巖瀝青添加到基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青后的效果

廣東華路交通科技有限公司 廣東省廣州市 510420

摘要：巖瀝青是石油經(jīng)過長年在熱、壓力、氧化、觸媒、細(xì)菌等的綜合作用下生成的瀝青類礦物質(zhì)，將巖瀝青作添加劑，添加到基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青里可提高瀝青的高溫穩(wěn)定性、抗車轍、抗微生物侵蝕、抗剝落、抗老化等性能?？梢愿鶕?jù)不同場合的用途和要求來選擇不同的摻合量，達(dá)到適中的性價比，讓材料得以發(fā)揮最大效能。

關(guān)鍵詞：巖瀝青；SBS改性瀝青；基質(zhì)瀝青；高低溫性能；凝聚力；遞增率

這十幾年，道路工程一直迅猛發(fā)展，同時對路的使用性能要求不斷提升。提高路用性能的辦法之一就是加強(qiáng)路用材料的性能。巖瀝青是石油經(jīng)過長年在熱、壓力、氧化、觸媒、細(xì)菌等的綜合作用下生成的瀝青類礦物質(zhì)，它在億萬年形成的過程中，能被侵蝕的都已被侵蝕完了，所以蠟含量非常低，性能穩(wěn)定，有良好的抗氧化性。巖瀝青的瀝青質(zhì)分子量可高達(dá)一萬，其化學(xué)構(gòu)成以碳為主，瀝青質(zhì)的大分子中含有碳、氫、氧、氮、硫等元素的極性官能團(tuán)，使其在巖石的表面產(chǎn)生極強(qiáng)的吸附力。巖瀝青的瀝青含量20～30%，灰分含量70～80%。使得軟化點(diǎn)達(dá)到300℃以上。因?yàn)樗兄约旱钠娈愋阅埽S多建筑工程上，廣泛使用巖瀝青。現(xiàn)時用SBS改性瀝青已很常見，把巖瀝青添加到SBS改性瀝青中，改性效果又將如何？作者做了些探討，把不同份量的巖瀝青分別添加到已經(jīng)加熱熔化狀態(tài)的SBS改性瀝青（簡稱A組）及70號基質(zhì)瀝青（簡稱B組）中。並攪拌均勻，在烘箱里繼續(xù)保溫，每15分鐘充分?jǐn)嚢?次，讓巖瀝青里的瀝青質(zhì)成分熔解到兩組的瀝青里，攪拌共4次。然后把瀝青灌入各試驗(yàn)?zāi)＞咧?，等待試?yàn)。數(shù)據(jù)見表1：

從表1的數(shù)據(jù)看，巖瀝青的改性效果雖不如SBS突出和明顯，但好幾方面仍有其顯著效果。如在針入度、軟化點(diǎn)、動態(tài)剪切等。另外亦有巖瀝青與 SBS協(xié)同作用的可喜跡象?，F(xiàn)試對以下幾個方面作分析和討論。

反映高溫性能指標(biāo)有針入度指數(shù)、軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)與動態(tài)剪切。在不同溫度條件下，瀝青粘度隨溫度的改變而產(chǎn)生一定的改變，呈現(xiàn)出明顯的狀態(tài)變化，這種特點(diǎn)稱為瀝青的感溫性。感溫性常用指標(biāo)是針入度指數(shù)，針入度指數(shù)越大，也就是說溫度升高時，瀝青狀態(tài)改變的程度較少。表現(xiàn)為夏季高溫時瀝青不易變軟，有一定的抗車轍變形能力。但另一方面冬季瀝青較硬，開裂的可能性增加。為了兼顧高低溫要求，一般路用瀝青宜選用針入度指數(shù)為-1～+1。表1中A組針入度指數(shù)為0～0.5，B組的針入度指數(shù)為-1以下。

同樣軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)與動態(tài)剪切G*/sinδ三者指標(biāo)數(shù)值高，意味著其高溫性好，不易受溫度影響而變化。動態(tài)剪切G*/sinδ在Superpave瀝青膠結(jié)料規(guī)范中用以表征瀝青結(jié)合料的抗車轍變形能力的指標(biāo)，G*/sinδ越大，表征結(jié)合料的高溫抗車轍能力越強(qiáng)。表1中，以上四者高溫值，隨著巖瀝青的量添加，A、B兩組實(shí)驗(yàn)值是提升了。說明巖瀝青是有助瀝青的高溫性能提高，而且A組更為優(yōu)勝。

當(dāng)量脆點(diǎn)表征瀝青在溫度下降時，承受破壞能力的極限。當(dāng)承受破壞能力降到最低點(diǎn)所對應(yīng)的溫度為當(dāng)量脆點(diǎn)。即溫度逐漸下降，瀝青不斷收縮，分子鏈運(yùn)動范圍減少，從彈性態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，到達(dá)玻璃狀態(tài)時，遇到外力時輕易而舉地被破碎。瀝青當(dāng)量脆點(diǎn)溫度越低，說明承受低溫能力越強(qiáng)。表1里，A組與B組隨著添加巖瀝青的量增加，檢測結(jié)果也是遞增。A組的當(dāng)量脆點(diǎn)為-15～-16，B組當(dāng)量脆點(diǎn)為-9～-10。A組是好于B組。

