基于布敦巖瀝青（BRA）的改性瀝青特性試驗(yàn)研究

劉威

【摘 要】我國大部分高速公路多為瀝青路面，隨著交通量的增大道路承受荷載的能力需求也需要大大的提升，為消除道路車轍、剝落、坑槽等一系列病害，尋求提高改性瀝青路用性能指標(biāo)、延長(zhǎng)道路使用壽命的方法，開展了基于BRA布敦巖瀝青的改性瀝青特性試驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】BRA布敦巖瀝青；BRA改性瀝青；動(dòng)態(tài)模量；元素成分

【Abstract】Most of the highway in our country for asphalt pavement，bear load capacity with the increase of traffic demand is greatly increased，to eliminate the road rut，peeling，pit slot，such as disease，seeking to improve modified asphalt performance indicators，prolong the service life of road， carried out based on the cloth BRA，rock asphalt modified asphalt properties of experimental research.

【Key words】BRA Asphalt；Marshall Test；Dynamic Modulus；Element Composition

0 引言

巖瀝青是石油在巖石縫隙中經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的沉積、變化，在熱、壓力、氧化、細(xì)菌等自然條件綜合作用下形成的瀝青類物質(zhì)[1]。巖瀝青屬于天然瀝青，天然瀝青還包括湖瀝青、海底瀝青等。巖瀝青在國外有許多代表性產(chǎn)品，包括位于印度尼西亞布敦島巖瀝青，美國盛產(chǎn)的北美天然巖瀝青（見圖1）、瑞士瓦勒德特朗弗斯地區(qū)的沙特爾和意大利的拉古薩。在國內(nèi)新疆境內(nèi)的克拉瑪依、四川青川（見圖2）、甘肅等很多地區(qū)，也發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)備量很大的天然巖瀝青礦。

1 巖類改性瀝青國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，我們對(duì)各類公路工程應(yīng)用中的改性材料有了更加完善的認(rèn)識(shí)[2]，因?yàn)榍皫啄甑氖蛢r(jià)格較低，各類聚合物作為石油下游的產(chǎn)品，其改性技術(shù)得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在市場(chǎng)上最常用改性技術(shù)的為SBS改性技術(shù)，但是隨著油價(jià)的一步步提升，其改性成本也成了我們需要考慮的重要因素，因此天然瀝青的改性技術(shù)也越來越引起業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。國內(nèi)使用最為廣泛的天然瀝青為BRA布敦巖瀝青，BRA改性和SBS改性只是瀝青改性條件不同，其他工程條件均大致相同，在非特定條件下的改性瀝青混凝土工程中都可以應(yīng)用。

2 BRA改性瀝青實(shí)驗(yàn)研究方案

BRA改性瀝青混合料實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下。1）BRA濕法改性瀝青混合料。濕法改性先將BRA倒入瀝青中混融6min、再倒入粗細(xì)骨料攪拌1.5min、再倒入礦粉攪拌1.5min。2）BRA干法改性瀝青混合料。干法是將BRA同礦料加熱倒入攪拌鍋預(yù)拌1min，倒入A-70#瀝青拌合1.5min，再倒入礦粉拌合1.5min。3）對(duì)比性實(shí)驗(yàn)-SBS改性瀝青混合料。

3 BRA改性瀝青與天然瀝青的對(duì)比

天然瀝青一般分為兩種類型：開釆出來系純凈或僅含少量礦物質(zhì)的天然瀝青（比如格魯吉亞地區(qū)的天然瀝青）；從瀝青巖石（主要為砂巖）中使用水或其他溶劑提取出的的天然瀝青（比如巴希洛夫、原蘇聯(lián)蘇古洛夫等地區(qū)的天然瀝青）。我們同時(shí)表明，瀝青巖為含瀝青的巖石，瀝青粉為磨細(xì)后瀝青巖。含有巖瀝青的改性瀝青有諸多優(yōu)點(diǎn)（與未加入巖瀝青的基質(zhì)瀝青比較而言）：高溫穩(wěn)定性能好，即在高溫條件下改性瀝青的抗流動(dòng)變形能力較強(qiáng)，改性瀝青的高溫穩(wěn)定性的性能可以延長(zhǎng)道路的使用壽命和提高道路抵抗車載負(fù)荷的能力。天然巖瀝青加入改性瀝青后，它的閃燃溫度明顯提高。改性瀝青添加天然巖瀝青后可以增加其軟化點(diǎn)。除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，因天然巖瀝青可以更好的與基質(zhì)瀝青相溶，從而避免了一系列的拌合不均現(xiàn)象。不同產(chǎn)地、不同原油來源的基質(zhì)瀝青，其改性效果也會(huì)有所相同。不同天然瀝青對(duì)不同基質(zhì)瀝青的膠化效果是不相同的。

