青川巖瀝青對瀝青感溫性能的影響探究

譚棟杰 劉榮華

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

青川巖瀝青，產(chǎn)自我國四川省青川縣，是石油類物質(zhì)在地殼長期運動中的產(chǎn)物，其瀝青含量高于特立尼達湖瀝青和北美巖瀝青等天然瀝青，約為80～90%，此外，青川巖瀝青組分中的瀝青質(zhì)與氮含量較高，自身軟化點也高于基質(zhì)瀝青，且與基質(zhì)瀝青的相容性良好[1]。當前，公路研究者主要將青川巖瀝青作為一種改性劑改善基質(zhì)瀝青的技術性能，并對青川巖瀝青的摻量、改性瀝青制備工藝等進行相關試驗研究[2,3]，但鮮有涉及青川巖瀝青對瀝青感溫性能的影響，而瀝青的感溫特性是反映瀝青性能隨溫度變化的重要指標。

基于此，本文選取青川巖瀝青作為瀝青改性材料，通過高速剪切共混法將青川巖瀝青摻加至基質(zhì)瀝青中，獲得一系列不同青川巖瀝青摻量的改性瀝青，并對其進行各種感溫性能的試驗，以期為青川巖瀝青在道路工程中的進一步應用提出探索。

1 試驗部分

本文采用韓國SK70號基質(zhì)瀝青，技術性能如下：針入度(25 ℃，100 g，5 s)/10-1mm：68.1；軟化點/℃：46.7；延度(15 ℃)/mm:1 251；本文采用的青川巖瀝青產(chǎn)自江蘇悅豐石化有限公司，技術參數(shù)如表1所示。

表1 青川巖瀝青的技術參數(shù)

制備方法：首先將基質(zhì)瀝青加熱至充分熔融狀態(tài)，再加入預先稱量好的青川巖瀝青，隨后用高速剪切乳化機以3 500 r/min的轉(zhuǎn)速對其進行高速剪切，持續(xù)約60 min，即得到青川巖瀝青摻量分別為6%,10%,14%及18%的改性瀝青。

2 結果與討論

2.1 改性瀝青的針入度—黏度指數(shù)PVN

針入度黏度指數(shù)是一種基于不同溫度下改性瀝青針入度與黏度的數(shù)據(jù)測試得出的指標，可以較為準確地反映改性瀝青在不同溫度下的感溫特性。這個指標最早由Rasmussen R O與Mcleod等人提出，可利用瀝青在25 ℃溫度下的針入度與135 ℃溫度下的運動黏度計算瀝青的PVN值，PVN值越小，瀝青的感溫特性越大。不同青川巖瀝青摻量的改性瀝青的PVN值如圖1所示。

由圖1可知：

1)與70號基質(zhì)瀝青相比較，青川巖瀝青改性瀝青的PVN值有著顯著的提升，即青川巖瀝青能夠明顯改性瀝青在25 ℃～135 ℃溫度范圍內(nèi)的感溫特性。

2)隨著青川巖瀝青摻量的逐漸增加，改性瀝青的PVN值也不斷增大，即青川巖瀝青改性瀝青的感溫特性與青川巖瀝青的摻量呈良好的正相關性。

3)相較于70號基質(zhì)瀝青，當青川巖瀝青的摻量在6%時，改性瀝青的PVN值增長幅度有限；當摻量在6%～10%時，PVN值的增長幅度約為35%；而當青川巖瀝青的摻量進一步增大時，PVN值的增長幅度進一步放緩。這表明摻量在6%～10%時，改性瀝青的感溫特性最優(yōu)。

2.2 改性瀝青的黏溫指數(shù)VTS

瀝青的黏溫指數(shù)VTS可以反映出瀝青的黏度隨不同溫度而產(chǎn)生變化的規(guī)律，瀝青膠結料的VTS值可根據(jù)測試出的黏度數(shù)值而直接計算得出，并且直觀反映其感溫性能，對應的計算公式如式(1)所示：

lglg(η×103)=m-VTS×lgT

(1)

其中，η為瀝青在測試溫度下的黏度，MPa·s；m為回歸常數(shù)；T為溫度，℃。

不同青川巖瀝青摻量的改性瀝青的VTS值如圖2所示。

由圖2可知：

1)與70號基質(zhì)瀝青相比較，青川巖瀝青改性瀝青的VTS值有所下降，即青川巖瀝青能夠明顯改性瀝青在135 ℃～180 ℃溫度范圍內(nèi)的感溫特性。

2)隨著青川巖瀝青摻量的逐漸增加，改性瀝青的VTS值呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，即青川巖瀝青改性瀝青的感溫特性與青川巖瀝青的摻量呈良好的比例關系。

3)相較于70號基質(zhì)瀝青，當青川巖瀝青的摻量在0%～6%時，改性瀝青的PVN值減小幅度比較緩慢；當摻量在6%～10%時，PVN值的減小幅度約為28%；而當青川巖瀝青的摻量進一步增大時，PVN值的下降幅度進一步放緩。這表明摻量在6%～10%時，改性瀝青的感溫特性較優(yōu)。

2.3 改性瀝青的復數(shù)模量指數(shù)GTS

根據(jù)美國SHRP計劃提出的動態(tài)剪切流變試驗，可計算得出瀝青膠結料在測試溫度范圍內(nèi)的抗車轍因子G*/sinδ，根據(jù)相關公式可算出復數(shù)模量指數(shù)GTS，而GTS則可以反映G*/sinδ隨溫度變化的幅度，可作為一種評價瀝青材料在中高溫區(qū)域(40 ℃～90 ℃)的溫度敏感性的指標。GTS值越大，瀝青的感溫性能越差。不同青川巖瀝青摻量的改性瀝青的GTS值如圖3所示。

由圖3可知：

1)與70號基質(zhì)瀝青相比較，青川巖瀝青改性瀝青的GTS值有所下降，即青川巖瀝青能夠明顯改性瀝青在40 ℃～90 ℃溫度范圍內(nèi)的感溫特性。

2)隨著青川巖瀝青摻量的逐漸增加，改性瀝青的GTS值呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，即青川巖瀝青改性瀝青的感溫特性與青川巖瀝青的摻量呈良好的比例關系。

3 結語

本文通過高速剪切共混法將青川巖瀝青粉摻加至基質(zhì)瀝青中，制備得到一系列不同青川巖瀝青摻量的改性瀝青，并對其進行相關物理試驗，分析計算了黏溫指數(shù)VTS、針入度黏度指數(shù)PVN及復數(shù)模量指數(shù)GTS。試驗結果表明，隨著青川巖瀝青摻量的增大，改性瀝青的PVN逐漸增大，而VTS及GTS均逐漸降低，這表明青川巖瀝青的摻入能夠顯著改善不同溫度范圍內(nèi)瀝青的感溫性能。