沥青抗剥落剂对铁尾矿⁃沥青黏附性机理研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.09.014

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (9): 86-92.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.09.014

沥青抗剥落剂对铁尾矿⁃沥青黏附性机理研究

吕炳金¹^,²^,³(), 颜峰¹^,²^,³, 李俊杰¹^,²^,³, 保令谌¹^,²^,³, 黄凯勇¹^,²^,³

^1.昆明理工大学，建筑工程学院，昆明 650500
^2.云南省土木工程防灾重点实验室，昆明 650500
^3.云南省绿色建造与智慧运维国际联合实验室，昆明 650500

收稿日期:2024-10-25 出版日期:2025-09-26 发布日期:2025-09-22
作者简介:吕炳金，1339149394@qq.com

Study on adhesion mechanism between iron tailings and asphalt modified with anti⁃stripping agents

LYU Bingjin¹^,²^,³(), YAN Feng¹^,²^,³, LI Junjie¹^,²^,³, BAO Lingchen¹^,²^,³, HUANG Kaiyong¹^,²^,³

^1.Faculty of Civil Engineering and Mechanics，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China
^2.Yunnan Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering，Kunming 650500，China
^3.International Joint Laboratory for Green Construction and Intelligent Maintenance of Yunnan Province，Kunming 650500，China

Received:2024-10-25 Online:2025-09-26 Published:2025-09-22

摘要/Abstract

摘要：

为研究添加沥青抗剥落剂对铁尾矿与沥青之间黏附性能的影响，以70号基质沥青为原材料，将XT⁃1、PA⁃1、ZL⁃16这3种不同沥青抗剥落剂加入其中以制备改性沥青。并且评价其对铁尾矿沥青混合料的路用性能，同时采用表面自由能、红外光谱等手段，研究其对铁尾矿石与沥青界面黏结作用。结果表明，添加沥青抗剥落剂后，改善了沥青混合料的路用性能，其中AC⁃PA的残留稳定度、冻融劈裂强度比以及高温稳定性方面的提升最为显著，分别提高了14.3 %、17.7 %、61.4 %。

关键词: 沥青抗剥落剂, 路用性能, 沥青混合料, 铁尾矿, 界面黏结力

Abstract:

This study investigated the adhesion mechanism between iron tailings and asphalt modified with anti⁃stripping agents. Three commercial anti⁃stripping agents （XT⁃1， PA⁃1， and ZL⁃16） were incorporated into 70# base asphalt to prepare modified binders. The road performance of iron tailings asphalt mixtures was evaluated， while surface free energy analysis and Fourier⁃transform infrared spectroscopy were employed to characterize the interfacial adhesion properties. Results indicated that all anti⁃stripping agents significantly enhanced mixture performance， with PA⁃1⁃modified asphalt showing the most notable improvements： 14.3 % increase in residual stability， 17.7 % enhancement in freeze⁃thaw splitting strength ratio， and 61.4 % improvement in high⁃temperature stability compared to the control. The surface free energy and chemical bonding analysis revealed the underlying mechanisms for the improved interfacial adhesion between iron tailings and modified asphalt.

Key words: asphalt anti stripping agent, road performance, asphalt mixture, iron tailings, interface adhesion force

中图分类号:

TQ320

吕炳金, 颜峰, 李俊杰, 保令谌, 黄凯勇. 沥青抗剥落剂对铁尾矿⁃沥青黏附性机理研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(9): 86-92.

LYU Bingjin, YAN Feng, LI Junjie, BAO Lingchen, HUANG Kaiyong. Study on adhesion mechanism between iron tailings and asphalt modified with anti⁃stripping agents[J]. China Plastics, 2025, 39(9): 86-92.

图/表 11

技术指标	单位	数值	规范要求
针入度（25℃，5s，100g）	0.1 mm	65	60~80
软化点	℃	48.5	≥45
延度（10℃）	cm	23	≥20
延度（15℃）	cm	＞100	≥100
压碎值	%	14.5	≤28
磨耗值	%	13.7	≤30
针片状含量	≥9.5 mm	10.8	≤15
针片状含量	<9.5 mm	8.9	≤20
砂当量	%	72.4	≥65
亚甲蓝值	g/kg	2.3	≤2.5
棱角性（流动时间）	s	53.3	≥30
坚固性	%	9.7	≤12

