蠟型溫拌劑與巖瀝青的復(fù)合改性研究

宋卿卿，于 江，馮 娟，張 帆

(新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047)

我國交通運輸業(yè)的發(fā)展對瀝青路面的性能提出了越來越高的要求，而改性瀝青由于其良好的性能而受到越來越多的關(guān)注。在眾多的改性瀝青中，巖瀝青由于常年與自然環(huán)境共存，其性質(zhì)特別穩(wěn)定[1-2]，并且由于其本身極易與石油瀝青相溶，屬于瀝青基對瀝青基的摻配，其與基質(zhì)瀝青具有優(yōu)良的配伍性[3]。但也發(fā)現(xiàn)摻入巖瀝青后，改性瀝青的低溫抗裂能力變差，同時高溫和低溫黏度大幅提升，這就要求改性后的瀝青需要在更高的壓實及拌和溫度下施工，導(dǎo)致消耗更多的能源，排出更多的氣體，從而會對環(huán)境造成更大的污染。

蠟型溫拌劑作為一種新型的改性劑，可以在降低瀝青拌和溫度的同時提高其低溫黏度。相對于常規(guī)的熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料的施工溫度可以降低20～55℃，而使用性能基本不變[4]。筆者結(jié)合巖瀝青與溫拌瀝青的優(yōu)勢，制得溫拌巖瀝青復(fù)合改性瀝青，試驗研究其改性后的性能，從組分變化上分析改性機理。

1 試 驗

1.1 試驗材料

1.1.1 溫拌劑

選用新疆克拉瑪依石油化工研究院所生產(chǎn)的蠟型溫拌劑KSHD，其基本特性見表1。

表1 KSHD型溫拌瀝青添加劑基本特性

1.1.2 瀝青材料

1)巖瀝青。巖瀝青選用新疆烏爾禾巖瀝青，其基本特性見表2。

表2 烏爾禾巖瀝青基本性能指標(biāo)

2)基質(zhì)瀝青?；|(zhì)瀝青選用克拉瑪依90號(以下簡稱“克90”)與庫車90號(以下簡稱“庫90”)兩種瀝青，其常規(guī)試驗指標(biāo)見表3。

表3 克90與庫90各項性能指標(biāo)

1.2 試驗方案

分別將巖瀝青、溫拌劑KSHD單獨或復(fù)合摻入基質(zhì)瀝青“克90”與“庫90”中，然后測定其常規(guī)性能，并進行四組分分析，以研究溫拌劑KSHD及巖瀝青的復(fù)合改性機理。

1.3 試樣制備

1)分別將“克90”、“庫90”在155℃及170℃的恒溫箱中融化，然后分別摻入8%巖瀝青，攪拌5 min。

2)將“‘克90’+8%巖瀝青”放入155℃恒溫箱中養(yǎng)護1 h后取出，備用；而“‘庫90’+8%巖”放入170℃恒溫箱中養(yǎng)護1 h后取出，備用。

3)將3%溫拌劑KSHD分別摻入“克90”、“‘克90’ +8%巖瀝青”和“庫90”、“‘庫90’+8%巖瀝青”中，“克”系及“庫”系的拌和溫度分別為155℃、150℃，然后攪拌25 min。

4)澆筑試模進行試驗。所制得試樣詳情見表4。

1.4 性能測定

試驗按照J(rèn)TG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》相關(guān)規(guī)定進行。

1.4.1 針入度分級評價

分別測定15，25，30℃針入度，10，15℃延度以及軟化點，試驗結(jié)果見表4。

1.4.2 老化性能試驗

采用薄膜烘箱加熱試驗，測點瀝青試樣的質(zhì)量損失，及老化后25℃針入度比，10℃延度，老化后軟化點，結(jié)果見表4。

1.4.3 黏度試驗

按照瀝青旋轉(zhuǎn)黏度(布洛克菲爾德黏度計法)試驗規(guī)程，采用上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司的NDJ-1C布氏旋轉(zhuǎn)黏度計測定了不同攪拌時間下70，80，90，105，120，135，165℃共6個溫度下的布氏黏度，結(jié)果見圖1、圖2。