4 BRA改性瀝青特性試驗(yàn)分析

4.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)方法

通過試驗(yàn)可以得到3個(gè)參數(shù)：復(fù)數(shù)模量E*、動(dòng)態(tài)模量|E*|和相位角φ。粘彈性材料的應(yīng)力、應(yīng)變特性用來表示。復(fù)數(shù)模量為一個(gè)復(fù)數(shù)，動(dòng)態(tài)模量是復(fù)數(shù)模量的模，用來描述材料抵抗變形的能力。材料粘性部分和彈性部分的相對(duì)大小由相位角φ確定，完全彈性材料φ=0°，完全粘性材料的相位角φ=90°，相位角隨著材料粘性增加而增加[3]。

4.2 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)成果

動(dòng)態(tài)模量由試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力幅值和應(yīng)變幅值的比值確定（見圖3至圖4），即瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與加載頻率正相關(guān)。

5 結(jié)論

改性瀝青充分利用了現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源，對(duì)資源綜合利用起到了良性循環(huán)的作用，促進(jìn)了我國巖瀝青開采礦業(yè)的發(fā)展。目前，國內(nèi)高速公路正在大力建設(shè)，瀝青產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了大力提升。隨著改性瀝青在公路建設(shè)中的大面積推廣使用，不僅能擴(kuò)大改性瀝青的市場(chǎng)，還為巖瀝青開采業(yè)的發(fā)展擴(kuò)大了空間。國內(nèi)生產(chǎn)的天然巖改性瀝青提高了公路建設(shè)發(fā)展水平，降低了建設(shè)成本。相比而言，用天然巖改性瀝青鋪設(shè)的公路，其路面性能、使用壽命都有很大提升，從而也減少了之后的維修與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。通過BRA改性瀝青的實(shí)驗(yàn)研究，我們更加深刻的認(rèn)識(shí)了這類巖瀝青，以滿足我國將來日益增長(zhǎng)的公路建設(shè)需求，為我國公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

通過BRA改性瀝青及其改性瀝青混合料試驗(yàn)研究可得到以下結(jié)論：

1）BRA能有效改善基質(zhì)瀝青的高溫性能、感溫性能和老化性能，使路面在高溫條件下，能夠經(jīng)受荷載的作用而保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定，不影響其使用性能，延緩了瀝青路面的老化。

2）隨BRA摻量的增加，BRA 改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度、馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比增大，破壞應(yīng)變減小，破壞勁度模量增大，混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性顯著改善，低溫抗裂性有所降低。考慮到高溫穩(wěn)定性和抗水損能力兩種重要指標(biāo)，BRA改性瀝青更適用于我國南部地區(qū)。

3）BRA可以很大程度上提高瀝青路面的使用壽命和減少早期路面車轍破壞。

4）BRA礦產(chǎn)資源豐富，價(jià)格低廉，對(duì)我們國家公路的發(fā)展建設(shè)、環(huán)境保護(hù)都有很大幫助。路面性能的0 引言

巖瀝青是石油在巖石縫隙中經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的沉積、變化，在熱、壓力、氧化、細(xì)菌等自然條件綜合作用下形成的瀝青類物質(zhì)[1]。巖瀝青屬于天然瀝青，天然瀝青還包括湖瀝青、海底瀝青等。巖瀝青在國外有許多代表性產(chǎn)品，包括位于印度尼西亞布敦島巖瀝青，美國盛產(chǎn)的北美天然巖瀝青（見圖1）、瑞士瓦勒德特朗弗斯地區(qū)的沙特爾和意大利的拉古薩。在國內(nèi)新疆境內(nèi)的克拉瑪依、四川青川（見圖2）、甘肅等很多地區(qū)，也發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)備量很大的天然巖瀝青礦。

1 巖類改性瀝青國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，我們對(duì)各類公路工程應(yīng)用中的改性材料有了更加完善的認(rèn)識(shí)[2]，因?yàn)榍皫啄甑氖蛢r(jià)格較低，各類聚合物作為石油下游的產(chǎn)品，其改性技術(shù)得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在市場(chǎng)上最常用改性技術(shù)的為SBS改性技術(shù)，但是隨著油價(jià)的一步步提升，其改性成本也成了我們需要考慮的重要因素，因此天然瀝青的改性技術(shù)也越來越引起業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。國內(nèi)使用最為廣泛的天然瀝青為BRA布敦巖瀝青，BRA改性和SBS改性只是瀝青改性條件不同，其他工程條件均大致相同，在非特定條件下的改性瀝青混凝土工程中都可以應(yīng)用。

2 BRA改性瀝青實(shí)驗(yàn)研究方案

BRA改性瀝青混合料實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下。1）BRA濕法改性瀝青混合料。濕法改性先將BRA倒入瀝青中混融6min、再倒入粗細(xì)骨料攪拌1.5min、再倒入礦粉攪拌1.5min。2）BRA干法改性瀝青混合料。干法是將BRA同礦料加熱倒入攪拌鍋預(yù)拌1min，倒入A-70#瀝青拌合1.5min，再倒入礦粉拌合1.5min。3）對(duì)比性實(shí)驗(yàn)-SBS改性瀝青混合料。

