布敦巖瀝青摻量與粘度關(guān)系研究

沈 陽

(遼寧省公路勘測設(shè)計公司 沈陽市 110168)

印尼布敦巖瀝青是產(chǎn)于南太平洋印度尼西亞蘇拉維西島的天然瀝青，它是由石油不斷從地殼中冒出，存在于山體、巖石裂縫中經(jīng)長時間蒸發(fā)凝固而形成的。其外觀呈深褐色細(xì)顆粒狀，最大粒徑小于 2mm，稍有煤油味。

本文從巖瀝青摻量對瀝青黏度影響著手研究，確定不同巖瀝青摻量下黏度與溫度的關(guān)系曲線。然后根據(jù)黏-溫曲線進(jìn)一步確定不同巖瀝青摻量下瀝青混合料適宜的拌和和成型溫度范圍。根據(jù)巖瀝青摻量來給定瀝青混合料適宜的拌和成型溫度范圍，這樣能更好地指導(dǎo)實際現(xiàn)場施工，更好地為我國公路事業(yè)服務(wù)。

1 試驗和材料

1.1 試驗

(1)試樣的制備

①固體顆粒的巖瀝青經(jīng)過抽提、蒸餾得到純的巖瀝青；

②按照內(nèi)摻的方式，分別將6%、12%、18%的純巖瀝青加入到90#基質(zhì)瀝青中，然后加熱攪拌均勻。

(2)試驗方法

通過布氏黏度儀測定120℃、130℃、135℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃溫度下，6%、12%、18%巖瀝青摻量瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度。

(3)試驗?zāi)康?/p>

試驗?zāi)康氖菫榱藴y定不同溫度條件下巖瀝青摻量對瀝青黏度的影響，并進(jìn)一步通過瀝青黏-溫曲線確定不同巖瀝青摻量下瀝青適宜的拌和和成型溫度。

1.2 材料

(1)布敦巖瀝青

布敦巖瀝青由廠家提供，性能指標(biāo)符合規(guī)范要求，具體指標(biāo)見表1。

表1 BRA性能指標(biāo)

(2)90#基質(zhì)瀝青

試驗采用90#道路石油瀝青，瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果見表2。

表2 90#瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果

注：試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)規(guī)定的方法執(zhí)行

2 不同溫度條件下巖瀝青摻量與黏度關(guān)系研究

2.1 不摻巖瀝青基質(zhì)瀝青黏度

對原材料90#道路基質(zhì)瀝青進(jìn)行布氏旋轉(zhuǎn)黏度的測定，試驗結(jié)果見表3。

根據(jù)黏-溫曲線的關(guān)系，對黏度(單位Pa·s)

表3 90#道路瀝青不同溫度條件所對應(yīng)黏度

取雙對數(shù)，對溫度(單位絕對溫度K)取對數(shù)，對表中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸?；貧w方程如下：

lnlny=-2.4587ln(273.2+x)+6.822(R2=1)

式中：y—黏度(Pa·s)；

x—溫度(℃)。

當(dāng)使用石油瀝青時，宜以黏度為0.17Pa·s±0.02Pa·s時的溫度作為拌和溫度范圍；以0.28Pa·s±0.03Pa·s時的溫度作為成型溫度范圍。90#基質(zhì)瀝青拌和、成型溫度范圍見表4。

表4 90#基質(zhì)瀝青拌和、壓實溫度范圍

通過試驗確定得到試驗采用的90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度、壓實溫度分別為152.6～160.6℃、137.4～143.8℃，均和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004提出的90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和、成型溫度相符。

2.2 不同巖瀝青摻量下基質(zhì)瀝青黏度

分別對摻入6%、12%、18%巖瀝青下的90#基質(zhì)瀝青進(jìn)行布氏旋轉(zhuǎn)黏度的測定，試驗結(jié)果見表5。

表5 不同巖瀝青摻量瀝青黏度—溫度試驗數(shù)據(jù)

圖1 回歸方程

根據(jù)黏-溫曲線的關(guān)系，對黏度(單位Pa·s)取雙對數(shù)，對溫度(單位絕對溫度K)取對數(shù)，對表中不同巖瀝青摻量的瀝青進(jìn)行線性回歸(圖1)?；貧w方程如下：