1.4.4 四組分試驗

按照瀝青化學(xué)組分試驗(四組分法)試驗規(guī)程，測定各類瀝青的四組分即飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)所占的百分比進行測定。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 KSHD與巖瀝青對基質(zhì)瀝青的常規(guī)指標(biāo)的改性效果(表4)

表4 常規(guī)指標(biāo)試驗結(jié)果

從表4看出：

1)加入溫拌劑KSHD后“克90”的PI值降低了，而PI值是瀝青感溫性的重要指標(biāo)，該值越高則瀝青的溫度敏感性越好，因此KSHD對于改善“克90”的溫度敏感性是不利的。但溫拌劑KSHD的加入，使得“克90”的延度和軟化點均得到了提高，這對改善瀝青的高溫低溫抗性能都是有利的。

2)巖瀝青的加入使得“克90”的PI值和軟化點升高了，延度卻下降了。而把溫拌劑KSHD和巖瀝青同時摻入“克90”中之后，其PI值得到了提高，同時其延度值也比只摻入巖瀝青時的延度值高了，軟化點也比單一改性后的軟化點值升高。說明溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性劑可以避免單一改性的不良影響，但可保留單一改性優(yōu)點。

3)復(fù)合改性后“庫90”的各項性能都比單一改性時的效果好，瀝青的溫度敏感性、高溫低溫性能都得到了極大程度的改善。因此溫拌劑KSHD-巖瀝青對基質(zhì)瀝青的常規(guī)性能的復(fù)合改性效果是優(yōu)異的。

2.2 黏度變化

2.2.1 溫拌劑KSHD-巖瀝青的低溫改性效果研究

在夏季時，由于室外溫度較高，路面的溫度往往能達(dá)到70～80 ℃，為了保證路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，這就要求瀝青的黏度足夠大。圖1展現(xiàn)了溫拌劑KSHD與巖瀝青對“克90”和“庫90”在70℃與80℃時黏度的改性效果。

圖1 “克90”及“庫90”改性前后的低溫黏度變化Fig.1 Viscosity changes of Ke 90 and Ku 90 at low temperature before and after modification

從圖1可以看出，“克90”與“庫90”經(jīng)溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性后，比單一改性或基質(zhì)瀝青，在70℃與80℃這兩個溫度下的黏度均為最大，因此溫拌巖瀝青的高溫穩(wěn)定性也是最好的。

2.2.2 溫拌巖瀝青的高溫黏度的改性效果

圖2是“克90”和“庫90” 在120，135，150，165℃的黏度改性效果。

索拉非尼是第一個治療轉(zhuǎn)移性腎癌的多激酶抑制劑，目前用于一線治療及免疫治療失敗患者的二線治療，其療效主要體現(xiàn)在良好的疾病控制率和顯著延長的無進展生存期。本文回顧性分析索拉非尼治療38例轉(zhuǎn)移性腎癌患者的臨床療效和安全性，同時分析了患者無進展生存期和腫瘤縮小之間的關(guān)系，旨在為轉(zhuǎn)移性腎癌臨床治療提供可借鑒的經(jīng)驗。

圖2 “克90”及“庫90” 改性前后的高溫黏度變化Fig.2 Viscosity changes of Ke 90 and Ku 90 at high temperature before and after modification

從圖2中可知，對于“克90”與“庫90” ，巖瀝青的加入使得這兩種瀝青的高溫黏度大幅上升；而將溫拌劑KSHD-巖瀝青加入后，“克90”與“庫90” 的高溫黏度均有大幅降低。根據(jù)JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的黏溫曲線計算方法，換算出溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性瀝青的壓實與拌和溫度較巖瀝青改性瀝青降低了10℃以上?？梢姡瑴匕鑴㎏SHD-巖瀝青復(fù)合改性后，瀝青的拌和與壓實溫度都有降低，意味著溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性瀝青能夠在施工過程中排放更少的氣體，減少大氣污染，并且也有利于在低溫下施工。

