巖瀝青用量對(duì)改性瀝青性能的影響

高 茜，段玉娟

（青島交通科技信息有限公司，山東 青島 266102）

引言

隨著公路工程技術(shù)的發(fā)展，改性瀝青在瀝青路面工程中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，天然巖瀝青在路面材料中的應(yīng)用也逐漸增多。近年來(lái)，北美巖瀝青、布敦巖瀝青BRA 等進(jìn)入我國(guó)公路市場(chǎng)，另外阿爾巴尼亞、伊朗及我國(guó)四川省、新疆等地也發(fā)現(xiàn)了豐富的巖瀝青資源。

天然巖瀝青是石油在自然界長(zhǎng)期受地殼擠壓、變化，不斷地從地殼中冒出，存在于山體、巖石裂隙中，并與空氣、水接觸逐漸變化，經(jīng)長(zhǎng)期蒸發(fā)凝固而形成。巖瀝青對(duì)瀝青進(jìn)行改性，可以顯著提高瀝青路面的高溫抗車轍性能、抗水損壞性能和抗老化性能，明顯改善瀝青路面的路用性能，延長(zhǎng)道路使用壽命[1]。面對(duì)市場(chǎng)上越來(lái)越多的巖瀝青產(chǎn)品，選取阿爾巴尼亞SLN120 巖瀝青、濰坊MX160 巖瀝青、濰坊MX230 巖瀝青、伊朗巖瀝青1（灰分7%～10%）、伊朗巖瀝青2（灰分＜5%）、四川巖瀝青和新疆巖瀝青七種國(guó)內(nèi)外不同巖瀝青，深入研究其對(duì)瀝青性能的影響。

1 巖瀝青相關(guān)指標(biāo)

對(duì)七種巖瀝青的部分物理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，主要有外觀、粒度、含水量、溶解度（T.E.C）、溶解度（CS2）、軟化點(diǎn)、熔化點(diǎn)和灰分等指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見表1[2-5]。

2 巖瀝青對(duì)瀝青性能的影響

為了對(duì)不同品種巖瀝青的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用齊魯70#基質(zhì)瀝青為原料，基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表2，用天然巖瀝青作為改性劑，分別制備巖瀝青摻量為0%、5%、10%、15%的改性瀝青，分別用Y1Q-Y7Q 表示七種巖瀝青的改性瀝青。

表2 齊魯70#道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)

2.1 巖瀝青對(duì)瀝青黏度的影響

瀝青黏度的測(cè)定方法可分為兩類：一類為“絕對(duì)黏度法”；另一類為“相對(duì)（條件）黏度法”。采用真空減壓毛細(xì)管法和布氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法測(cè)定改性瀝青的絕對(duì)黏度，檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 60 ℃動(dòng)力黏度、135 ℃布氏黏度、175 ℃布氏黏度與摻量之間關(guān)系

由圖1 可知，隨著巖瀝青摻量的增加，各種瀝青的60 ℃動(dòng)力黏度和布氏黏度的變化規(guī)律相同，但不同巖瀝青的變化規(guī)律不同。其中Y5 改性瀝青黏度提高的幅度最大，Y4、Y6、Y3、Y2 和Y1 的黏度隨著巖瀝青摻量的增加呈線性增長(zhǎng)，而Y7 改性瀝青的黏度變化規(guī)律不明顯。

2.2 巖瀝青對(duì)瀝青感溫性的影響

采用針入度指數(shù)PI和黏溫指數(shù)VTS兩個(gè)指標(biāo)分析巖瀝青對(duì)瀝青感溫性的影響見圖2。

圖2 針入度指數(shù)、黏溫指數(shù)與摻量之間關(guān)系

分析圖2 中曲線可知，隨著巖瀝青摻量的增加，不同品種的巖瀝青改性瀝青的PI和VTS的變化趨勢(shì)不同，但兩個(gè)指標(biāo)反應(yīng)的感溫性變化規(guī)律基本相同（除Y2），針入度PI大多在-2 ～+2 范圍內(nèi)，但是除Y1 外，不同摻量的巖瀝青改性不能全部滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 032—94）對(duì)道路石油瀝青和聚合物改性瀝青的針入度指數(shù)PI的規(guī)定。隨著摻量的增加，黏溫指數(shù)VTS總體呈減小的趨勢(shì)，說(shuō)明溫度穩(wěn)定性變好，其他巖瀝青對(duì)VTS的影響規(guī)律不明顯。

