巖瀝青在道路工程中的應用研究

李立群

（唐山市交通勘察設計院有限公司，河北 唐山 063000）

1 引言

隨著我國國民經濟的飛速發展和提高，越來越多的高等級公路將被建成并投入使用，目前我國高速公路的通車里程已經超過4萬公里。在這些高等級公路的路面結構中，95%以上的路面采用了瀝青路面。另一方面城市道路中也多數采用瀝青路面。

使用一年以上的高速公路，不管采用半剛路面、還是柔性路面，路面都不同程度的產生了車轍。在瀝青路面的各種破壞現象中，車轍問題尤其重要，它除影響行車舒適外，還對交通安全有直接影響，例如在變換車道時操作困難，車轍積水及高速行車水漂或結冰，在氣候條件惡劣時制動困難。尤其是在2003年與2004年的夏季高溫中，我國許多省份的多條高速公路都出現大面積的嚴重車轍，江西省的梨溫高速、浙江省的金麗溫、山東的京福高速濟泰段、福建省及江蘇省的一些高速都出現了比較重的車轍，嚴重影響了行車舒適及交通安全。

2 天然巖瀝青

天然巖瀝青是一種黑棕色的固體，天然的巖瀝青形狀類似塊煤，密度在1.0左右。軟化點較高大約在230攝氏度以上，含氮量較高接近2%，含蠟量極低。巖瀝青屬硬質瀝青，是天然瀝青的一種。天然瀝青是石油在自然界長期受地殼擠壓并與空氣、水接觸逐漸變化而形成的，以天然形態存在的石油瀝青，其中場混有一定比例的礦物質。按形成的環境可分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青、油頁巖等。巖瀝青是石油不斷地從地殼中冒出，存在于山體、巖石裂隙中蒸發凝固而形成的一中天然瀝青。由于巖瀝青產生于巖石裂隙中，所受的壓力與溫度條件比其他天然瀝青高，所以聚合程度很高，分子量很大，軟化點較高。

將天然巖瀝青加入普通的石油瀝青中，由于溫度與小分子溶劑的共同作用，使得天然巖瀝青這些分子量很大的膠束破裂，而破裂的膠束上暴露出的許多活性點立刻被普通瀝青中的小分子物質所填充、飽和，形成一種全新的組合，最終形成以天然巖瀝青大膠束分子為中心，普通瀝青小分子填充、包圍的新的方式。實質上是在普通瀝青中加入了大量的非自發核心物質，這個核心的分子量較普通瀝青分子量大，對原基質瀝青一小分子量的瀝青質為核心的結構進行了改造，其改造程度的大小取決于加入瀝青分子量的大小及氮、氧、硫側鏈的數量多少。分子量越大，活性越高，則這種改造程度就明顯，得到的改性瀝青技術性能也就愈優越。

3 巖改性瀝青混合料的改性機理

對于瀝青混合料的強度形成理論有表面理論和膠漿理論，表面理論認為瀝青混合料是由礦質骨架和瀝青組成，瀝青分布在礦質骨架表面，將礦質骨架膠結成為具有強度的整體。膠漿理論則認為瀝青混合料是一種高級空間網狀結構的分散系，瀝青砂漿則以細集料為分散相，分散在瀝青膠漿中，瀝青膠漿又以填料為分散相分散在瀝青介質中，這三級分散相系以瀝青膠漿最為重要，它的組成結構決定了瀝青混合料的高低溫性能。

表面理論根據混合料礦質骨架的特點把瀝青混合料分為懸浮密實結構、骨架空隙結構及骨架密實結構。認為摩阻角在提高混合料的高溫穩定性方面起著重要作用，凝聚力則在抗剪切、抗彎拉等荷載作用中發揮較大影響。摩阻角的大小主要由礦質集料結構決定，凝聚力則主要受瀝青的粘度和瀝青與礦料的相互作用影響。

膠漿理論認為瀝青混合料的強度主要來自與瀝青膠漿分散介質。瀝青膠漿分散介質的組成決定了混合料的高溫穩定性和低溫抗裂、抗變形能力。因此膠漿理論更加重視瀝青的稠度和瀝青與礦粉的相互作用，而粗集料等分散相對混合料的強度影響，是通過其數量的增減改變了分散介質的模量表現出來的。

