脫油瀝青應(yīng)用于澆筑式瀝青的研究

黎明波 李 睿 盛興躍

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336)

0 引言

隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，高等級(jí)公路的建設(shè)里程迅速增長(zhǎng)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁也進(jìn)入了建設(shè)的高潮期。目前用于鋼橋面鋪裝的材料主要有改性SMA 混合料、環(huán)氧瀝青混合料及高溫澆筑式瀝青混合料三種鋪裝材料［1］。澆筑式瀝青混凝土變形能力強(qiáng)，與鋼橋面隨從性好、具有優(yōu)良的抗低溫與疲勞開裂性能［2，3］。因而，目前澆筑式瀝青混凝土廣泛應(yīng)用于鋼橋面鋪裝。澆筑式瀝青混凝土中細(xì)集料、礦粉及瀝青含量高，粗骨料處于懸浮狀態(tài)，而且由于內(nèi)部空隙率不連續(xù)，具有不透水、耐凍融、耐油和抗老化的特點(diǎn)［4，5］。

澆筑式瀝青混凝土是一種粗集料懸浮在瀝青膠泥中形成的瀝青混凝土，其強(qiáng)度主要依靠瀝青膠泥本身的強(qiáng)度及瀝青膠泥與粗集料之間的摩擦力［6］。目前采用的聚合物改性澆筑式瀝青需要加入多種改性劑，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。為降低澆筑式瀝青的生產(chǎn)成本，并提高生產(chǎn)效率，本研究擬考察脫油瀝青(DOA)應(yīng)用于澆筑式瀝青的可行性。

溶劑脫瀝青是一種重要的渣油處理工藝，主要用于從減壓渣油制取高粘度潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油和催化裂化原料，脫油瀝青是渣油溶劑脫瀝青過(guò)程中的副產(chǎn)物，主要成分為膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及少量油分，其軟化點(diǎn)高、粘度大、針入度低［7-9］。脫油瀝青主要用來(lái)調(diào)和生產(chǎn)道路瀝青及建筑瀝青，另外還用作生產(chǎn)重質(zhì)燃料油、碳素材料等的原料［10］。目前，我國(guó)每年加工原油近5 億t，每年產(chǎn)生的脫油瀝青達(dá)千萬(wàn)噸。同時(shí)，隨著我國(guó)原油加工能力的增加及原油的重質(zhì)劣質(zhì)化，脫油瀝青的產(chǎn)量還將繼續(xù)增加。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

基質(zhì)瀝青，中海50號(hào)(ZH50)道路瀝青，中海瀝青股份有限公司;脫油瀝青(DOA)，由長(zhǎng)慶石化提供;基質(zhì)瀝青及脫油瀝青性能指標(biāo)見表1。集料:采用滿足相應(yīng)規(guī)范的玄武巖或石灰?guī)r礦料，其級(jí)配范圍見表2。

表1 基質(zhì)瀝青及DOA 基本性質(zhì)

1.2 澆筑式瀝青膠結(jié)料及混合料制備

1)瀝青膠結(jié)料制備。將基質(zhì)瀝青加熱170 ℃～175 ℃，加入一定比例的脫油瀝青，攪拌至混合均勻。測(cè)試瀝青膠結(jié)料的軟化點(diǎn)、針入度及25 ℃延度，并進(jìn)行瀝青膠結(jié)料的四組分分析。

表2 澆筑式瀝青混凝土GA10 級(jí)配構(gòu)成

2)澆筑式瀝青混合料制備。首先將集料在240 ℃烘箱中保溫不少于5 h，瀝青膠結(jié)料加熱至180 ℃，按一定的油石比將集料和瀝青膠結(jié)料在240 ℃分3 次拌和，總拌和時(shí)間為45 min。

1.3 澆筑式瀝青混合料性能表征

1)劉埃爾流動(dòng)度。澆筑式瀝青混合料的流動(dòng)性主要由劉埃爾流動(dòng)度試驗(yàn)確定，主要用于評(píng)價(jià)澆筑式瀝青混凝土的工作和易性。將拌和好的瀝青混合料倒入適當(dāng)容器中，以一特制標(biāo)準(zhǔn)重錘(1 kg)放入容器中，測(cè)量其貫入試樣50 mm 所需要的時(shí)間，即為劉埃爾流動(dòng)值(見圖1)。

圖1 澆筑式瀝青混合料劉埃爾流動(dòng)度試驗(yàn)

2)澆筑式瀝青混合料貫入度試驗(yàn)。以貫入度試驗(yàn)測(cè)定澆筑式瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，貫入度試驗(yàn)采用圖2 所示貫入度儀，貫入度試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，貫入桿直徑為25.2 mm，加載重量為52.5 kgf，試驗(yàn)記錄30 min 貫入度及60 min的貫入度增量。