此外，在高溫下，瀝青展現(xiàn)出了牛頓液體的特性，它的黏溫關(guān)系符合安德拉得方程：

(1)

式中：E為流體的活化能，表明黏度對溫度的敏感性；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度；A為材料常數(shù)。

將式(1)兩邊取對數(shù)，改寫成對數(shù)形式：

(2)

從表5可以看出，單一溫拌劑KSHD與巖瀝青的加入均降低了“克90”的黏度對溫度的敏感性，而溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性瀝青則介于這兩者之間，說明巖瀝青改性瀝青的溫度敏感性最低，溫拌劑KSHD改性瀝青介于“克90”和巖瀝青改性瀝青之間。

表5 瀝青黏度試驗結(jié)果

從表5還可以看出，由于“庫90”本身的黏度對溫度的敏感性較低，加入溫拌劑KSHD后其該值反而升高了，但巖瀝青的加入依舊降低了其溫度敏感性。說明巖瀝青改性瀝青的溫度敏感性最低，而復(fù)合改性瀝青的黏度對溫度的敏感性還是介于溫拌劑KSHD改性瀝青與巖瀝青改性瀝青之間。

2.3 組分變化分析

現(xiàn)代膠體理論認(rèn)為，大多數(shù)瀝青是由大分子的瀝青質(zhì)吸附膠質(zhì)形成膠團后分散在相對分子質(zhì)量較小的可溶分(飽和分與芳香分)中形成的膠體溶液。從膠體結(jié)構(gòu)類型來看，瀝青按照瀝青質(zhì)的含量與瀝青質(zhì)被膠質(zhì)膠溶的情況分為3種結(jié)構(gòu)類型：溶膠型、凝膠型、溶-凝膠型。對于從減壓渣油中制取的道路石油瀝青，一般認(rèn)為PI< -2的為溶膠型瀝青，PI> 2的為凝膠型瀝青，PI= -2～2的為溶-凝膠型瀝青[5]。而瀝青的各項性能與四組分之間存在著密切關(guān)系，有研究將從瀝青中提取的四組分進行雙組分調(diào)和試驗，最后總結(jié)了四組分與瀝青的各項性能之間的關(guān)系，見表6[6]。

表6 各組分對瀝青的性能貢獻(xiàn)

通過試驗與疊加計算法得到了瀝青與改性瀝青的組分，見表7。

表7 瀝青與改性瀝青的組分

1)從基質(zhì)瀝青來看，“克90”瀝青質(zhì)含量很低(0.2%)，為溶膠型；“庫90”瀝青質(zhì)含量為(16.82%)，為溶-凝膠型，所以“克90”的PI值較低，而“庫90”的PI值較高(表4)。

2)當(dāng)摻入溫拌劑KSHD后，對于“庫90”(溶-凝膠型)，其飽和分與瀝青質(zhì)增加了，這也驗證了文獻(xiàn)[7]的研究結(jié)論，該研究所用瀝青也為溶-凝膠型。但對于“克90”，卻并沒有符合這一結(jié)論。加入溫拌劑KSHD后，膠質(zhì)與瀝青質(zhì)增加了，這很有可能是因為對于溶膠型“克90”，其內(nèi)部瀝青質(zhì)較少，膠質(zhì)較多，而瀝青質(zhì)帶有的極性為親膠質(zhì)而排斥油分(飽和分與芳香分即為油分)，極性很強。而膠質(zhì)帶有的極性為親瀝青質(zhì)和油分，極性相對較弱。于是在“克90”中瀝青質(zhì)將會吸附大量的膠質(zhì)形成一個較大的膠團，而這樣的膠團中的瀝青質(zhì)的極性在膠團表面就會很弱，因此膠團表面的膠質(zhì)就會繼續(xù)吸附溫拌劑(KSHD為蠟型溫拌劑)中的油分使得膠質(zhì)增加。而對于“庫90”，它自身為溶-凝膠型，其內(nèi)部由于瀝青質(zhì)較多，因此形成的膠團較小，此外它的膠團中瀝青質(zhì)的極性在膠團表面還很強，因此會排斥溫拌劑中的油分，使得飽和分增加。