表1 沥青与集料技术指标

Tab.1 Technical indicators of coarse aggregate

图1 AC⁃20的级配图

Fig.1 Gradation of AC⁃20

图2 沸水试验中铁尾矿与不同沥青之间的黏附性

Fig 2 Adhesion between iron tailings and different asphalt in boiling water test

参数/ $m J · m - 2$	$γ$	$γ p$	$γ d$	与集料黏附功 $W a s$	与水黏附功 $W a (s) w$	剥落功 $W a w s$	ER
水	72.8	21.8	51.0	-	-	-	-
铁尾矿	37.852	25.427	12.425	-	97.433	-	-
70^#沥青	23.395	22.877	0.518	53.311	54.943	99.066	0.538
70^#沥青+XT	24.566	24.065	0.501	54.463	55.919	98.889	0.551
70^#沥青+PA	25.371	24.873	0.498	55.322	56.752	98.813	0.560
70^#沥青+ZL	24.404	23.889	0.515	54.351	55.891	98.973	0.549

参数/ $m J · m - 2$	$γ$	$γ p$	$γ d$	与集料黏附功 $W a s$	与水黏附功 $W a (s) w$	剥落功 $W a w s$	ER
水	72.8	21.8	51.0	-	-	-	-
铁尾矿	37.852	25.427	12.425	-	97.433	-	-
70^#沥青	23.395	22.877	0.518	53.311	54.943	99.066	0.538
70^#沥青+XT	24.566	24.065	0.501	54.463	55.919	98.889	0.551
70^#沥青+PA	25.371	24.873	0.498	55.322	56.752	98.813	0.560
70^#沥青+ZL	24.404	23.889	0.515	54.351	55.891	98.973	0.549

表2 沥青、矿料和水的表面能相关参数及其指标计算结果

Tab.2 Calculation results of surface energy related parameters and indicators for asphalt， mineral aggregate and water

表2 沥青、矿料和水的表面能相关参数及其指标计算结果

Tab.2 Calculation results of surface energy related parameters and indicators for asphalt， mineral aggregate and water

图3 沥青的红外光谱图

Fig.3 Infrared spectrum of asphalt

图4 不同倍数下铁尾矿表面形貌

Fig.4 Surface morphology of iron tailings at different magnifications

图5 沥青混合料稳定度及RS值

Fig.5 Stability and RS value of asphalt mixture

图6 不同沥青混合料冻融劈裂强度值及冻融劈裂强度比

Fig 6 Freeze thaw splitting strength values and freeze⁃thaw splitting strength ratios of different asphalt mixtures