粘滯性能指標(biāo)有：針入度及135℃粘度。瀝青粘滯表征瀝青材料在外力作用下，瀝青粒子產(chǎn)生相互位移時抵抗剪切變形的能力。它隨瀝青的組分和溫度而定，瀝青質(zhì)含量高粘滯性大，隨溫度升高粘滯性降低。粘滯性高也是防止高溫時路面出現(xiàn)車轍變形。巖瀝青的瀝青質(zhì)含量很高，粘稠度大，添加到A、B組瀝青中是增加它們的粘滯性。巖瀝青的加入使A組的135℃粘度迅速增加，不利于攤舖工藝施工。要提高施工溫度或減少SBS改性劑用量等降低粘度適于施工要求。

巖瀝青灰分含量大，近乎為無機(jī)礦物質(zhì)，一般無機(jī)填料加入瀝青中會降低瀝青的凝聚力。表1里所標(biāo)出的5℃延度、25℃黏韌性、25℃韌性等數(shù)據(jù)均較明顯反映出是如此。彈性恢復(fù)顧名思義是反映物體抗衡外力的內(nèi)聚能力。瀝青受外力拉伸、擠壓和剪切等作用下，發(fā)生變形，外力消除后，瀝青恢復(fù)到原來狀態(tài)的能力。彈性恢復(fù)數(shù)值越大，說明瀝青回彈能力強(qiáng)，內(nèi)部體系的團(tuán)聚力大。表1“25℃彈性恢復(fù)”欄，B組數(shù)據(jù)仍是隨巖瀝青的加入而減少，A組數(shù)值只輕微減少。在該項(xiàng)檢測中可看出A組比B組有巨大的優(yōu)勢，其起主要作用的無疑是SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯樹脂），SBS的大分子相互綣縮糾纏組成的分子網(wǎng)結(jié)與瀝青共容，大大提高瀝青的粘彈性。而巖瀝青大量碳、氫、氧、氮、硫等元素的極性官能團(tuán)存在增加了與SBS親和與吸附，使加入巖瀝青的SBS改性瀝青能保持良好的彈性恢復(fù)能力。而良好的彈性恢復(fù)力對改善瀝青路面抗車轍能力起到重要作用。

瀝青是彈性與粘流性的復(fù)合體，不同的溫度下它會呈現(xiàn)出對彈（剛）與粘（流）性不同程度的偏向。復(fù)數(shù)剪切模量G*/sinδ與相位角δ就是在宏觀上比較形象反映出瀝青內(nèi)在成分和結(jié)構(gòu)所固有的粘彈本質(zhì)。其中相位角δ是施加應(yīng)力與應(yīng)變響應(yīng)或施加應(yīng)變與應(yīng)力響應(yīng)的時間滯后的量度，反映了材料粘性成分和彈性成分的比例，相位角越大，材料的響應(yīng)越滯后，粘性成分的比例就越大。從表1可看到巖瀝青的加入對A組或B組的剪切模量G*/sinδ的增值顯著。對提高抗車轍能力作用是不言而喻的；巖瀝青的加入使B組的相位角δ微畧減小，但對A組來看可說不變，也可說明巖瀝青中的極性官能團(tuán)與SBS親和，增加了瀝青的剛彈性，減小了滯后性。

總結(jié)以上的分析，巖瀝青同樣有助于SBS改性瀝青與基質(zhì)瀝青的高低溫性能的改善，但也降低了瀝青的延伸性、粘韌性。巖瀝青添加在SBS改性瀝青與基質(zhì)瀝青里，兩者的效果不一樣，前者優(yōu)于后者，但前者的瀝青摻有SBS改性劑等材料，加工程序增多，成本比后者高。選用瀝青改性添加劑時，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求來選擇A或B組，在A或B組里，也可對添加巖瀝青的量、SBS改性劑用量選取及配置。通過實(shí)驗(yàn)，有助于從不同方位對路用材料更深入的了解，方便在工作中遇到不同情況時，可以為提高性能、節(jié)省成本提供多一種解決問題的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG E20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程 [S]中國人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2011年。

[2]JTG F40-2004 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 [S]中國人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 2004年。

[3]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能，[M]，北京 人民交通出版社 2001年。

[4]美國瀝青協(xié)會 高性能瀝青路面（Superpave）基礎(chǔ)參考手冊 [Z]人民交通出版社 2005年。

[5]劉宇 關(guān)祖華 吳傳海 黃文通.5U北美巖瀝青改性瀝青路用性能試驗(yàn)研究 [J]廣東公路交通 2013年。

[6]武衛(wèi)莉 楊秀英 橡膠加工工藝學(xué)[Z]哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012年。

作者簡介：

李豁（1971～），男，工程師，本科，主要的職業(yè)或工作為公路、橋梁及材料檢測與科研。