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(jié)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(guò)室內(nèi)試驗(yàn)首先分析復(fù)配膠結(jié)料的基本性能變化，并與70#瀝青和SBS改性瀝青比較，對(duì)進(jìn)一步研究和應(yīng)用有一定的參考作用。

巖瀝青；改性；瀝青膠結(jié)料；性能分析

1 試驗(yàn)材料及復(fù)合膠結(jié)料制備

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)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(shù)性能測(cè)試結(jié)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(fù)合膠結(jié)料制備

摻加巖瀝青可對(duì)石油瀝青起到改性作用，在改性過(guò)程中巖瀝青的攪拌溫度與攪拌時(shí)間是關(guān)鍵參數(shù)。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(guān)，攪拌溫度偏高，易加速?gòu)?fù)合膠結(jié)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(shí)間是否合理對(duì)膠結(jié)料的性能也有較大影響，攪拌時(shí)間偏短，會(huì)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(shí)間偏長(zhǎng)，一方面高溫下延長(zhǎng)了瀝青的老化時(shí)間，另一方面也帶來(lái)能源的浪費(fèi)，增加成本。因此，在巖瀝青與石油瀝青復(fù)配生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)確定合理的攪拌時(shí)間與攪拌溫度非常有必要。籍曉靖等研究認(rèn)為合適的生產(chǎn)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(xù)攪拌30 min左右。

巖瀝青改性石油瀝青復(fù)合膠結(jié)料制備的工藝參數(shù)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(fù)合膠結(jié)料在150 ℃恒溫烘箱中保溫45 min進(jìn)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(yàn)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(jié)構(gòu)和瀝青膠結(jié)料的黏結(jié)能力。研究認(rèn)為，礦料結(jié)構(gòu)對(duì)瀝青混合料的抗高溫性能貢獻(xiàn)占到60%左右，膠結(jié)材料的黏結(jié)性能則占到40%左右，可見(jiàn)，瀝青膠結(jié)材料的性能也非常重要。在施工中，由于操作簡(jiǎn)單，試驗(yàn)快速高效，因此常用軟化點(diǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的高溫性能；對(duì)于工作性，則常用高溫狀態(tài)下瀝青膠結(jié)料的運(yùn)動(dòng)粘度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。本次分析摻入巖瀝青后瀝青膠結(jié)料軟化點(diǎn)和布式旋轉(zhuǎn)粘度指標(biāo)的變化，并與70#瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)巖瀝青復(fù)合瀝青膠結(jié)料的高溫性能與工作性，試驗(yàn)結(jié)果如圖1～2所示。

圖1 軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

分析圖1試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在110#石油瀝青中摻加15%的巖瀝青制備的復(fù)合膠結(jié)料軟化點(diǎn)高于70#石油瀝青，此表明巖瀝青與高針入度標(biāo)號(hào)的石油瀝青復(fù)配可使瀝青膠結(jié)料在質(zhì)上相對(duì)變硬。這可能是因?yàn)閹r瀝青把天然瀝青的發(fā)達(dá)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)帶入了石油瀝青中，從微觀(guān)上改善了瀝青分子結(jié)構(gòu)，使瀝青分子間更容易聚合而成大分子結(jié)構(gòu)的緣故。在工程應(yīng)用中，當(dāng)采用價(jià)格較低的高標(biāo)號(hào)軟質(zhì)石油瀝青時(shí)，可摻加一定量的巖瀝青改善其高溫性能。

圖2 旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)結(jié)果

同樣可以發(fā)現(xiàn)，盡管巖瀝青與110#石油瀝青復(fù)配的膠結(jié)料軟化點(diǎn)高于70#石油瀝青，但其距SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)仍然有一定的差距。可見(jiàn)，就抗高溫變形性能來(lái)講，巖瀝青改性石油瀝青的膠結(jié)料用于瀝青表面層存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

分析圖2試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻加15%的巖瀝青，其膠結(jié)料的高溫運(yùn)動(dòng)粘度已基本與70#石油瀝青相當(dāng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SBS改性瀝青。在相同溫度下，膠結(jié)料高溫粘度越小，其工作性越好，這說(shuō)明在110#軟質(zhì)石油瀝青中加入巖瀝青后，其膠結(jié)料工作性與70#石油瀝青相當(dāng)。單從高溫粘度數(shù)值評(píng)價(jià)，復(fù)合膠結(jié)料的工作性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于SBS改性瀝青，但由于SBS改性瀝青各方面性能優(yōu)勢(shì)，單純比較工作性沒(méi)有意義。