3 BRA改性瀝青與天然瀝青的對(duì)比

天然瀝青一般分為兩種類型：開釆出來系純凈或僅含少量礦物質(zhì)的天然瀝青（比如格魯吉亞地區(qū)的天然瀝青）；從瀝青巖石（主要為砂巖）中使用水或其他溶劑提取出的的天然瀝青（比如巴希洛夫、原蘇聯(lián)蘇古洛夫等地區(qū)的天然瀝青）。我們同時(shí)表明，瀝青巖為含瀝青的巖石，瀝青粉為磨細(xì)后瀝青巖。含有巖瀝青的改性瀝青有諸多優(yōu)點(diǎn)（與未加入巖瀝青的基質(zhì)瀝青比較而言）：高溫穩(wěn)定性能好，即在高溫條件下改性瀝青的抗流動(dòng)變形能力較強(qiáng)，改性瀝青的高溫穩(wěn)定性的性能可以延長(zhǎng)道路的使用壽命和提高道路抵抗車載負(fù)荷的能力。天然巖瀝青加入改性瀝青后，它的閃燃溫度明顯提高。改性瀝青添加天然巖瀝青后可以增加其軟化點(diǎn)。除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，因天然巖瀝青可以更好的與基質(zhì)瀝青相溶，從而避免了一系列的拌合不均現(xiàn)象。不同產(chǎn)地、不同原油來源的基質(zhì)瀝青，其改性效果也會(huì)有所相同。不同天然瀝青對(duì)不同基質(zhì)瀝青的膠化效果是不相同的。

4 BRA改性瀝青特性試驗(yàn)分析

4.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)方法

通過試驗(yàn)可以得到3個(gè)參數(shù)：復(fù)數(shù)模量E*、動(dòng)態(tài)模量|E*|和相位角φ。粘彈性材料的應(yīng)力、應(yīng)變特性用來表示。復(fù)數(shù)模量為一個(gè)復(fù)數(shù)，動(dòng)態(tài)模量是復(fù)數(shù)模量的模，用來描述材料抵抗變形的能力。材料粘性部分和彈性部分的相對(duì)大小由相位角φ確定，完全彈性材料φ=0°，完全粘性材料的相位角φ=90°，相位角隨著材料粘性增加而增加[3]。

4.2 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)成果

動(dòng)態(tài)模量由試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力幅值和應(yīng)變幅值的比值確定（見圖3至圖4），即瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量與加載頻率正相關(guān)。

圖3 BRA改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量

圖4 SBS改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

改性瀝青充分利用了現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源，對(duì)資源綜合利用起到了良性循環(huán)的作用，促進(jìn)了我國巖瀝青開采礦業(yè)的發(fā)展。目前，國內(nèi)高速公路正在大力建設(shè)，瀝青產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了大力提升。隨著改性瀝青在公路建設(shè)中的大面積推廣使用，不僅能擴(kuò)大改性瀝青的市場(chǎng)，還為巖瀝青開采業(yè)的發(fā)展擴(kuò)大了空間。國內(nèi)生產(chǎn)的天然巖改性瀝青提高了公路建設(shè)發(fā)展水平，降低了建設(shè)成本。相比而言，用天然巖改性瀝青鋪設(shè)的公路，其路面性能、使用壽命都有很大提升，從而也減少了之后的維修與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。通過BRA改性瀝青的實(shí)驗(yàn)研究，我們更加深刻的認(rèn)識(shí)了這類巖瀝青，以滿足我國將來日益增長(zhǎng)的公路建設(shè)需求，為我國公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

通過BRA改性瀝青及其改性瀝青混合料試驗(yàn)研究可得到以下結(jié)論：

1）BRA能有效改善基質(zhì)瀝青的高溫性能、感溫性能和老化性能，使路面在高溫條件下，能夠經(jīng)受荷載的作用而保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定，不影響其使用性能，延緩了瀝青路面的老化。

2）隨BRA摻量的增加，BRA 改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度、馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比增大，破壞應(yīng)變減小，破壞勁度模量增大，混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性顯著改善，低溫抗裂性有所降低。考慮到高溫穩(wěn)定性和抗水損能力兩種重要指標(biāo)，BRA改性瀝青更適用于我國南部地區(qū)。

3）BRA可以很大程度上提高瀝青路面的使用壽命和減少早期路面車轍破壞。

4）BRA礦產(chǎn)資源豐富，價(jià)格低廉，對(duì)我們國家公路的發(fā)展建設(shè)、環(huán)境保護(hù)都有很大幫助。路面性能的提高，使用壽命的延長(zhǎng)，都表現(xiàn)出了BRA的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。除此之外的其他性能，還需要我們進(jìn)行下一步探討。

【參考文獻(xiàn)】

[1]曹亞東，嚴(yán)軍，曹祖光，等.BRA天然巖瀝青的性能及應(yīng)用研究[J].上海建設(shè)科技，2005（1）：53-55.

[2]交通部公路科學(xué)研究所.BRA天然巖瀝青路用性能研究報(bào)告[R].北京：交通部公路科學(xué)研究所，2001.

[3]杜群樂，王慶凱，王國清.BRA巖改性瀝青路用性能評(píng)價(jià)的研究[J].公路，2005（8）：133-135.

[責(zé)任編輯：田吉捷]