3)澆筑式瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)。采用瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)其低溫抗裂性能，其主要指標(biāo)有抗彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和彎曲勁度模量。試驗(yàn)參照J(rèn)TG E20—2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程T0715—2011 瀝青混合料彎曲試驗(yàn)進(jìn)行，將澆筑式瀝青混合料成型后切制成長(zhǎng)250 mm ± 2.0 mm、寬100 mm±2.0 mm、高50 mm ±2.0 mm 的棱柱體大梁(跨徑為200 mm±0.5 mm)試件，在-10 ℃低溫條件下保溫5 h 以上，用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以50 mm/min 加載速率進(jìn)行試驗(yàn)。

圖2 澆筑式瀝青混凝土貫入度試驗(yàn)

2 結(jié)果與討論

2.1 DOA 澆筑式瀝青膠結(jié)料開發(fā)

將中海50號(hào)道路瀝青與DOA 按6∶4，5∶5 及4∶6 的質(zhì)量比混合，制備澆筑式瀝青膠結(jié)料，測(cè)試其三大指標(biāo)(見表3)，并進(jìn)行四組分組成分析。

表3 DOA 澆筑式瀝青膠結(jié)料基本指標(biāo)

表4 瀝青四組分組成分析 %

由表4 四組分分析結(jié)果可知，中海50號(hào)道路瀝青中輕質(zhì)組分(飽和分、芳香分)含量較高，重質(zhì)組分(膠質(zhì)、瀝青質(zhì))含量較低;而脫油瀝青的組成正好相反，重質(zhì)組分含量高，輕質(zhì)組分含量低。脫油瀝青加入基質(zhì)瀝青后，混合瀝青膠結(jié)料中的膠質(zhì)及瀝青質(zhì)含量相對(duì)于基質(zhì)瀝青明顯增加，并且隨著脫油瀝青摻量的增大，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量逐漸增大，飽和分及芳香分含量逐漸減小。

由于混合瀝青膠結(jié)料中重組分(膠質(zhì)、瀝青質(zhì))含量的增加，這將導(dǎo)致瀝青膠結(jié)料的高溫性能提高，而低溫性能會(huì)有所損失。試驗(yàn)結(jié)果也證明了這種推測(cè)，隨著脫油瀝青摻量的增加，瀝青膠結(jié)料的軟化點(diǎn)大幅提高，其延度及針入度指標(biāo)則顯著降低。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，選擇綜合性能較好的澆筑式瀝青膠結(jié)料，其配合比例為中海50號(hào)∶DOA=5∶5。

2.2 DOA 澆筑式瀝青混合料性能測(cè)試

澆筑式瀝青膠結(jié)料為中海50號(hào)與DOA 按5∶5 的質(zhì)量比制得的混合物，分別以7.8%，8.1%和8.4%的油石比與集料進(jìn)行拌和，制備澆筑式瀝青混合料。澆筑式瀝青混凝土的相關(guān)指標(biāo)見表5。

由不同油石比的澆筑式瀝青混凝土性能對(duì)比結(jié)果可知，油石比為8.1%的混凝土具有較好的性能，各項(xiàng)指標(biāo)基本能滿足規(guī)范的要求。油石比為7.8%的混凝土除高溫穩(wěn)定性能達(dá)到要求外，流動(dòng)性及低溫性能均較差;油石比為8.4%的混凝土流動(dòng)性最好，但高溫穩(wěn)定性和低溫抗彎拉性能都不能滿足要求。經(jīng)過(guò)優(yōu)選，DOA 澆筑式瀝青的油石比確定為8.1%。

表5 DOA 澆筑式瀝青混凝土指標(biāo)

3 結(jié)語(yǔ)

1)脫油瀝青加入基質(zhì)瀝青后，瀝青膠結(jié)料中重組分含量增加，輕組分含量減少，顯著改善基質(zhì)瀝青的高溫性能，而低溫性能降低;隨著脫油瀝青摻量的增大，瀝青膠結(jié)料高溫性能改善越明顯。最終選擇綜合性能較好的混合比例為中海50號(hào)道路瀝青∶脫油瀝青=5∶5。

2)通過(guò)不同油石比的澆筑式瀝青混凝土性能對(duì)比，油石比為8.1%的DOA 澆筑式瀝青混凝土性能較為優(yōu)異，基本能夠滿足規(guī)范的要求。

3)本文的研究結(jié)果表明，脫油瀝青應(yīng)用于澆筑式瀝青在技術(shù)上及經(jīng)濟(jì)上均具有較大的可行性。下一階段可采用一定的改性劑進(jìn)一步提高DOA 澆筑式瀝青及混合料的相關(guān)性能。

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