脫油瀝青應用于澆筑式瀝青的研究

黎明波 李 睿 盛興躍

(重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 401336)

0 引言

隨著我國公路交通事業的飛速發展，高等級公路的建設里程迅速增長，鋼結構橋梁也進入了建設的高潮期。目前用于鋼橋面鋪裝的材料主要有改性SMA 混合料、環氧瀝青混合料及高溫澆筑式瀝青混合料三種鋪裝材料［1］。澆筑式瀝青混凝土變形能力強，與鋼橋面隨從性好、具有優良的抗低溫與疲勞開裂性能［2，3］。因而，目前澆筑式瀝青混凝土廣泛應用于鋼橋面鋪裝。澆筑式瀝青混凝土中細集料、礦粉及瀝青含量高，粗骨料處于懸浮狀態，而且由于內部空隙率不連續，具有不透水、耐凍融、耐油和抗老化的特點［4，5］。

澆筑式瀝青混凝土是一種粗集料懸浮在瀝青膠泥中形成的瀝青混凝土，其強度主要依靠瀝青膠泥本身的強度及瀝青膠泥與粗集料之間的摩擦力［6］。目前采用的聚合物改性澆筑式瀝青需要加入多種改性劑，生產成本高，生產工藝復雜。為降低澆筑式瀝青的生產成本，并提高生產效率，本研究擬考察脫油瀝青(DOA)應用于澆筑式瀝青的可行性。

溶劑脫瀝青是一種重要的渣油處理工藝，主要用于從減壓渣油制取高粘度潤滑油基礎油和催化裂化原料，脫油瀝青是渣油溶劑脫瀝青過程中的副產物，主要成分為膠質、瀝青質及少量油分，其軟化點高、粘度大、針入度低［7-9］。脫油瀝青主要用來調和生產道路瀝青及建筑瀝青，另外還用作生產重質燃料油、碳素材料等的原料［10］。目前，我國每年加工原油近5 億t，每年產生的脫油瀝青達千萬噸。同時，隨著我國原油加工能力的增加及原油的重質劣質化，脫油瀝青的產量還將繼續增加。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

基質瀝青，中海50號(ZH50)道路瀝青，中海瀝青股份有限公司;脫油瀝青(DOA)，由長慶石化提供;基質瀝青及脫油瀝青性能指標見表1。集料:采用滿足相應規范的玄武巖或石灰巖礦料，其級配范圍見表2。

表1 基質瀝青及DOA 基本性質

1.2 澆筑式瀝青膠結料及混合料制備

1)瀝青膠結料制備。將基質瀝青加熱170 ℃～175 ℃，加入一定比例的脫油瀝青，攪拌至混合均勻。測試瀝青膠結料的軟化點、針入度及25 ℃延度，并進行瀝青膠結料的四組分分析。

表2 澆筑式瀝青混凝土GA10 級配構成

2)澆筑式瀝青混合料制備。首先將集料在240 ℃烘箱中保溫不少于5 h，瀝青膠結料加熱至180 ℃，按一定的油石比將集料和瀝青膠結料在240 ℃分3 次拌和，總拌和時間為45 min。

1.3 澆筑式瀝青混合料性能表征

1)劉埃爾流動度。澆筑式瀝青混合料的流動性主要由劉埃爾流動度試驗確定，主要用于評價澆筑式瀝青混凝土的工作和易性。將拌和好的瀝青混合料倒入適當容器中，以一特制標準重錘(1 kg)放入容器中，測量其貫入試樣50 mm 所需要的時間，即為劉埃爾流動值(見圖1)。

圖1 澆筑式瀝青混合料劉埃爾流動度試驗

2)澆筑式瀝青混合料貫入度試驗。以貫入度試驗測定澆筑式瀝青混合料高溫穩定性，貫入度試驗采用圖2 所示貫入度儀，貫入度試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，貫入桿直徑為25.2 mm，加載重量為52.5 kgf，試驗記錄30 min 貫入度及60 min的貫入度增量。

