摻加巖瀝青的瀝青膠結料性能分析

陳庭安

(廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450)

摻加巖瀝青的瀝青膠結料性能分析

陳庭安

(廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450)

通過室內試驗首先分析復配膠結料的基本性能變化，并與70#瀝青和SBS改性瀝青比較，對進一步研究和應用有一定的參考作用。

巖瀝青；改性；瀝青膠結料；性能分析

1 試驗材料及復合膠結料制備

1.1 試驗材料

試驗采用布敦巖瀝青、殼牌70#、110#石油瀝青以及SBS改性瀝青，各材料技術性能測試結果如表1～4所示。

表1 布敦巖瀝青基本性能

表2 殼牌110#石油瀝青基本性能

表3 殼牌70#石油瀝青基本性能

表4 SBS(I-C)改性瀝青基本性能

1.2 復合膠結料制備

摻加巖瀝青可對石油瀝青起到改性作用，在改性過程中巖瀝青的攪拌溫度與攪拌時間是關鍵參數。攪拌溫度與石油瀝青的老化溫度、巖瀝青的熔融溫度等有關，攪拌溫度偏高，易加速復合膠結料的老化；攪拌溫度偏低，則可能造成巖瀝青在石油瀝青中不能得到均勻分散。攪拌時間是否合理對膠結料的性能也有較大影響，攪拌時間偏短，會造成巖瀝青的分散度降低，不能起到良好的改性作用；攪拌時間偏長，一方面高溫下延長了瀝青的老化時間，另一方面也帶來能源的浪費，增加成本。因此，在巖瀝青與石油瀝青復配生產時，通過試驗確定合理的攪拌時間與攪拌溫度非常有必要。籍曉靖等研究認為合適的生產條件為，石油瀝青加熱至150 ℃，在145～150 ℃的溫度范圍摻入巖瀝青持續攪拌30 min左右。

巖瀝青改性石油瀝青復合膠結料制備的工藝參數與流程如下：(1)110#石油瀝青加熱至145～150 ℃；(2)摻入15%的布敦巖瀝青，在恒定溫度下攪拌30 min；(3)將復合膠結料在150 ℃恒溫烘箱中保溫45 min進行巖瀝青的充分溶脹；(4)保溫后取出150 ℃攪拌15 min；(5)澆筑模具備用。

2 試驗及分析

2.1 高溫性能及工作性

瀝青路面的抗高溫性能取決于礦料的骨架嵌擠結構和瀝青膠結料的黏結能力。研究認為，礦料結構對瀝青混合料的抗高溫性能貢獻占到60%左右，膠結材料的黏結性能則占到40%左右，可見，瀝青膠結材料的性能也非常重要。在施工中，由于操作簡單，試驗快速高效，因此常用軟化點指標評價瀝青膠結料的高溫性能；對于工作性，則常用高溫狀態下瀝青膠結料的運動粘度指標來評價。本次分析摻入巖瀝青后瀝青膠結料軟化點和布式旋轉粘度指標的變化，并與70#瀝青和SBS改性瀝青進行對比，以評價巖瀝青復合瀝青膠結料的高溫性能與工作性，試驗結果如圖1～2所示。

圖1 軟化點試驗結果

分析圖1試驗結果發現，在110#石油瀝青中摻加15%的巖瀝青制備的復合膠結料軟化點高于70#石油瀝青，此表明巖瀝青與高針入度標號的石油瀝青復配可使瀝青膠結料在質上相對變硬。這可能是因為巖瀝青把天然瀝青的發達網狀結構帶入了石油瀝青中，從微觀上改善了瀝青分子結構，使瀝青分子間更容易聚合而成大分子結構的緣故。在工程應用中，當采用價格較低的高標號軟質石油瀝青時，可摻加一定量的巖瀝青改善其高溫性能。

圖2 旋轉粘度試驗結果

同樣可以發現，盡管巖瀝青與110#石油瀝青復配的膠結料軟化點高于70#石油瀝青，但其距SBS改性瀝青的軟化點仍然有一定的差距。可見，就抗高溫變形性能來講，巖瀝青改性石油瀝青的膠結料用于瀝青表面層存在一定的風險。

分析圖2試驗結果發現，摻加15%的巖瀝青，其膠結料的高溫運動粘度已基本與70#石油瀝青相當，遠遠低于SBS改性瀝青。在相同溫度下，膠結料高溫粘度越小，其工作性越好，這說明在110#軟質石油瀝青中加入巖瀝青后，其膠結料工作性與70#石油瀝青相當。單從高溫粘度數值評價，復合膠結料的工作性遠遠好于SBS改性瀝青，但由于SBS改性瀝青各方面性能優勢，單純比較工作性沒有意義。

