巖天然巖瀝青改性劑在公路中的應用研究

李 鑫

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江哈爾濱 150080）

巖天然巖瀝青改性劑在公路中的應用研究

李 鑫

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江哈爾濱 150080）

巖瀝青是石油在自然界中長期受地殼擠壓、變化，并與空氣、水接觸氧化綜合作用下生成的瀝青類物質，其中有的混有一定比例的礦物質。通常分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青等。巖瀝青以高含氮、軟化點高的天然礦物元素作為主要成分，具有抗剝離、耐久、抗車轍、抗老化四大特點。針對巖瀝青作改性劑，與基質瀝青的相溶性，及瀝青微觀結構巖瀝青改性混合料設計配比試驗作了詳細分析研究。

瀝青改性；混合料使用性能；瀝青軟化點

1　用其改性可以顯著提高瀝青路面的高溫穩定性

（1）天然巖瀝青自身的軟化點非常高，一般在160～175℃，故利用其制造的改性瀝青軟化點也非常高，達到98℃，使其改性瀝青混合料具有非常好的高溫穩定性，能明顯地提高瀝青路面的抗車轍能力。

（2）天然巖瀝青含氮量高，提高了瀝青路面的抗水損能力。天然巖瀝青中，氮元素以功能團形式存在，這種形式使天然巖瀝青具有很強的浸潤性和對自由氧化基的高抵抗性，其他元素的官能團及側鏈的存在也共同發育了上述特征。具體表現就是瀝青粘度增大，抗氧化性增強，特別是集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善。與有機類胺類抗剝離劑相比，其抗水損壞能力更穩定而耐久。

（3）天然巖瀝青抗老化能力強，耐候性能好，瀝青路面使用壽命更久。由于天然巖瀝青常年與自然環境共存，性質特別穩定，天然巖瀝青抗微生物侵蝕作用很強，這是因為它在形成的千百萬年過程中，能被侵蝕的都已被侵蝕完了，而且天然巖瀝青有在自由表面形成致密光亮保護膜的特點，這使瀝青的自由表面十分光亮，形成了一個天然巖瀝青富集保護層，保護了里面的瀝青不被侵蝕。天然巖瀝青的高含氮量，使改良的瀝青粘度更好，也有更好的抗氧化性。這些品質將會提高瀝青里面的耐久性，減緩瀝青老化速度，從而延長道路使用壽命。

（4）研究線路及主要內容

①巖瀝青性質與改性機理研究。通過物理化學手段對巖瀝青性質進行深入研究。分別采用“濕法”和“干法”工藝研究巖瀝青對基質瀝青和主要性能指標改善試驗規律以及混合料性能改善的不同改性機理，探討巖瀝青作為瀝青混合料外加劑的使用可行性。

②巖瀝青改性瀝青混合料設計配比試驗研究。采用馬歇爾設計方法對巖瀝青混合料進行設計。采用“干法”工藝制備巖瀝青改性瀝青混合料，確定瀝青混合料體積指標、路用性能，選取最佳拌和工藝參數。

③巖瀝青改性瀝青混合料使用性能研究。采用對比試驗總結巖瀝青混合料的高溫穩定性能、水穩定性能、低溫抗裂性能，并通過依托工程試驗路進行驗證，對其路用性能進行綜合研究和評價。

④通過工程試驗路施工，總結巖瀝青改性混合料施工工藝參數。巖瀝青常溫狀態下為黑色粉末，手感細膩，附著性強，易吸水但不溶于水，難溶于三氯乙烯、汽油、煤油等常用有機溶劑，瀝青含量很高，比業內熟知的布敦巖瀝青的瀝青含量高出很多，雜質含量很少且多為灰分。具體檢測指標見表1。

表1　巖瀝青技術指標

2　巖瀝青性質及改性機理研究

2.1巖瀝青微觀結構與物理性質研究

巖瀝青礦石是一種自然資源，天然外觀接近于煤礦，化學成分接近于瀝青。巖瀝青具有比表面積大，密度小（略大于水），吸附性強，化學性質穩定等特征。巖瀝青屬于天然瀝青的一種，可根據改性瀝青混合料生產工藝的要求進行研磨、加工、提煉。本文采用的是“干法”工藝，首先將固體狀的巖瀝青研磨加工成粉末狀顆粒，通過機械或人工投入瀝青拌合樓的攪拌缸，延長3～5 s干拌時間，讓巖瀝青顆粒與礦料充分拌和均勻，高溫下巖瀝青顆粒熔融后裹覆礦料表面，起到改性的效果。不同加工粒徑巖瀝青的物理性質及工藝特性如表2所示。

表2　不同加工粒徑巖瀝青的物理性質及工藝特性

采用機械自動投放巖瀝青改性劑時，需要提升機、螺旋等輔助設施以及粉料罐等儲存設備，由于巖瀝青含有輕質油分，密度較小，輸送過程中容易出現管道堵塞現象，并且顆粒太細，攪拌缸的除塵系統也會吸走部分顆粒，造成損耗。因此，綜合考慮巖瀝青的比表面積、產能、生產效率、能耗、投放過程損失、運輸成本等因素，比較巖瀝青改性混合料的生產質量與綜合成本，本文選擇巖瀝青顆粒的加工粒徑為100目。

2.2不同摻量巖瀝青改性瀝青的常規性能指標分析

運用改性瀝青制備工藝，設計了9%、12%、15%、18%、四種巖瀝青摻量，并采用內摻法制備了巖瀝青改性瀝青，其常規性能指標試驗結果。

2.3巖瀝青改性瀝青軟化點、與摻量的關系

巖瀝青改性瀝青的軟化點、當量軟化點與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的軟化點和當量軟化點均有規律地升高，可見巖瀝青對瀝青的高溫性能有改善作用，改性后的瀝青耐熱性能提高，抵抗高溫變形的能力增強。

表3　不同摻量巖瀝青改性瀝青試驗結果

3　巖瀝青改性瀝青的針入度

針入度指數與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的針入度有規律地降低，針入度指數有規律地升高，說明改性瀝青對溫度敏感性降低，性質穩定。

巖瀝青改性瀝青的當量脆點與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的當量脆點有規律地升高，說明改性瀝青耐低溫性能在衰減，低溫柔性降低。表3中的5℃延度數據也表明，巖瀝青改性瀝青抗低溫性能在降低。

4　結 論

由以上結果可以看出，巖瀝青的主要作用在于提高瀝青的高溫穩定性能、降低溫度敏感性，針入度、針入度指數、軟化點、當量軟化點、當量脆點等指標表明巖瀝青能夠有效提高瀝青的耐高溫性能、降低其溫度敏感性，但對低溫性能無明顯改善作用。

U416.217

C

1008-3383（2016）10-0046-02

2016-02-12