施小俊，蔡海泉

（1.鎮(zhèn)江市區(qū)公路管理站，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

天然巖瀝青改性瀝青及混合料性能試驗研究

施小俊1，蔡海泉2

（1.鎮(zhèn)江市區(qū)公路管理站，江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

通過在不同基質瀝青中摻加不同劑量的天然巖瀝青，采用Sup-20混合料，開展高溫、低溫性能試驗，比較分析確定適宜改性的基質瀝青，推薦了最佳巖瀝青摻量。根據最佳巖瀝青摻量，采用Sup-13和Sup-20瀝青混合料，分析比較了基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青、SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫及低溫性能。結果表明，天然巖瀝青改性瀝青能夠顯著提高混合料的高溫穩(wěn)定性，改善水穩(wěn)定性。

天然巖瀝青；改性瀝青；瀝青混合料；最佳摻量

天然巖瀝青作為一種自然資源，是在自然界長期受地殼擠壓、變化，并與空氣、水接觸逐漸變化形成的，以天然形式存在的固體石油類物質。天然巖瀝青在加工成粉末后，與基質瀝青具有很好的配伍性，極易與基質瀝青相溶。正是由于天然巖瀝青的瀝青基特性，大大簡化了改性工藝，只需在一定溫度下直接投入拌缸攪拌即可，降低了改性費用，且改性后成品性狀穩(wěn)定，儲存、運輸及使用十分方便。

天然巖瀝青代表性產品主要有印度尼西亞的布敦巖瀝青（BRA）以及美國猶他州的北美巖瀝青，我國在新疆克拉瑪依及四川青川等地也相繼發(fā)現了儲量豐富的巖瀝青［1-2］。實踐及研究均表明，天然巖瀝青改性瀝青混合料具有較優(yōu)的高溫穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性及低溫性能也有一定程度改善，能夠提高瀝青路面的耐久性，預防瀝青路面早期病害的出現。本文以國產巖瀝青作為改性劑，通過室內試驗，分析天然巖瀝青的最佳摻量及混合料性能，進一步探討天然巖瀝青的改性機理。

1　基質瀝青性能試驗

為了全面系統(tǒng)地評價比較天然巖瀝青的改性效果，確定不同基質瀝青對改性后瀝青膠結料的性能影響，本研究選用了進口泰普克70#、SK-90#以及國產中海70#3種基質瀝青，各項試驗結果如表1所示。

2　巖瀝青改性瀝青適宜摻量確定

2.1巖瀝青改性瀝青性能比較

為研究不同巖瀝青摻量改性后瀝青的性能指標，選取了5%、8%和11%3種摻量開展相關性能試驗，其中，巖瀝青摻量采用內摻法進行計算（即巖瀝青占總的瀝青用量的百分比）。根據試驗結果，針入度、軟化點、針入度指數、粘度和針入度比等指標與天然巖瀝青摻量的關系如圖1~圖6所示。

表1　基質瀝青試驗檢測結果

圖1　針入度隨巖瀝青摻量變化圖

圖2　針入度指數PI隨巖瀝青摻量變化圖

圖3　軟化點隨巖瀝青摻量變化圖

圖4　延度隨巖瀝青摻量變化圖

圖5　60 ℃粘度隨巖瀝青摻量變化圖

圖6　135 ℃粘度隨巖瀝青摻量變化圖

根據以上試驗結果，可以得出：

（1）摻加天然巖瀝青對不同的基質瀝青進行改性，隨著巖瀝青摻量的增加，針入度逐漸減小，即瀝青逐漸變硬；

（2）針入度指數及軟化點隨著巖瀝青摻量的增加而呈增大趨勢，表明采用天然巖瀝青改性后瀝青的溫度敏感性有顯著改善，能適應更大范圍溫度變化；

（3） 60 ℃粘度隨巖瀝青摻量增加而不斷增加，表明其高溫性能逐漸提高；

（4）延度隨著巖瀝青的摻量不斷降低，表明經改性后的瀝青逐漸變硬；

（5）135 ℃粘度隨巖瀝青摻量的增加而增大，且在本研究中不同摻量情況下均能滿足規(guī)范中不大于3 Pa·s的要求，施工和易性能夠滿足要求。

同時，根據實驗結果可知，當天然巖瀝青摻量為5%和8%時，改性后瀝青性能更接近于50#石油瀝青。

2.2巖瀝青改性瀝青混合料性能比較［3-4］

瀝青路面車轍主要發(fā)生在中面層，因此，為了評價摻加天然巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能，選取中面層常用級配（Sup-20）對混合料的性能進行試驗研究。本研究中采用的級配組成如表2所示，瀝青用量為4.4%，進行了車轍和低溫彎曲試驗。

表2　Sup-20級配組成

不同基質瀝青、不同天然巖瀝青摻量的瀝青混合料車轍試驗結果如圖7所示。

圖7　動穩(wěn)定度隨巖瀝青摻量變化圖

根據動穩(wěn)定度試驗結果可以看出，與基質瀝青混合料相比，摻加天然巖瀝青混合料的動穩(wěn)定度增幅明顯，3種基質瀝青摻加5%巖瀝青后的混合料動穩(wěn)定度增幅達到72.6%、74.2%和42.7%，高溫性能有較大提高，改性效果較好。