3)巖瀝青中瀝青質(zhì)的含量特別高，將巖瀝青摻入“克90”和“庫90”后，得到的改性瀝青的瀝青質(zhì)均增加了。說明瀝青質(zhì)對瀝青的感溫性和高溫黏度貢獻(xiàn)較好，對延度貢獻(xiàn)較差。因此，巖瀝青改性瀝青的感溫性與高溫穩(wěn)定性都得到了改善，但同時延度也變差了(表4)，高溫黏度也升高了。

4)當(dāng)用溫拌劑KSHD-巖瀝青對基質(zhì)瀝青復(fù)合改性后，改性瀝青中的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)增加了，因此瀝青的高溫穩(wěn)定性，感溫性能均得到了改善而低溫抗裂性下降了。當(dāng)溫拌劑KSHD加入后，由于其為一種蠟，該蠟的軟化點很高，大約在105℃左右，因此它能使得瀝青的低溫黏度增強，而高溫黏度也下降。

3 結(jié) 論

1)對于基質(zhì)瀝青的常規(guī)性能，用溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性后，能夠改善基質(zhì)瀝青的感溫性能、高溫穩(wěn)定性能以及老化性能。

2)溫拌劑KSHD單獨使用時，會降低瀝青感溫性能；巖瀝青單獨使用時，會降低瀝青低溫抗裂和增加瀝青高溫黏度；而溫拌劑KSHD-巖瀝青復(fù)合改性時，這些缺點都得到了的改善。

3)巖瀝青改性機理是，巖瀝青中大量的瀝青質(zhì)使得基質(zhì)瀝青的感溫性能、高溫穩(wěn)定性、抗老化性能得到改善。

4)蠟型溫拌劑KSHD的加入，對于溶-凝膠型瀝青，增加了其飽和分、瀝青質(zhì)含量；對于溶膠型瀝青，增加了其膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量。蠟型溫拌劑KSHD改性機理是，由于其軟化點在105℃左右，在低溫時增加瀝青的黏度，高溫時降黏。

[1] Khodaii Ali,Mehrara Amir.Evaluation of permanent deformation of unmodified and SBS modified asphalt mixtures using dynamic creep test [J].Construction and Building Materials, 2009, 23(7): 2586-2592.

[2] 王鐵寶,宋長柏,董允,等.SBS和EVA復(fù)合改性瀝青性能的研究[J].石油瀝青,2006,20(1):11-14.

Wang Tiebao,Song Changbai,Dong Yun,et al.Research on the performance of SBS and EVA composite modified asphalt [J].Petroleum Asphalt, 2006, 20(1): 11-14.

[3] Zhang Feng,Yu Jianying.The research for high-performance SBR compound modified asphalt [J].Construction and Building Materials, 2010, 24(3): 410-418.

[4] 李忠凱.溫拌瀝青混合料技術(shù)在歐洲的實踐[J].中外公路,2010,30(4):286-291.

Li Zhongkai.Practice of WMA technology in Europe [J].Journal of China & Foreign Highway, 2010, 30(3): 286-291.

[5] 李宏亮.烏爾禾巖瀝青的改性機理研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2010:48-49.

Li Hongliang.Study on Modification Mechanism of Urho rock asphalt [D].Urumchi: Xinjiang Agricultural University, 2010: 48-49.

[6] 張德勤.石油瀝青的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京:中國石化出版社,2001:24-25.

Zhang Deqin.The Production and Application of Petroleum Asphalt [M].Beijing: China Petrochemical Press, 2001: 24-25.

[7] 徐士翠.WMA瀝青結(jié)合料降黏機理與技術(shù)性能研究[D].西安:長安大學(xué),2010:19.

Xu Shicui.Study on Viscosity-Reducing and Technical Performance of Warm Asphalt Binder [D].Xi’an:Chang’an University, 2010:19.