巖瀝青改性瀝青路用性能試驗研究嘗試

劉志剛

摘 要：從性價比的角度考慮，瀝青是當今道路建設的關鍵建筑材料，其基本性能的優劣以及性能發揮程度的好壞都決定了道路的實際建設質量以及使用壽命，因此，能否選擇更加適宜的瀝青及混合比率是影響道路建設質量的根本問題，必須予以高度重視。巖瀝青是廣泛用于道路建設的主要瀝青選擇，以巖瀝青摻雜其他材料得到的改性瀝青相對于普通瀝青來說，其用于道路建設，顯現出更好的強度、韌性和抗水性。本文結合巖瀝青的基礎性質分析，分別就不摻雜巖瀝青與摻雜3%的巖瀝青做了道路試驗，試驗結果表明，摻雜的巖瀝青表現出更好的道路性能質量，值得推廣使用。

關鍵詞：巖瀝青；改性瀝青；路用性能試驗

中圖分類號：U414 文獻標志碼：A

我們進行試驗的巖瀝青選擇天然產于印尼布敦島的巖瀝青，業界普遍稱其為布敦瀝青，英文簡寫為BRA。有研究表明，利用布敦瀝青原料做成改性瀝青，所得的改性瀝青材料具備比較好的物理力學性能，非常適合用于載重交通高速公路，以及機場的跑道等大型路面建設工程。本研究主要采用的是室內進行的馬歇爾、車轍以及低溫彎曲試驗，對外摻了布敦巖瀝青改性瀝青的路用性能進行測評，測評的主要的指標有路面的動穩定度、靜穩定度以及彎曲應變度等。

1 巖瀝青材料的基本性質

進一步分析布敦瀝青的物理構成，布敦瀝青中瀝青的實際凈含量約為20%，其他構成物質是石灰巖和一些礦物質。布敦巖瀝青中所含的瀝青其軟化點通常在70℃～90℃的范圍內，且耐老化的性能比較好，一般也可用于對普通石油瀝青的性能改進劑?？茖W研究發現，布敦巖瀝青中的主要化學成分依含量分別是碳元素、氧元素、硫元素、硅元素、鈣元素、鋁元素、鎂元素、鉀元素以及鐵元素等，因為進行研究的電子探針只可以檢測出從5號硼元素直到92號鈾元素之間的各種元素，而氫元素就不能夠被試驗檢測出來。因為瀝青的主要構成就是碳和氫的有機化合物，瀝青中必然要含有非常多的氫元素。

2 巖瀝青試驗

2.1 巖瀝青性能測試

因為我國在巖瀝青的使用領域起步較晚，目前還沒有提出符合國內環境和建設情況布敦巖瀝青的具體技術參數和指標，所以，在實施整個試驗時，我們采用了印尼巖瀝青的國家技術參數和標準。在試驗中，本項目進行摻雜的瀝青混料的集料是來自陜西咸陽的石灰巖，采用的集料其顆粒的粒徑尺寸規格為s10（10mm～15mm）、s11（5mm～10mm）、s12（3mm～5mm）以及s13（0mm～3mm）；試驗巖瀝青的針入度在25℃條件下，取100克，時間為5s，試驗針入度指數設定為P.I 1.27 ≥0.6，測定針入深度0.1mm。試驗的巖瀝青其延度測定為150 ≥100，測試條件滿足5℃，進度為5cm/min，單位取cm。試驗巖瀝青的軟化點測定為40℃～60℃；試驗巖瀝青的閃點測定為≥240℃；試驗巖瀝青的溶解度測定為99.6% ≥99.0%；實測巖瀝青15℃密度為1.036g/cm?。

2.2 巖瀝青軟化點的試驗結果分析

軟化點是目前大多國家用來體現改性瀝青材料的高溫綜合性能的重要指標，通過理論分析，瀝青的軟化點與瀝青的黏合程度有著直接的正比例關系，可直接反應出該瀝青的實際黏度。在試驗過程中，通過實際測定，得到此時瀝青軟化點的瀝青黏度，大部分瀝青的黏度基本處于1200～1300。瀝青的軟化點越高表明該瀝青的等黏溫度也越高，所以物質因受力出現黏滯性流動情況就越發困難，進而提升改性瀝青材料實際高溫條件下的穩定性。

對巖瀝青的軟化點試驗，與基體瀝青通過不同摻雜程度高速整合及剪切下對試樣進行制備，測定結果表明，隨著巖瀝青的摻入濃度逐漸提高，改性瀝青的軟化點也會隨著升高。這一結果表明，巖瀝青對增強改性瀝青的高溫條件下的穩定性有正向的促進作用，摻入巖瀝青的數量越大，混合后的瀝青其高溫穩定性也越好，基本符合線性正比例關系。

2.3 巖瀝青進行馬歇爾試驗的結果及其分析

馬歇爾試驗是在基體瀝青內添加質量為3%的混合料，在此基礎上，進行添加巖瀝青。為保持與施工現場的施工工藝一致，本次馬歇爾試驗運用干性攪拌工藝。本試驗項目運用的摻雜巖瀝青數量為3%，所謂摻雜數量3%就是特指摻雜巖瀝青數量占所有混合料的總體比重，改性瀝青的混合料進行拌合的溫度實際就是瀝青的加熱溫度，一般都控制在158℃～165℃，對礦料進行進一步加熱的溫度選擇約為178℃～189℃；改性瀝青的混合料進行拌和的溫度保持在165℃～175℃，溫度浮動范圍±5℃，對改性瀝青進行擊實的溫度選擇156℃～166℃。通過試驗，可以得出如下的幾個結論：

