巖瀝青添加到基質瀝青和SBS改性瀝青后的效果

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

關鍵詞：巖瀝青；SBS改性瀝青；基質瀝青；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路用材料的性能。巖瀝青是石油經過長年在熱、壓力、氧化、觸媒、細菌等的綜合作用下生成的瀝青類礦物質，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，性能穩定，有良好的抗氧化性。巖瀝青的瀝青質分子量可高達一萬，其化學構成以碳為主，瀝青質的大分子中含有碳、氫、氧、氮、硫等元素的極性官能團，使其在巖石的表面產生極強的吸附力。巖瀝青的瀝青含量20～30%，灰分含量70～80%。使得軟化點達到300℃以上。因為它有著自己的奇異性能，許多建筑工程上，廣泛使用巖瀝青。現時用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加熱熔化狀態的SBS改性瀝青（簡稱A組）及70號基質瀝青（簡稱B組）中。並攪拌均勻，在烘箱里繼續保溫，每15分鐘充分攪拌1次，讓巖瀝青里的瀝青質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模具中，等待試驗。數據見表1：

從表1的數據看，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、動態剪切等。另外亦有巖瀝青與 SBS協同作用的可喜跡象。現試對以下幾個方面作分析和討論。

反映高溫性能指標有針入度指數、軟化點、當量軟化點與動態剪切。在不同溫度條件下，瀝青粘度隨溫度的改變而產生一定的改變，呈現出明顯的狀態變化，這種特點稱為瀝青的感溫性。感溫性常用指標是針入度指數，針入度指數越大，也就是說溫度升高時，瀝青狀態改變的程度較少。表現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為-1～+1。表1中A組針入度指數為0～0.5，B組的針入度指數為-1以下。

同樣軟化點、當量軟化點與動態剪切G*/sinδ三者指標數值高，意味著其高溫性好，不易受溫度影響而變化。動態剪切G*/sinδ在Superpave瀝青膠結料規范中用以表征瀝青結合料的抗車轍變形能力的指標，G*/sinδ越大，表征結合料的高溫抗車轍能力越強。表1中，以上四者高溫值，隨著巖瀝青的量添加，A、B兩組實驗值是提升了。說明巖瀝青是有助瀝青的高溫性能提高，而且A組更為優勝。

當量脆點表征瀝青在溫度下降時，承受破壞能力的極限。當承受破壞能力降到最低點所對應的溫度為當量脆點。即溫度逐漸下降，瀝青不斷收縮，分子鏈運動范圍減少，從彈性態向玻璃態轉變，到達玻璃狀態時，遇到外力時輕易而舉地被破碎。瀝青當量脆點溫度越低，說明承受低溫能力越強。表1里，A組與B組隨著添加巖瀝青的量增加，檢測結果也是遞增。A組的當量脆點為-15～-16，B組當量脆點為-9～-10。A組是好于B組。

粘滯性能指標有：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車轍變形。巖瀝青的瀝青質含量很高，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，近乎為無機礦物質，一般無機填料加入瀝青中會降低瀝青的凝聚力。表1里所標出的5℃延度、25℃黏韌性、25℃韌性等數據均較明顯反映出是如此。彈性恢復顧名思義是反映物體抗衡外力的內聚能力。瀝青受外力拉伸、擠壓和剪切等作用下，發生變形，外力消除后，瀝青恢復到原來狀態的能力。彈性恢復數值越大，說明瀝青回彈能力強，內部體系的團聚力大。表1“25℃彈性恢復”欄，B組數據仍是隨巖瀝青的加入而減少，A組數值只輕微減少。在該項檢測中可看出A組比B組有巨大的優勢，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結與瀝青共容，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能力。而良好的彈性恢復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合體，不同的溫度下它會呈現出對彈（剛）與粘（流）性不同程度的偏向。復數剪切模量G*/sinδ與相位角δ就是在宏觀上比較形象反映出瀝青內在成分和結構所固有的粘彈本質。其中相位角δ是施加應力與應變響應或施加應變與應力響應的時間滯后的量度，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與SBS親和，增加了瀝青的剛彈性，減小了滯后性。

總結以上的分析，巖瀝青同樣有助于SBS改性瀝青與基質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改性瀝青與基質瀝青里，兩者的效果不一樣，前者優于后者，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，需要根據設計要求來選擇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。通過實驗，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、節省成本提供多一種解決問題的思路。

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作者簡介：

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