為使天然巖瀝青改性瀝青混合料能夠滿足江蘇省改性瀝青混合料動穩(wěn)定度DS≥2 800次/mm的要求，采用數值回歸的方法確定滿足動穩(wěn)定度要求的摻量值分別為泰普克70#瀝青7.1%、中海70#瀝青6.5%和SK-90#瀝青8.9%。

采用低溫彎曲試驗評價混合料的低溫性能，不同巖瀝青摻量、不同基質瀝青類型的混合料低溫彎曲試驗結果如圖8所示。

根據低溫彎曲試驗結果可以看出，與基質瀝青混合料相比，摻加天然巖瀝青混合料的彎拉應變略有下降，低溫性能影響較小，當摻量達到11%時，彎拉應變?yōu)榛|瀝青混合料的85%左右，但仍能滿足低溫彎拉應變不低于2 000 με的要求。

圖8　彎拉應變隨巖瀝青摻量變化圖

2.3基質瀝青及適宜巖瀝青摻量確定

根據天然巖瀝青改性瀝青基混合料性能的比較分析，泰普克70#基質瀝青較軟，與天然巖瀝青配伍性較好，改性效果顯著，選擇其作為基質瀝青進行改性更具有現實意義。根據混合料的高溫、低溫性能試驗結果及規(guī)范要求，泰普克70#瀝青改性時適宜的摻量為7%左右，為確?；旌狭闲阅埽瑢嶋H生產時按巖瀝青7.5%摻量進行控制。

3　與SBS改性瀝青混合料性能比較

為了比較摻加天然巖瀝青改性后的泰普克70#基質瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料的各項性能，采用上、中面層常用級配（Sup-13、Sup-20）進行性能比對試驗。其中，上面層采用玄武巖，瀝青用量為4.8%，級配如表3所示，中面層采用石灰?guī)r，瀝青用量為4.4%，級配與表2相同［5-7］。

3.1瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗

對基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青及SBS改性瀝青混合料進行了浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗，試驗結果如表4~表5所示。

表3　Sup-13級配組成

表4　瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

水穩(wěn)定性試驗結果表明，巖瀝青改性瀝青混合料殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度較基質瀝青顯著提高，但稍低于SBS改性瀝青混合料，同時，抗剝落劑對巖瀝青改性混合料的水穩(wěn)定性提升較少，說明巖瀝青改性瀝青本身就具有良好的水穩(wěn)定性。

3.2瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗

基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青及SBS改性瀝青混合料車轍試驗結果如表6所示。

車轍試驗結果表明，摻加7.5%天然巖瀝青改性后的瀝青混合料動穩(wěn)定度達到基質瀝青混合料的1.5倍左右，說明天然巖瀝青對提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性效果較好。主要是由于天然巖瀝青中含有較多能夠促進石油瀝青中活性基團交聯(lián)聚合的有機鏈，石油瀝青分子的排列方式和網狀結構得以改善，增強內聚力，提高抗流動性和感溫性。

3.3瀝青混合料低溫彎曲試驗

基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青及SBS改性瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗結果如表7所示。

表5　瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

表6　車轍試驗結果（60 ℃）

表7　低溫小梁彎曲試驗結果（-10 ℃）

低溫小梁彎曲試驗結果表明，摻加天然巖瀝青后，混合料彎曲勁度模量有所增加，彎拉應變則有所降低，因此，為確保瀝青混合料的低溫性能，應控制天然巖瀝青的摻量。

4　結論

（1）天然巖瀝青改性瀝青的軟化點、60 ℃粘度不斷提高，高溫穩(wěn)定性有一定幅度提高；針入度下降，針入度指數明顯增加，溫度敏感性降低。

（2）天然巖瀝青改性瀝青混合料能夠顯著提高混合料的高溫穩(wěn)定性，改善水穩(wěn)定性，但低溫性能則隨著摻量的增加而降低，綜合各方面性能試驗，推薦巖瀝青摻量為7.0%。

（3）天然巖瀝青是一種性能較好的瀝青改性劑，具有一定的經濟優(yōu)勢和推廣價值。

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［7］ JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

Experimental Study on Asphalt and Mixtures Modified with Natural Rock Asphalt

Shi Xiaojun1, Cai Haiquan2
（1. Zhenjiang Road Administrative Station, Zhenjiang 212028, China; 2. JSTI Group, Nanjing 211112, China）

In this study, different dosages of rock asphalt were added in different types of base asphalt, and the performance tests in high and low temperature were carried out based on Sup-20 mixtures. The base asphalt appropriate for modification was selected and the optimal dosage of rock asphalt was recommended. The water stability, high-temperature, low-temperature performance of base asphalt, rock asphalt modified and SBS modified asphalt mixture were analyzed based on Sup-13 and Sup-20. The results showed that the natural rock asphalt modified asphalt mixture could improve the high-temperature stability and water stability.

natural rock asphalt; modified asphalt; asphalt mixture; optimal dosage

U414

A

1672-9889（2015）04-0005-04

江蘇省交通科學研究計劃項目（項目編號：2013Y21）

施小?。?979-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，主要從事公路建設與管理工作。

（2014-10-30）