（1）不摻雜巖瀝青要比摻雜3%巖瀝青的最佳狀態油石比率要高出約0.6，且這兩者間的最佳狀態油石比的實際差值，要直接與巖瀝青內所含有的大約23%的純瀝青以及混合料的拌合溫度有高度的相關性。

（2）不摻雜巖瀝青比摻雜3%巖瀝青的空隙率要顯得稍大，造成這一情況的主要原因是，有一些巖瀝青的流體成分會填充原來巖瀝青改性瀝青的微小空隙。

（3）不摻雜巖瀝青比摻雜3%巖瀝青導致殘留的穩定度更低，測定的數據也進一步表明這一點，殘留穩定度實際提高的幅度大約在6.5%左右。造成這一結果的原因是巖瀝青中各構成主要部分的分子量比較大，當這些大分子緩慢溶解于基體瀝青后，在高溫以及瀝青小分子充分的作用下，會導致巖瀝青內部大分子膠束發生破裂，因而表現出了更多的活性分解點，迅速和那些小分子成分通過半聚合作用相互結合。

3 巖瀝青改性瀝青路用性能分析

3.1 高溫條件下的穩定性

從前述試驗的結果不難看出，添加了布敦巖瀝青后的改性瀝青其高溫條件下穩定性能變得更好。改性瀝青材料的動穩定度為從完全不摻雜布敦巖瀝青時的1975次/mm大幅增加到摻雜了3%布敦巖瀝青后的3201次/mm，實際的動穩定度的提升幅度約為63%。同時，對比試驗樣本的總變形程度能夠看出，對于不摻雜布敦巖瀝青，60分鐘位移的平均值保持在4mm，而摻雜了3%布敦巖瀝青后，60分鐘位移平均值大約為1.2mm，總體的變形降低幅度還是比較大的。

通過車轍試驗，也可得出改性瀝青材料在高溫條件下的路用性能，由此可知，摻雜布敦巖瀝青能夠提升改性瀝青材料的高溫條件下的路用性能，試驗測試結果與巖瀝青的物理構成有直接關系。蠟對于瀝青的路用性能影響很大，蠟含量越高，瀝青的路用性能就越差。對于布敦巖瀝青而言，其在原油狀態時成分中也含有蠟，在地殼運動的漫長周期里與各種因素發生作用，含有的蠟數量大幅降低，逐漸轉化為其他的存在形式。當把布敦巖瀝青摻雜到普通的瀝青當中后，在成分進行重組的過程中，也會將該特性傳遞給基體瀝青，進一步減小了石蠟對瀝青性能的危害。

3.2 水凍融穩定性

通過試驗可發現，摻雜了布敦巖瀝青的改性瀝青材料其水穩定性能表現更好。經循環凍融試驗后，摻雜改性瀝青材料的水穩定性發生了很大的變化，有了顯著的提升，且其劈裂強度的降低非常小，基本保持在98.9%以上，這也說明布敦巖瀝青的摻雜提升了改性瀝青材料的路用界面防水性能，并且因為布敦巖瀝青中還含有一部分沒有分解的低分子成分，會很好地填充那些基體瀝青的結構空隙，進而改變了改性瀝青材料的微觀構造，降低了水分存留凍融對路面造成的損害。試驗證明，摻雜了3%比重的布敦巖瀝青，試驗整體材料的劈裂凍融抗壓及拉伸強度要大大高過技術指標中不低于80%的要求。

3.3 低溫彎曲性能

衡量改性瀝青材料的路用性能不能只考慮材料的強度和變形，低溫下的彎曲性能也是必須重點考察的內容。試驗發現，相同承受速率和溫度下，摻雜了3%布敦巖瀝青的彎曲應變數值從11.51 被提升到了12.24 ，其應變密度增長率約為8%。

4 布敦巖瀝青BRA作為一種天然瀝青改性劑，具有其他改性劑無法比擬的優勢

4.1 抗剝離性

布敦巖瀝青中，氮元素以官能團形式存在，這使巖瀝青與集料牢牢地吸附在一起，使其與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯的改善。

4.2 抗車轍性

現如今瀝青路面的流變是道路上最常見的瀝青路面破損現象。在路面的后期養護維修統計中，約有90%是因為車轍引起的變形破壞。試驗證明，布敦巖瀝青改性劑能夠很好地解決目前道路瀝青路面由于大交通量、超重超載、渠化交通等引起的路面車轍深度和疲勞剪切裂紋的出現。

4.3 耐候性

由于表面形成致密光亮保護膜的特點極大地改善了瀝青的耐候性和抗紫外線能力，提高了瀝青路面的耐久性，從而延長了道路的使用壽命。

4.4 抗老化、抗高溫

布敦巖瀝青本身的軟化點達到150℃以上，其本身極易與石油瀝青相溶，屬于瀝青基對瀝青基的摻配，優化其抗高溫、老化性能。

4.5 經濟效益

天然瀝青的配比是根據公路的技術設計來配比的，一噸布敦巖瀝青價格大約為2500左右，與普通石油瀝青價格相當，在改善路用性能的情況下后期維護費用大大減少。

結語

綜上所述，摻雜了巖瀝青的改性瀝青材料在路面性能試驗中表現優異，之所以會這樣，與巖瀝青的成分構造密切相關。在當今我國基礎工程需求強烈建設日新月異的情況下，改性瀝青材料必然會有巨大的用途和發展空間。從研究者的角度說，要結合國家的發展需要，根據自己的專業特長，挖掘新型瀝青材料的路用技術性能和最佳應用措施，通過不斷試驗，找到性價比最高的可行性辦法，推動國家基礎建設取得更大的進步。

參考文獻

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