司生产的液态的非胺类抗剥落剂，表4为两种抗剥落剂的主要技术指标。
Table 4. Main technical indexes of anti-stripping agents
表4. 抗剥落剂主要技术指标
2.2. 沥青混合料配合比设计
本研究制备的沥青混合料类型为AC-20，根据山东省的气候和交通条件选择了山东省交通科学研究院推荐的工程级配范围 [7]，级配范围如表5所示，并设计了三种初始级配。根据经验，初始设定沥青用量为4.1%，根据空隙率、矿料间隙率、饱和度及稳定度、流值等试验结果，选择了级配1作为本研究级配，级配组成如表6所示。
Table 5. Engineering grading range recommended by Shandong Transportation Institute
表5. 山东省交通科学研究院推荐的工程级配范围
Table 6. Grading composition used in this study
表6. 本研究所用级配组成
2.3. 试验方法
本研究制备了三种沥青混合料：普通沥青混合料(AC-20)、JW-2沥青混合料(JW-2)、XT-1沥青混合料(XT-1)。按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》中规定的方法进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，并计算残留稳定度(MS0)和冻融劈裂强度比(TSR)来评价沥青混合料的水稳定性。在进行冻融劈裂试验前，采用自主研制的动水压力装置对沥青混合料试样进行动水压力冲刷0 h，2 h，4 h，6 h，到达设定时间后，按照规范进行沥青混合料的冻融劈裂试验。
3. 结果与讨论
3.1. 浸水马歇尔试验
本节采用浸水马歇尔试验评价沥青混合料的水稳定性。表7为三种沥青混合料的浸水马歇尔试验结果。根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，一般基质沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度应大于80% [7]。在本研究中，三种沥青混合料的残留稳定度均满足规范要求抗剥落剂能够显著提高沥青混合料的残留稳定度，掺加JW-2型抗剥落剂、XT-1型抗剥落剂使沥青混合料残留稳定度分别增加约7.2%、10.8%，这说明两种均能够提高沥青混合料的水稳定性，其中XT-1型抗剥落剂改善沥青混合料抗水损害的效果更好，抗剥落剂增强了沥青与集料的粘附性，水稳定性提高。
Table 7. Immersion Marshall test results
表7. 浸水马歇尔试验结果
3.2. 冻融劈裂试验
沥青混合料的水稳性是影响沥青混合料耐久性的重要因素。图1是动水压力作用不同时间后不同沥青混合料的冻融劈裂强度比(TSR)。
从图中可以看出，在未进行动水压力作用时，三种沥青混合料的TSR均能满足规范要求(70%)，且添加JW-2、XT-1抗剥落剂能够显著提高沥青混合料的TSR，比未掺加抗剥落剂相比分别提高了8.5%、11.7%，这说明两种均能够提高沥青胶浆–集料界面粘附特性，从而提高沥青混合料抗水损害的能力，增强沥青混合料的水稳定性。这是因为抗剥落剂的加入增强了与集料之间的吸附作用，使沥青与集料之间的粘附性增大。在动水压力作用后，沥青混合料的冻融劈裂强度比随着作用时间的延长，三种沥青混合料的TSR出现不同程度的下降，其中未掺加抗剥落剂的沥青混合料在动水压力作用时间达到4 h后，TSR低于70%，不能满足规范的要求。而掺加抗剥落剂的两种沥青混合料，其TSR在动水压力作用达到6 h时，TSR仍满足规范要求，且掺加XT-1型抗剥落剂的TSR始终高于掺加JW-2型抗剥落剂，说明XT-1型抗剥落剂改善沥青混合料抗水损害的效果更好，这是因液体抗剥落剂的分散性较固体更好，分布更均匀，使其效果更好。
Figure 1. Results of Freeze thaw splitting strength ratio
图1. 冻融劈裂强度比结果
4. 结论
本文研究了两种抗剥落剂对沥青混合料水损害提升效果的研究，主要结论如下：
1) JW-2抗剥落剂和XT-1抗剥落剂均能有效提高沥青混合料的马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比，提高沥青混合料抗水损害的能力，增强沥青混合料的水稳定性；
2) 动水压力作用会加快水分到达沥青–集料界面，加速沥青混合料的水损害进程，XT-1抗剥落剂对于提高沥青混合料抗水损害的效果更好。