图7 沥青混合料的动稳定度

Fig.7 Dynamic stability of asphalt mixture

图8 沥青混合料的车辙深度

Fig.8 Rutting depth of asphalt mixture

图9 沥青抗剥落剂作用机理图

Fig.9 Mechanism diagram of asphalt anti stripping agent

参考文献 28

[1]	Cao Liping. Utilization of iron tailings as aggregates in paving asphalt mixture： A sustainable and eco⁃friendly solution for mining waste［J］. Journal of Cleaner Production， 2022， 375： 134126.
[2]	Lv Xingdong， Lin Yuqiang， Xia Chen， et al. Environmental impact， durability performance， and interfacial transition zone of iron ore tailings utilized as dam concrete aggregates［J］. Journal of Cleaner Production， 2021， 292： 126068.
[3]	Chang Lu， Yang Huaming， Wang Jie， et al. Utilization of iron tailings to prepare high⁃surface area mesoporous silica materials［J］. Science of the Total Environment， 2020， 736： 139483.
[4]	尹琛，白丽梅，李绍英，等. 铁尾矿综合利用研究进展［J］. 矿产保护与利用， 2023， 43（06）： 41⁃53.
[5]	Mendes Beatryz C.， Pedroti Leonardo G.， Mauricio P.F. Fontes，et al. Technical and environmental assessment of the incorporation of iron ore tailings in construction clay bricks［J］. Construction and Building Materials， 2019， 227： 116669.
[6]	Cui Xiaowei， Yong Geng， Tao Li， et al. Field application and effect evaluation of different iron tailings soil utilization technologies［J］. Resources， Conservation and Recycling， 2021， 173： 105746.
[7]	Han Fanghui， Song Shaomin， Liu Juanhong， et al. Properties of steam⁃cured precast concrete containing iron tailing powder［J］. Powder Technology， 2019， 345： 292⁃299.
[8]	Yu Huanan， Ge Jinguo， Qian Guoping， et al. Evaluation of the interface adhesion mechanism between SBS asphalt and aggregates under UV aging through molecular dynamics［J］. Construction and Building Materials， 2023， 409： 133995.
[9]	田知文. 铁尾矿沥青混合料性能评价及改善措施研究［D］. 哈尔滨工业大学， 2018
[10]	余天航. 铁尾矿砂石骨料沥青混合料性能研究［D］. 河北工业大学， 2020
[11]	Zuo Gaohong， Du Yingchao， Wei Lianqi， et al. Efficient Demulsification of Acidic Oil⁃In⁃Water Emulsions with Silane⁃Coupled Modified TiO2 Pillared Montmorillonite［J］. Applied Sciences， 2019， 9： 1008.
[12]	Khoshnood Negin， Zamanian Ali， Massoudi Abouzar. Effect of silane⁃coupling modification on bioactivity and in vitro properties of anodized titania nanotube arrays［J］. Materials Letters， 2016， 185： 374⁃378.
[13]	Deng Jinhuan， Ning Xun⁃an， Qiu Guoqiang， et al. Optimizing iron separation and recycling from iron tailings： A synergistic approach combining reduction roasting and alkaline leaching［J］. Journal of Environmental Chemical Engineering， 2023， 11： 110266.
[14]	曹丽萍，张晓亢，杨晨，等. 基于分子动力学的硅烷偶联剂...铁尾矿沥青混合料改性的机理_曹丽萍［J］. 中南大学学报（自然科学版）， 2021， 52（07）： 2 276⁃2 286.
[15]	Xu Jia⁃yun， Ma Biao， Mao Wei⁃jie， et al. Review of interfacial adhesion between asphalt and aggregate based on molecular dynamics［J］. Construction and Building Materials， 2023， 362： 129642.
[16]	Cong Peiliang， Chen Zhihui， Ge Wanshuai. Influence of moisture on the migration of asphalt components and the adhesion between asphalt binder and aggregate［J］. Construction and Building Materials， 2023， 385： 131513.
[17]	Yan Gong， Jian Xu， Yan Er⁃hu. Intrinsic temperature and moisture sensitive adhesion characters of asphalt⁃aggregate interface based on molecular dynamics simulations［J］. Construction and Building Materials， 2021， 292： 123462.
[18]	公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E 20⁃2011［J］.
[19]	Fowkes F M. Determination of Interfacial tensions，Contact angles， and Dispersion Forces in Surfaces by Assuming additivity of Intermolecular interactions in Surfaces［Z］. the journal of physical chemistry， 1962： 382.
[20]	Owens D K， Wendt R C. Estimation of the surface free energy of polymers［J］. Journal of Applied Polymer Science， 1969， 13： 1 741⁃1 747.
[21]	Ahmad Naveed. Asphalt Mixture Moisture Sensitivity Evaluation using Surface Energy Parameters［J］： 1⁃306.
[22]	王丽，王有涛，程和平. 铁尾矿沥青混凝土性能研究和红外光谱分析［J］. 矿产综合利用， 2024， 45（03）： 143⁃149.
[23]	申爱琴，王建文，郭寅川，等. 抗剥落剂对沥青老化性能影响研究［J］. 公路， 2019， 64（08）： 201⁃207.
[24]	Lu Ziyu， Chen Anqi， Wu Shaopeng， et al. Experimental Study on the Physicochemical Properties of Asphalt Modifed by Different Anti⁃Stripping Agents and Their Moisture Susceptibility with Aggregates［J］： 1⁃21.
[25]	武铁征. 集料骨架强度对沥青混合料路用性能的影响分析［J］. 公路与汽运， 2022，（03）： 45⁃47， 75.
[26]	孙瑜，李立寒. 基于表面能理论的沥青混合料抗剥落性能［J］. 建筑材料学报， 2016， 19（02）： 285⁃291.
[27]	赵胜前，丛卓红，游庆龙，等. 沥青⁃集料黏附和剥落研究进展［J］. 吉林大学学报（工学版）， 2023， 53（09）： 2 437⁃2 464.
[28]	Ji Jie， Hui Yao， Liu Luhou， et al. Adhesion Evaluation of Asphalt⁃Aggregate Interface Using Surface Free Energy Method［J］. Applied Sciences， 2017， 7： 156.

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[1]	杨帆, 胡一红, 杨法勇, 胡斌, 景宏君, 李海滨. 改性废旧PET颗粒对沥青及其混合料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(9): 108-114.
[2]	索书武, 沈继勇, 王鹏, 郝贡欣, 景宏君, 李志刚, 李海滨. 不同掺量废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯粉末对沥青混合料的性能影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 113-119.
[3]	尚云龙, 王东浩, 任志彬. 湿法橡胶沥青存储稳定性研究综述[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 75-82.
[4]	李东珀, 韩华, 王莉, 杨建, 赵丹, 景宏君, 邹晓龙, 张永飞. 废食用油再生沥青组成优化及其混合料性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(4): 97-103.
[5]	陈正聪, 林睿, 何艺, 李松. 石墨烯/SBS复合改性沥青混合料性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 54-59.
[6]	张彩利, 张崇僖, 于焱龙, 杨凤雷, 孟庆营. 水性环氧彩色涂层路用性能[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 97-104.
[7]	孙杰许奎游烽吴江杨静. 胶粉改性沥青混合料路用性能研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(8): 83-88.