布敦巖瀝青摻量為6%：

lnlny=-3.3283ln(273.2+x)+9.1065(R2=0.9990)

布敦巖瀝青摻量為12%：

lnlny=-3.3048ln(273.2+x)+9.0667(R2=0.9987)

布敦巖瀝青摻量為18%：

lnlny=-3.0235ln(273.2+x)+8.3456(R2=0.9952)

式中：y—黏度(Pa·s)；

x—溫度(℃)。

通過表5可知，巖瀝青摻量為6%、12%、18%時瀝青的黏度均隨著溫度的升高逐漸降低。當(dāng)溫度從120℃升高到180℃時，6%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青的黏度從0.899 Pa·s變?yōu)?.073 Pa·s。溫度升高了50%，而瀝青的黏度降低了11.3倍；12%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青的黏度從1.348 Pa·s變?yōu)?.091 Pa·s。溫度升高了50%，而瀝青的黏度降低了13.8倍；18%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青的黏度從1.583 Pa·s變?yōu)?.125 Pa·s。溫度升高了50%，而瀝青的黏度降低了11.7倍。

從回歸方程可以看出隨著巖瀝青摻量的增加，能夠有效提高瀝青的黏度。并且隨著摻量的增加，回歸方程的斜率逐漸減小。說明瀝青黏度的雙對數(shù)隨著絕對溫度對數(shù)的增加衰減速度減慢，瀝青的溫度敏感性逐漸降低，可知巖瀝青的摻量增加能有效降低溫度敏感性。

根據(jù)不同巖瀝青摻量瀝青的黏度與溫度的變化關(guān)系，確定不同巖瀝青摻量下瀝青混合料適宜的拌和和成型溫度。使用石油瀝青時，宜以黏度為0.17Pa·s±0.02Pa·s時的溫度作為拌和溫度范圍，以0.28Pa·s±0.03Pa·s時的溫度作為成型溫度范圍。不同巖瀝青摻量瀝青的拌和和成型溫度范圍見表6。

表6 不同巖瀝青摻量瀝青的拌和和成型溫度范圍確定

注：布敦巖瀝青摻量6%、12%、18%指巖瀝青按照內(nèi)摻方式分別按6%、12%、18%加入90#基質(zhì)瀝青中，加熱攪拌均勻

通過試驗可以得出6%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為152.1～158.0℃、140.8～145.6℃；12%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為158.6～164.6℃、147.1～152.0℃；12%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為165.3～172.2℃、153.1～157.8℃。

通過表6可知隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青的拌和溫度和成型溫度均相應(yīng)提高。巖瀝青摻量從6%增加到12%，瀝青的拌和溫度和成型溫度都相應(yīng)提升6～7℃；巖瀝青摻量從12%增加到18%，瀝青的拌和溫度和成型溫度也都相應(yīng)提升6～7℃；但是對比不摻入巖瀝青的90#基質(zhì)瀝青與巖瀝青摻量為6%時，巖瀝青摻量為6%瀝青的拌和溫度和不摻入巖瀝青90#基質(zhì)瀝青差不多，但是壓實溫度要提高2～3℃。因此巖瀝青摻量對瀝青混合料的拌和成型溫度影響較大，建議最好按照巖瀝青的摻量來確定瀝青混合料合適的拌和和成型溫度范圍。

3 結(jié)論

巖瀝青摻入90#基質(zhì)瀝青能夠有效地降低瀝青的溫度敏感性。從回歸方程中看出隨著巖瀝青的增加，回歸方程的斜率逐漸減小，說明隨著巖瀝青的增加，溫度的增加對瀝青的黏度影響逐漸變小。

瀝青的黏度隨著巖瀝青摻量增加逐漸增大，黏度的增加會使其瀝青混合料適宜的拌和和成型溫度相應(yīng)提高。當(dāng)巖瀝青摻量從6%增加到18%時，根據(jù)黏溫曲線確定的瀝青的拌和溫度和成型溫度都相應(yīng)增加。6%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為152.1～158.0℃、140.8～145.6℃；12%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為158.6～164.6℃、147.1～152.0℃；18%巖瀝青摻量下90#基質(zhì)瀝青適宜的拌和溫度和成型溫度范圍分別為165.3～172.2℃、153.1～157.8℃。