3)澆筑式瀝青混合料低溫彎曲試驗。采用瀝青混合料低溫彎曲試驗來評價其低溫抗裂性能，其主要指標有抗彎拉強度、彎拉應變和彎曲勁度模量。試驗參照JTG E20—2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程T0715—2011 瀝青混合料彎曲試驗進行，將澆筑式瀝青混合料成型后切制成長250 mm ± 2.0 mm、寬100 mm±2.0 mm、高50 mm ±2.0 mm 的棱柱體大梁(跨徑為200 mm±0.5 mm)試件，在-10 ℃低溫條件下保溫5 h 以上，用萬能試驗機以50 mm/min 加載速率進行試驗。

圖2 澆筑式瀝青混凝土貫入度試驗

2 結果與討論

2.1 DOA 澆筑式瀝青膠結料開發

將中海50號道路瀝青與DOA 按6∶4，5∶5 及4∶6 的質量比混合，制備澆筑式瀝青膠結料，測試其三大指標(見表3)，并進行四組分組成分析。

表3 DOA 澆筑式瀝青膠結料基本指標

表4 瀝青四組分組成分析 %

由表4 四組分分析結果可知，中海50號道路瀝青中輕質組分(飽和分、芳香分)含量較高，重質組分(膠質、瀝青質)含量較低;而脫油瀝青的組成正好相反，重質組分含量高，輕質組分含量低。脫油瀝青加入基質瀝青后，混合瀝青膠結料中的膠質及瀝青質含量相對于基質瀝青明顯增加，并且隨著脫油瀝青摻量的增大，膠質和瀝青質含量逐漸增大，飽和分及芳香分含量逐漸減小。

由于混合瀝青膠結料中重組分(膠質、瀝青質)含量的增加，這將導致瀝青膠結料的高溫性能提高，而低溫性能會有所損失。試驗結果也證明了這種推測，隨著脫油瀝青摻量的增加，瀝青膠結料的軟化點大幅提高，其延度及針入度指標則顯著降低。根據以上試驗結果，選擇綜合性能較好的澆筑式瀝青膠結料，其配合比例為中海50號∶DOA=5∶5。

2.2 DOA 澆筑式瀝青混合料性能測試

澆筑式瀝青膠結料為中海50號與DOA 按5∶5 的質量比制得的混合物，分別以7.8%，8.1%和8.4%的油石比與集料進行拌和，制備澆筑式瀝青混合料。澆筑式瀝青混凝土的相關指標見表5。

由不同油石比的澆筑式瀝青混凝土性能對比結果可知，油石比為8.1%的混凝土具有較好的性能，各項指標基本能滿足規范的要求。油石比為7.8%的混凝土除高溫穩定性能達到要求外，流動性及低溫性能均較差;油石比為8.4%的混凝土流動性最好，但高溫穩定性和低溫抗彎拉性能都不能滿足要求。經過優選，DOA 澆筑式瀝青的油石比確定為8.1%。

表5 DOA 澆筑式瀝青混凝土指標

3 結語

1)脫油瀝青加入基質瀝青后，瀝青膠結料中重組分含量增加，輕組分含量減少，顯著改善基質瀝青的高溫性能，而低溫性能降低;隨著脫油瀝青摻量的增大，瀝青膠結料高溫性能改善越明顯。最終選擇綜合性能較好的混合比例為中海50號道路瀝青∶脫油瀝青=5∶5。

2)通過不同油石比的澆筑式瀝青混凝土性能對比，油石比為8.1%的DOA 澆筑式瀝青混凝土性能較為優異，基本能夠滿足規范的要求。

3)本文的研究結果表明，脫油瀝青應用于澆筑式瀝青在技術上及經濟上均具有較大的可行性。下一階段可采用一定的改性劑進一步提高DOA 澆筑式瀝青及混合料的相關性能。

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