2.2 低溫性能

低溫延度指標(biāo)可在一定程度上評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的低溫性能。試驗(yàn)采用5 ℃延度指標(biāo)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(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 5 ℃延度試驗(yàn)結(jié)果

分析圖3試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在110#石油瀝青中摻加巖瀝青形成的復(fù)合膠結(jié)料5 ℃延度低于70#石油瀝青，與SBS改性瀝青相差更遠(yuǎn)，這說(shuō)明巖瀝青在膠結(jié)料低溫改性方面是起負(fù)面作用的。分析認(rèn)為巖瀝青的摻入，加強(qiáng)了石油瀝青原有結(jié)構(gòu)中的極性化學(xué)鍵，加固了瀝青質(zhì)與膠質(zhì)形成的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(zhì)，此處產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象也易使膠結(jié)料從此處斷裂。因此，當(dāng)工程中采用巖瀝青改性時(shí)，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(jié)料的溫度敏感性指標(biāo)主要表征膠結(jié)料性質(zhì)變化對(duì)溫度的敏感性，目前國(guó)內(nèi)外常用針入度指數(shù)PI值的大小表征瀝青的溫度敏感性。本次研究采用PI指標(biāo)分析巖瀝青改性石油瀝青的復(fù)合膠結(jié)料對(duì)溫度的敏感性，并對(duì)比70#石油瀝青與SBS改性瀝青，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 針入度指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

分析圖4試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在110#軟質(zhì)石油瀝青中加入15%巖瀝青改性后，針入度指數(shù)PI在0.5～1.0之間，與SBS改性瀝青接近，表明復(fù)合膠結(jié)料溫度敏感性較小，感溫性能好。除此之外，籍曉靜等研究認(rèn)為，大多數(shù)巖瀝青改性軟質(zhì)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(fù)合膠結(jié)料的PI值也會(huì)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(gè)逐漸發(fā)生的過(guò)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(zhuǎn)薄膜烘箱模擬施工過(guò)程中的短期老化，分析老化后復(fù)合膠結(jié)料的針入度、延度以及質(zhì)量損失等指標(biāo)。

分析表5試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

(1)短期老化前與老化后，摻加巖瀝青的復(fù)合膠結(jié)料的25 ℃針入度均小于70#石油瀝青與SBS改性瀝青，說(shuō)明在常溫條件下，復(fù)合膠結(jié)料的稠度最大；從短期老化后，復(fù)合膠結(jié)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(yàn)結(jié)果

(2)三種膠結(jié)料中，復(fù)合膠結(jié)料老化后的5℃延度最小，幾乎沒(méi)有拉伸長(zhǎng)度，明顯低于70#石油瀝青與SBS改性瀝青。這說(shuō)明低溫條件下比較脆的復(fù)合膠結(jié)料，在經(jīng)過(guò)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(zhì)量變化指標(biāo)而言，70#石油瀝青質(zhì)量變化最小，SBS改性瀝青最大，巖瀝青改性復(fù)合膠結(jié)料介于兩者之間。復(fù)合膠結(jié)料的質(zhì)量變化之所以為負(fù)值，可能是因?yàn)槔匣^(guò)程中巖瀝青灰分的散失和輕質(zhì)油分的揮發(fā)程度大于膠結(jié)料因氧化造成質(zhì)量增加的程度。

3 結(jié) 論

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

(2)復(fù)合膠結(jié)料5 ℃延度低于70#石油瀝青與SBS改性瀝青；針入度指數(shù)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(fù)合膠結(jié)料25 ℃針入度比大于70#基質(zhì)瀝青，小于SBS改性瀝青，其抗老化性能介于70#基質(zhì)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(zhì)，使得復(fù)合膠結(jié)料的質(zhì)量變化略大于70#基質(zhì)瀝青。

[1] 籍曉靖. 基于預(yù)拌—增強(qiáng)技術(shù)的環(huán)保型瀝青混合料研發(fā)與應(yīng)用[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué), 2013.

[2] 孔祥利. 巖瀝青改性70#瀝青混凝土應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué), 2009.

[3] 胡安宇, 張永平, 王飛. 基于軟硬瀝青復(fù)配的瀝青混合料溫拌技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)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(yàn)檢測(cè)研究工作。

U416.1

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：1008-3383(2017)06-0016-02