2.2 低溫性能

低溫延度指標可在一定程度上評價瀝青膠結料的低溫性能。試驗采用5 ℃延度指標分析巖瀝青改性石油瀝青的低溫性能，并與70#石油瀝青與SBS改性瀝青進行對比，試驗結果如圖3所示。

圖3 5 ℃延度試驗結果

分析圖3試驗結果發現，在110#石油瀝青中摻加巖瀝青形成的復合膠結料5 ℃延度低于70#石油瀝青，與SBS改性瀝青相差更遠，這說明巖瀝青在膠結料低溫改性方面是起負面作用的。分析認為巖瀝青的摻入，加強了石油瀝青原有結構中的極性化學鍵，加固了瀝青質與膠質形成的大分子網狀結構，從而增加了分子的黏性，卻降低了分子的韌性。另一方面，巖瀝青中含有一定的礦物等雜質，此處產生的應力集中現象也易使膠結料從此處斷裂。因此，當工程中采用巖瀝青改性時，可以采取一些改善低溫性能措施。

2.3 溫度敏感性

瀝青膠結料的溫度敏感性指標主要表征膠結料性質變化對溫度的敏感性，目前國內外常用針入度指數PI值的大小表征瀝青的溫度敏感性。本次研究采用PI指標分析巖瀝青改性石油瀝青的復合膠結料對溫度的敏感性，并對比70#石油瀝青與SBS改性瀝青，試驗結果如圖4所示。

圖4 針入度指數試驗結果

分析圖4試驗結果發現，在110#軟質石油瀝青中加入15%巖瀝青改性后，針入度指數PI在0.5～1.0之間，與SBS改性瀝青接近，表明復合膠結料溫度敏感性較小，感溫性能好。除此之外，籍曉靜等研究認為，大多數巖瀝青改性軟質石油瀝青的PI值均在-1.5～1.0之間變化，并且隨著巖瀝青摻量的增加，復合膠結料的PI值也會有所增大，材料的溫度敏感性降低，感溫性能逐漸變好。

2.4 老化性能

瀝青老化是一個逐漸發生的過程，其速率直接影響路面的使用壽命，是影響瀝青路面耐久性的主要因素。采用旋轉薄膜烘箱模擬施工過程中的短期老化，分析老化后復合膠結料的針入度、延度以及質量損失等指標。

分析表5試驗結果可以發現：

(1)短期老化前與老化后，摻加巖瀝青的復合膠結料的25 ℃針入度均小于70#石油瀝青與SBS改性瀝青，說明在常溫條件下，復合膠結料的稠度最大；從短期老化后，復合膠結料的針入度比小于SBS改性瀝青，大于70#石油瀝青。

表5 短期老化后試驗結果

(2)三種膠結料中，復合膠結料老化后的5℃延度最小，幾乎沒有拉伸長度，明顯低于70#石油瀝青與SBS改性瀝青。這說明低溫條件下比較脆的復合膠結料，在經過短期老化后變的更脆，低溫抗裂性能急劇下降。

(3)就老化后質量變化指標而言，70#石油瀝青質量變化最小，SBS改性瀝青最大，巖瀝青改性復合膠結料介于兩者之間。復合膠結料的質量變化之所以為負值，可能是因為老化過程中巖瀝青灰分的散失和輕質油分的揮發程度大于膠結料因氧化造成質量增加的程度。

3 結 論

(1)相比70#石油瀝青，110#軟質石油瀝青中加入巖瀝青形成的復合膠結料軟化點有所提高，工作性基本相當。

(2)復合膠結料5 ℃延度低于70#石油瀝青與SBS改性瀝青；針入度指數PI值在0.5～1.0之間，已接近SBS改性瀝青，具有較低的溫度敏感性。

(3)復合膠結料25 ℃針入度比大于70#基質瀝青，小于SBS改性瀝青，其抗老化性能介于70#基質瀝青與SBS改性瀝青之間。由于巖瀝青中存在少部分灰分等雜質，使得復合膠結料的質量變化略大于70#基質瀝青。

[1] 籍曉靖. 基于預拌—增強技術的環保型瀝青混合料研發與應用[D]. 西安: 長安大學, 2013.

[2] 孔祥利. 巖瀝青改性70#瀝青混凝土應用技術研究[D]. 長春: 吉林大學, 2009.

[3] 胡安宇, 張永平, 王飛. 基于軟硬瀝青復配的瀝青混合料溫拌技術的研究與應用[J]. 武漢理工大學學報(交通科學與工程版), 2011, 35(6): 1170-1177.

2016-10-03

陳庭安(1981-)，男 ，廣東興寧人 ，工程師，主要從事公路路面試驗檢測研究工作。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0016-02