2.3 巖瀝青對(duì)瀝青高溫性能的影響

有研究表明普通瀝青混合料的臨界溫度同其瀝青軟化點(diǎn)相關(guān)性較好，一般是在瀝青軟化點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高10 ℃左右，而改性瀝青混合料的臨界溫度同瀝青軟化點(diǎn)相關(guān)性較差，但同當(dāng)量軟化點(diǎn)相關(guān)性很好，其臨界溫度也是在瀝青當(dāng)量軟化點(diǎn)的基礎(chǔ)上提高10 ℃左右。故采用軟化點(diǎn)和當(dāng)量軟化點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)巖瀝青改性瀝青的高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，軟化點(diǎn)的檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 軟化點(diǎn)與摻量之間關(guān)系曲線

齊魯70#基質(zhì)瀝青摻加了天然巖瀝青后，軟化點(diǎn)顯著提高，且除Y7 改性外，其他改性瀝青隨著巖瀝青摻量的變化軟化點(diǎn)呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.4 巖瀝青對(duì)瀝青低溫性能的影響

為評(píng)價(jià)巖瀝青對(duì)瀝青低溫性能的影響，從4 ℃針入度分析巖瀝青改性瀝青的變化規(guī)律。4 ℃巖瀝青改性瀝青針入度見圖4。

圖4 4 ℃針入度與摻量之間關(guān)系曲線

2.5 巖瀝青對(duì)瀝青耐老化性能的影響

旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)是對(duì)瀝青材料短期老化的模擬，一方面促使瀝青輕質(zhì)油分的揮發(fā)，另一方面使瀝青與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)對(duì)不同巖瀝青改性瀝青的耐老化性能進(jìn)行分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 TFOT 殘留針入度比與摻量之間關(guān)系

本次TFOT 試驗(yàn)所得到的質(zhì)量損失均為負(fù)值，質(zhì)量減少，說(shuō)明改性瀝青中輕質(zhì)油分的揮發(fā)部分超過(guò)了氧化反應(yīng)使瀝青結(jié)合料質(zhì)量增加的部分。隨著摻量的增加Y5、Y7、Y3 和Y4 的針入度比基本呈變大的趨勢(shì)，說(shuō)明這三種巖瀝青能夠提高瀝青的耐老化性能，其中Y5 在提高瀝青耐老化性能方面，效果最顯著；Y1、Y2 和Y6 的變化規(guī)律不明顯。

3 七種巖瀝青改性效果綜合評(píng)價(jià)

綜合分析前面的檢測(cè)指標(biāo)將巖瀝青摻量變化對(duì)瀝青性能的影響見表3。

表3 檢測(cè)指標(biāo)隨摻量增加的變化規(guī)律

分析表3 可知，隨著巖瀝青摻量的變化，不同的巖瀝青會(huì)對(duì)瀝青性能產(chǎn)生不同的影響，在確定巖瀝青最佳摻量時(shí)可以參考表3 規(guī)律，但Y7 巖瀝青改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)變化規(guī)律不明顯。比較相同巖瀝青摻量下的改性瀝青的性質(zhì)可知，Y5 改性瀝青黏度和軟化點(diǎn)最大，4 ℃針入度最小，殘留針入度比最大，可見Y5 改性瀝青擁有較好的高溫穩(wěn)定性和抗老化性能，但是低溫抗裂性較差。

4 結(jié)語(yǔ)

檢測(cè)了七種巖瀝青摻量為5%、10%、15%的改性瀝青的黏度、軟化點(diǎn)、針入度指數(shù)、黏溫指數(shù)、4 ℃針入度和RTFOT，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出不同巖瀝青改性瀝青隨摻量變化各指標(biāo)變化規(guī)律和相同摻量下不同巖瀝青改性瀝青指標(biāo)變化，同時(shí)對(duì)巖瀝青進(jìn)行物理指標(biāo)檢測(cè)和化學(xué)分析，研究結(jié)論：（1）除Y7外，其他巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量的增加，高溫性能提高；除Y6 外，其他巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量的增加，抗老化性能提高；除Y1 外，摻量變化對(duì)巖瀝青改性瀝青的感溫性能影響規(guī)律不明顯；除Y2、Y3、Y7 外，隨著摻量的增加低溫性能降低；Y7 改性瀝青除抗老化性能外，各方面性能隨摻量變化的規(guī)律不明顯。（2）比較相同巖瀝青摻量下的改性瀝青的性質(zhì)可知，除Y5 改性外，其他幾種改性瀝青性能相對(duì)接近。Y5 改性瀝青黏度和軟化點(diǎn)最大，4 ℃針入度最小，殘留針入度比最大，可見Y5 改性瀝青擁有較好的高溫穩(wěn)定性和抗老化性能，但是低溫抗裂性較差。