按照兩種不同的理論，在解決瀝青混合料的高溫穩定性的缺陷時，表面理論重在加強礦質的集料的粗集料骨架作用，而膠漿理論則把重點放在瀝青稠度，增加礦料用量上，他們的目的都是為了增強混合料的抗剪切破壞強度。

而巖瀝青中碳、氫、氧、氮、硫的含量較高，幾乎每個瀝青質大分子中都含有上述元素的極性官能團，使其在巖石表面產生強吸附性，實驗數據表明其吸附自由能及其在硅酸巖、石英巖、石灰巖、高嶺石和硅鋁酸巖表面的吸附能量都比普通瀝青膠質高出數倍，同時巖瀝青還含有多種能促進石油瀝青中的活性基團(梭基、揣基、醛、茶等)交聯聚合的有機鏈，使得摻入巖瀝青的石油瀝青分子的排列方式和網狀結構(節點和強度)得到了改善，較大的增強了瀝青內聚力。

4 巖改性瀝青混合料的路用性能

4.1 瀝青混合料的高溫穩定性

把基質瀝青混合料與巖改性瀝青混合料都采用相同的礦質材料及級配（AC-20），分別在150攝氏度和165攝氏度的條件下采用輪碾法成型車轍板試件，試件尺寸為300mm*300mm*50mm，輪胎接觸壓力為0.7Mpa，行走距離為23cm，速度42次/min,試驗溫度為60攝氏度，實驗結果如下表所示:巖瀝青改性瀝青車轍試驗數據

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從上表可以看出，經過天然巖瀝青改性后，瀝青混合料的動穩定度有了大幅度提高，也就是說，普通瀝青經過改性后，其抗高溫性能得到了較好地改善，能夠在瀝青混合料承受高溫及重型荷載作用的同時，具有良好的穩定性能，防止瀝青路面產生變形。

4.2 瀝青混合料的低溫性能

基質瀝青混合料與巖改性瀝青混合料都采用相同的礦質材料及級配(AC-20),彎曲試件采用小梁試件，試件尺寸寬為30mm，高為35mm，長為250mm,加載速率為 50mm/min，試驗溫度為-10攝氏度，基質瀝青與巖改性瀝青(不同摻加量)的彎曲破壞試驗結果見下表:

彎曲破壞試驗結果

由上表可知，基質瀝青加入巖瀝青后，不會影響瀝青混合料的低溫性能，且有所提高。

5 巖改性瀝青運輸的技術要求

瀝青混合料的運輸車必須加蓋篷布或其它保溫材料，以最短的時間裝車運至攤鋪機前斜料，防止結合料表面結硬，為確保攤鋪連續以及平整度大小符合技術規范要求，必須保證攤鋪機前至少兩輛車等待卸料，決不能出現攤鋪機等車的現象。其余要求應滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)的技術要求。

6 巖改性瀝青攤鋪的技術要求

天然巖瀝青改性瀝青混合料在攤鋪時應盡量連續不斷的施工，以減少攤鋪機和壓路機的停頓，提高面層平整度。為提高路面的平整度，表面層應采用非接觸式平衡梁攤鋪厚度控制方式。天然巖瀝青改性瀝青混合料在高溫狀態下主要是靠粗集料的嵌擠作用，可適當提高夯錘振搗頻率，使剩余壓實系數減少，初壓的痕跡也極小，進而確保路面的最終平整度。其余要求應滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的技術要求。

7 總結

由于瀝青路面高溫穩定性不足出現的車轍不僅影響行車的舒適性和快速性，而且影響行車安全。瀝青混合料的高溫性能受到諸多因素的影響，這些因素涉及到材料、設計、施工及氣候、荷載等方面。顯然改善瀝青混合料的高溫性能應針對這些因素采取相應的措施，巖瀝青是一種適于推廣的改善瀝青路面高溫穩定性的材料。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防，人民交通出版社，2001.

[2]詹百萬.巖瀝青添加劑路用性能的試驗研究，山西建筑，2007.

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