國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青性能研究

奚 進

(溫州瑞平蒼高速公路有限公司， 浙江 溫州 325000)

0 引言

巖瀝青屬于天然瀝青，由于具有較好的穩(wěn)定性能，常作為改性劑用于改善普通瀝青性能，研究表明，添加一定量的巖瀝青可以使普通瀝青的高溫、低溫、水穩(wěn)定性能得到提高[1-2]。國際上比較有名的巖瀝青為布敦巖瀝青，主要產(chǎn)自印尼，目前已經(jīng)在國內(nèi)外得到一定應用，效果良好[3-5]。我國新疆地區(qū)巖瀝青儲量世界第一，但其研究和應用較少，如對國產(chǎn)巖瀝青加以研究和應用，將會產(chǎn)生較好的經(jīng)濟和社會效益[6-7]。

本文以某國產(chǎn)70#瀝青作為研究基準瀝青，分別摻加0%、5%、10%、15%和20%(質(zhì)量分數(shù))的新疆巖瀝青，制作改性瀝青；通過針入度、延度、軟化點、動態(tài)剪切流變、彎曲梁流變試驗對改性后的瀝青進行測試，以確定國產(chǎn)巖瀝青的改性效果以及合適摻量，為后續(xù)研究及生產(chǎn)應用提供指導。

1 原材料性能

本次試驗使用的基準瀝青為A級70#道路石油瀝青，其各項性能如表1所示。采用的巖瀝青產(chǎn)自新疆克拉瑪依，各項技術(shù)指標如表2所示。

表1 A級70#道路石油瀝青性能指標類別針入度(25 ℃、100 g、5 s)/0.1 mm延度(10 ℃、5 cm/min)/cm軟化點/℃60 ℃ 動力粘度/Pa·s蠟含量(蒸餾法)/%閃點/℃溶解度/%密度(15 ℃)/(g·m-3)TFOT后質(zhì)量變化/%殘留針入度比/%殘留延度(10 ℃)/cm試驗結(jié)果722548.52321.328799.91.031-0.1077612技術(shù)要求60～80≥20≥46≥180≤2.2≥260≥99.5實測值≤±0.8≥61≥6

表2 巖瀝青性能指標針入度(25 ℃、100 g、5 s)/0.1 mm延度(10 ℃、5 cm/min)/cm軟化點/℃閃點/℃溶解度/%40.5110>30099.9

2 改性瀝青制備方法

將A級70#瀝青和國產(chǎn)巖瀝青分別均勻加熱至135 ℃和175 ℃，在A級70#瀝青中按照0%、5%、10%、15%和20%(質(zhì)量分數(shù))比例添加國產(chǎn)巖瀝青，并采用高速剪切乳化機在155 ℃溫度下以1 000 r/min的速度攪拌35 min，使基質(zhì)瀝青和巖瀝青充分混合，然后用低速攪拌器發(fā)育30 min制成巖瀝青改性瀝青,瀝青制備見圖1。

圖1 巖瀝青改性瀝青制備

3 測試檢驗方法

1) 國內(nèi)常規(guī)試驗：采用國內(nèi)常規(guī)的針入度、軟化點、延度檢測方法測試國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青的高溫、低溫等性能。

2) 非常規(guī)試驗：Superpave規(guī)范中主要應用動態(tài)剪切流變試驗測試瀝青膠結(jié)料的車轍因子(G*/sinδ)，以此評價瀝青膠結(jié)料的高溫性能；應用彎曲梁流變試驗測試瀝青膠結(jié)料的蠕變勁度S(瀝青膠結(jié)料抵抗荷載的能力)和蠕變速率m(瀝青膠結(jié)料勁度模量隨時間變化的速率)，以此評價瀝青膠結(jié)料的低溫性能。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 針入度試驗

按照規(guī)范要求，分別對摻加0%、5%、10%、15%和20%國產(chǎn)巖瀝青的改性瀝青進行針入度試驗，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同摻量下的巖瀝青改性瀝青針入度

從圖2可以看出，隨著摻量增加，國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青的針入度逐漸減小，說明國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量增加，溫度敏感性逐漸下降。

4.2 軟化點試驗

按照規(guī)范要求，分別對摻加0%、5%、10%、15%和20%國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青進行軟化點試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同摻量下的巖瀝青改性瀝青軟化點

從圖3可以看出，隨著摻量增加，國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青的軟化點逐漸增大，說明國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量增加，高溫性能逐漸提高。

4.3 延度試驗

按照規(guī)范要求，分別對摻加0%、5%、10%、15%和20%國產(chǎn)巖瀝青的改性瀝青進行延度試驗，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同摻量下的巖瀝青改性瀝青延度

從圖4可以看出，隨著摻量增加，國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青的延度逐漸提高，當摻量超過10%后，混合料的延度逐漸下降，說明國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量增加，低溫性能逐漸提高，當超過10%摻量后，低溫性能逐漸下降。

4.4 動態(tài)剪切流變試驗

按照規(guī)范要求，分別對摻加0%、5%、10%、15%和20%國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青進行動態(tài)剪切流變試驗，以6 ℃為間隔，在64 ℃～82 ℃范圍內(nèi)進行試驗，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同摻量下的巖瀝青改性瀝青車轍因子

從圖5可以看出，在相同巖瀝青摻量下，改性瀝青的車轍因子隨著試驗溫度提高而降低，在同一試驗溫度下，改性瀝青的車轍因子隨著巖瀝青摻量增加而逐漸增加；說明隨著巖瀝青摻量增加，改性瀝青的高溫抗車轍性能得到提高。

4.5 彎曲梁流變試驗

按照規(guī)范要求，分別對摻加0%、5%、10%、15%和20%國產(chǎn)巖瀝青改性瀝青進行彎曲梁流變試驗，試驗溫度分別為-6 ℃、-12 ℃，試驗結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出，在同一溫度下，當巖瀝青摻量為10%以下時，巖瀝青增加，混合瀝青的蠕變勁度S和蠕變速率m變化不大，此時混合瀝青的低溫性能基本不變；當摻量超過10%后，勁度S逐漸提高，蠕變速率m逐漸減小，混合料的低溫性能逐漸下降。

a) 蠕變勁度b) 蠕變速率圖6 不同摻量下的巖瀝青改性瀝青S和m值

5 結(jié)論

1) 摻加國產(chǎn)巖瀝青后，隨著摻量增加，混合瀝青的針入度逐漸減小、軟化點增大、延度先增大后降低，說明混合瀝青隨著巖瀝青摻量增加，溫度敏感性逐漸下降、高溫性能提高，低溫性能在10%摻量之前增大，10%摻量后減低。

2) 在相同巖瀝青摻量和試驗溫度下，混合瀝青的車轍因子隨著巖瀝青摻量增加而逐漸增加;說明隨著巖瀝青摻量增加，混合瀝青的高溫抗車轍性能得到提高。

3) 在同一溫度下，隨著巖瀝青增加，混合瀝青的蠕變勁度S逐漸提高，蠕變速率m變化不大，此時混合瀝青的低溫性能得到提高；當摻量超過10%后，勁度S逐漸降低，蠕變速率m變化不大，混合料的低溫性能逐漸下降，說明此時混合瀝青低溫性能逐漸下降。

4) 從性能角度考慮，建議國產(chǎn)巖瀝青摻量不大于10%，以保證各性能最優(yōu)。