布敦巖瀝青摻配工藝研究

2013-08-07 05:45:26李洪亮

城市道橋與防洪 2013年1期

楊凱，董剛，李洪亮

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 引言

近年來，布敦巖瀝青(Buton Rock Asphalt，簡稱BRA)憑借優良的路用性能、低廉的價格優勢已應用于我國的道路建設中。BRA產于印度尼西亞布敦島，是地表原油在高溫、高壓、微生物及水分的綜合作用下經過長時間的氧化聚合而形成的瀝青類物質，具有熱穩定性好，抗老化能力強，水穩定性強等優點。BRA中約有20%～25%地瀝青，73%～75%灰分。由于地瀝青含量較低，BRA本身不能作為結合料，必須與基質瀝青配合使用。但BRA的灰分主要成分是碳酸鈣，密度較純瀝青大，且非常細小。因此，BRA摻加到基質瀝青中可能會產生離析，影響改性效果。

針對這一問題，本文對BRA改性工藝進行研究，根據BRA的特點采用改進的沉降試驗從灰分含量、軟化點等不同方面研究BRA改性瀝青的貯存狀態，進而確定一種科學、合理的BRA改性工藝。

1 測定BRA灰分含量

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）和《中華人民共和國石油化工行業標準》（SH/T 0422-2000）都對瀝青灰分含量的測定方法進行了規定。但BRA的灰分含量要比普通道路石油瀝青的灰分含量大很多。因此，要綜合考慮天然瀝青的特殊性及施工單位實際情況，選擇一種科學、合理的測試方法。

本研究選擇目前常用的三氯乙烯抽提法和燃燒法這兩種方法進行天然瀝青灰分含量試驗，以確定一種快捷、有效的灰分含量測試方法。試驗步驟如下：

（1）三氯乙烯抽提法

a.將BRA試樣浸于三氯乙烯中30 min，用玻璃棒攪動試樣，使地瀝青充分溶解。

b.將試樣及溶液倒入離心式抽提儀，用溶劑將燒杯及玻璃棒上的粘附物洗入抽提儀。稱取圓環濾紙質量，墊在抽提儀邊緣，緊固蓋子，在抽提儀出口放置回收瓶。

c.開動抽提儀，轉速逐漸增至3 000 r/min，地瀝青溶液流入回收瓶。重新加入溶劑，重復上述操作，如此數次直至流出的清澈溶液為止。

d.打開抽提儀，待灰分和濾紙干燥后稱其質量。

（2）燃燒法

a.將潔凈的金屬盤放在600℃左右的燃燒爐里煅燒20 min后將放入干燥器冷卻至室溫，稱取質重，準確至 0.01 g，記為 m1。

b.將2～5 g干燥的BRA樣品放入金屬盤，稱取質量，準確至0.01 g，記作m2。

c.將盛有試樣的金屬盤放入燃燒爐中600℃煅燒40 min。取出冷至室溫稱取質量，準確至0.01 g，記作 m3。

灰分含量W按式2.1計算，取兩個測定結果的算術平均值作為最終測定結果，灰分質量百分數取至0.01%。

由圖1可見三氯乙烯抽提法抽提出的BRA瀝青灰分呈棕黃色，表明BRA中還存在殘余的地瀝青，而采用燃燒法得到的BRA灰分呈灰白色，見圖2，地瀝青已經完全燃燒。試驗中發現三氯乙烯抽提法需要大量BRA和三氯乙烯溶劑，成本較高，而且抽提過程中，灰分飛散嚴重，質量損失很大，嚴重影響試驗結果的準確性。與之相比，燃燒法快速、高效，計量精確。因此，推薦采用燃燒法確定BRA灰分含量。試驗結果見表1。

圖1 BRA灰分（抽提法）

圖2 BRA灰分（燃燒法）

表1 天然瀝青灰分含量

2 沉降試驗

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052-2000）中聚合物改性瀝青離析試驗規定使用直徑25 mm，長約140 mm的鋁管，或是直徑25 mm，長200 mm的玻璃管。這兩種管型容量小、長徑比大，與實際工程中瀝青貯存容器長徑比相差較遠，影響改性劑在瀝青中的對流運動，不能有效反映工程中改性劑的離析效果。經過多次試驗嘗試，本試驗決定采用1 000 mL量筒作為試驗容器以有效模擬BRA改性瀝青在生產、運輸、儲存過程中發生的離析現象。

具體步驟：（1）將量筒洗凈、干燥，放入160℃±5℃烘箱中保溫，使其溫度達到160℃±5℃。按預定摻量制備BRA改性瀝青，取樣測定初始灰分含量。為使試驗效果更顯著，試驗中BRA摻量為44%。（2）量筒內壁均勻涂抹隔離劑，將BRA改性瀝青注入量筒距開口2 cm處，放入160℃±5℃的烘箱中。放置時間達到規定的沉降時間后（0.5 h、1 h、2 h），將量筒放入冰柜冷凍 4 h。（3）打碎量筒，將瀝青試樣剪成相等的3段，取頂部和底部的各1/3加熱后按規范要求進行軟化點試驗，并測試灰分含量。試驗結果見表2、表3和圖3～圖5。

表2 沉降試驗軟化點測試結果

表3 沉降試驗灰分含量測試結果

圖3 沉降試驗

圖4 沉降試驗軟化點測試結果

圖5 沉降試驗灰分含量測試結果

圖4、圖5表明：沉降開始0.5 h內BRA改性瀝青軟化點和灰分含量變化劇烈，0.5 h之后，各個指標變化趨勢趨于平緩。這說明成品BRA改性瀝青存儲0.5 h離析就已經完成。

表2所示為軟化點試驗結果，0.5 h、1 h、2 h上、下層軟化點差分別為23.6℃、23.8℃、25.3℃，大于《規范》要求5℃的范圍。0.5 h上層軟化點為48.6℃，相比初始軟化點降低26.6%，而下層軟化點提高了9.1%，0.5 h內的變化率已經達到全部變化率的68.4%。上層軟化點由于瀝青對流、瀝青老化和取樣誤差等因素影響，在之后的1.5 h中上層軟化點提高了1℃左右，但與0.5 h相比，變化幅度已經很小。

由表3可知，BRA沉降主要在前0.5 h，上層灰分含量急劇減少，由33%減少到7.71%，減少了76.87%，占最終沉降變化率95.81%。下層灰分含量由33%增加到45.89%，增加了37.68%，占全部沉降變化的92.83%。由圖4也可看出，0～0.5 h曲線斜率較大，0.5 h之后斜率很小，曲線接近水平，表明沉降以基本完全。BRA在后1.5 h繼續緩慢沉降，1 h和2 h的上層灰分含量只比0.5 h時減少6.36%、14.53%，而下層灰分含量也僅僅變化了1.17%、2.11%。

綜合以上分析，BRA的離析在0.5 h基本完成。不同層位瀝青性能指標相差較大，說明BRA的離析會對改性瀝青的路用性能產生嚴重影響。因此，為了避免離析產生的不利影響，推薦使用“干法”作為BRA的摻加工藝。