天然巖瀝青BRA 對瀝青膠漿改性機理及其性能研究

符 德

（南召縣農村公路管理所，河南 南召 474650）

布敦巖瀝青（BRA）是指所含無機礦物成分約為75%左右，而瀝青含量約為25%的天然瀝青。研究表明，巖瀝青可以作為外加劑來提升瀝青混合料的路用性能，延長路面使用壽命；通過元素分析表明，BRA中的無機礦物組分主要為CaO；采用XRD及XRF研究發現，碳酸鈣為BRA中無機灰分占比最多的化學成分；BRA可以提升瀝青膠漿的高溫流變性能及瀝青混合料性能。目前，我國對于天然巖瀝青已有相關的規范指南，但還沒有成套完善的混合料設計要求及標準體系指標，關于天然巖瀝青BRA的改性機理及性能方面的研究還不全面。

因此，本文以BRA作為特殊的改性劑分別對基質及SBS瀝青膠漿進行改性，采用BRA中的灰分分別取代0%、25%、50%、75%、100%的礦粉，制備BRA改性基質瀝青膠漿（簡記為BVM）和BRA改性SBS瀝青膠漿（簡記為BSVM），通過接觸角、熱重分析和紅外光譜試驗研究了天然巖瀝青BRA對瀝青膠漿改性機理及其性能，以期進一步為BRA的推廣應用提供參考。

1 原材料

1.1 瀝青

采用中石化70基質瀝青及質量分數為4%SBS的改性瀝青，分別對其主要技術指標進行檢測，試驗結果如表1所示。

表1 瀝青技術指標試驗結果Tab.1 Test results of asphalt technical indicators

1.2 天然巖瀝青BRA

天然巖瀝青選用印尼BRA，其灰分質量分數占75%以上，瀝青質量分數約為25%。采用方孔篩對BRA的級配組成進行篩分分析，并對其含水率和密度關鍵性指標進行檢測，試驗結果如表2所示。

表2 BRA技術指標及篩分結果Tab.2 Technical indicators and screening results of BRA

1.3 石灰巖礦粉

選用生產商供應的人工磨細石灰巖礦粉作為填料，對其表觀密度及顆粒級配進行檢測，試驗結果如表3所示。

表3 石灰巖礦粉的性能指標Tab.3 Performance indexes of limestone mineral powder

2 BRA改性瀝青膠漿制備

按照粉膠比1.2，采用BRA中的灰分分別取代0%、25%、50%、75%、100%的礦粉，制備BRA改性基質瀝青膠漿（簡記為BVM）和BRA改性SBS瀝青膠漿（簡記為BSVM），共8組試樣。

采用電磁攪拌設備及自動控溫電爐進行瀝青膠漿的制備。首先將稱量的瀝青加熱，隨后加入不同配比的BRA及礦粉，然后升溫至攪拌溫度，并以4 000～5 000 r/min的攪拌速率進行攪拌制得BRA改性瀝青膠漿，再置入烘箱內發育一定時間；備用。不同瀝青膠漿的制備工藝如表4所示。

表4 BRA改性膠漿制備工藝Tab.4 Preparation technology of RA modified mortar

3 試驗結果及分析

3.1 接觸角試驗

本試驗采用CA-100C型接觸角測定儀，以蒸餾水為測試液，通過圖像法分別測試蒸餾水與BRA改性的不同瀝青膠漿之間的接觸角，以此來評價BRA對瀝青膠漿抗水損壞性能方面的影響，接觸角試驗測試結果如圖1所示。

圖1 BVM和BSVM接觸角試驗測試結果Fig.1 Test results of the BVM and BSVM contact angle tests

由圖1可知，隨著BRA中灰分取代礦粉比例的不斷增加，BRA改性的不同瀝青膠漿與蒸餾水之間的接觸角逐漸增大，表明BRA的摻入提升了瀝青膠漿的憎水性能；當BRA中灰分取代礦粉比例為100%時，瀝青膠漿BVM和BSVM與蒸餾水的接觸角分別為89.7°、96.3°，蒸餾水對瀝青膠漿的潤濕效果變差，形成較好的疏水界面，說明BRA可使瀝青膠漿的抗剝落性能得到改善，提高水穩定性。

3.2 熱重分析

本試驗采用TG209F3型熱重分析儀，以20 ℃/min的加熱速率，使試樣在氮氣氛圍中從30 ℃的試驗溫度升溫至800 ℃，在此條件下測定BRA改性的不同瀝青膠漿BVM和BSVM的質量變化情況，以此來評價BRA摻量對瀝青膠漿熱穩定性的影響規律。

BVM和BSVM的熱重曲線TG及微商熱重曲線DTG分別如圖2和圖3所示。從圖2和圖3可以看出，BVM和BSVM的質量損失主要發生在300～500 ℃溫度區域內，另外瀝青膠漿質量損失隨著試驗溫度的升高逐漸增加，由DTG曲線可知BVM和BSVM的質量損失率在450 ℃左右達到最大，該階段導致瀝青膠漿質量嚴重損失的主要原因是由于瀝青中輕質組分的揮發以及瀝青質的分解。BVM和BSVM的TG曲線基本在700 ℃以后趨于平坦，對于BVM在650～750 ℃溫區內的DTG曲線上有峰，存在質量損失，而BSVM在此溫度區域內的質量損失不明顯，這主要是由于殘存瀝青質的揮發及碳化導致了該階段的質量損失。

圖2 BVM的TG-DTG曲線圖Fig.2 The TG-DTG curve of the BVM

圖3 BSVM的TG-DTG曲線圖Fig.3 The TG-DTG cyuve of the BSVM

由圖2和圖3還可以看出，在300～500 ℃溫度區域內，當BRA中灰分取代礦粉比例為0%時，BVM和BSVM的質量損失分別約為45%、40%；當BRA中灰分取代礦粉比例為100%時，BVM和BSVM的質量損失分別約為35%、33%。即當BRA中灰分取代礦粉比例從0%增加至100%時，BVM和BSVM的質量損失分別降低了約為10%、7%，說明經過BRA改性的基質及SBS瀝青膠漿的熱穩定性提高，高溫熱降解難度增大，提升了瀝青膠漿的高溫抗老化性能。

3.3 傅里葉變換紅外光譜分析

本文采用傅里葉變換紅外光譜儀，從微觀角度研究了BRA對瀝青膠漿的改性機理。BRA與BVM及BSVM的紅外光譜圖分別如圖4和圖5所示。

圖4 BRA及BVM的紅外光譜圖Fig.4 FT-IR spectrum of BRA and BVM

圖5 BRA及BSVM的紅外光譜圖Fig.5 FT-IR spectrum of of the BRA and the BSVM

4 結語

（1）通過接觸角試驗，表明摻入BRA后提升了瀝青膠漿的憎水性能，當灰分取代礦粉比例為100%時，BVM和BSVM與蒸餾水的接觸角分別為89.7°、96.3°，提高了水穩定性；

（2）采用TG和DTG曲線分析可知，BVM和BSVM的質量損失主要發生在300～500 ℃溫度區域內，700 ℃以后TG曲線趨于平坦，DTG曲線在450 ℃左右達到峰值，質量損失率最大；

（3）通過TG曲線分析，BRA中灰分取代礦粉比例從0%增加至100%時，BVM和BSVM的質量損失分別降低了約為10%、7%，說明BRA的摻入使瀝青膠漿的熱穩定性和耐老化性能得到了提高；