巖天然巖瀝青改性劑在公路中的應(yīng)用研究

李 鑫

（黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江哈爾濱 150080）

巖天然巖瀝青改性劑在公路中的應(yīng)用研究

李 鑫

（黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江哈爾濱 150080）

巖瀝青是石油在自然界中長期受地殼擠壓、變化，并與空氣、水接觸氧化綜合作用下生成的瀝青類物質(zhì)，其中有的混有一定比例的礦物質(zhì)。通常分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青等。巖瀝青以高含氮、軟化點(diǎn)高的天然礦物元素作為主要成分，具有抗剝離、耐久、抗車轍、抗老化四大特點(diǎn)。針對(duì)巖瀝青作改性劑，與基質(zhì)瀝青的相溶性，及瀝青微觀結(jié)構(gòu)巖瀝青改性混合料設(shè)計(jì)配比試驗(yàn)作了詳細(xì)分析研究。

瀝青改性；混合料使用性能；瀝青軟化點(diǎn)

1　用其改性可以顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性

（1）天然巖瀝青自身的軟化點(diǎn)非常高，一般在160～175℃，故利用其制造的改性瀝青軟化點(diǎn)也非常高，達(dá)到98℃，使其改性瀝青混合料具有非常好的高溫穩(wěn)定性，能明顯地提高瀝青路面的抗車轍能力。

（2）天然巖瀝青含氮量高，提高了瀝青路面的抗水損能力。天然巖瀝青中，氮元素以功能團(tuán)形式存在，這種形式使天然巖瀝青具有很強(qiáng)的浸潤性和對(duì)自由氧化基的高抵抗性，其他元素的官能團(tuán)及側(cè)鏈的存在也共同發(fā)育了上述特征。具體表現(xiàn)就是瀝青粘度增大，抗氧化性增強(qiáng)，特別是集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善。與有機(jī)類胺類抗剝離劑相比，其抗水損壞能力更穩(wěn)定而耐久。

（3）天然巖瀝青抗老化能力強(qiáng)，耐候性能好，瀝青路面使用壽命更久。由于天然巖瀝青常年與自然環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定，天然巖瀝青抗微生物侵蝕作用很強(qiáng)，這是因?yàn)樗谛纬傻那О偃f年過程中，能被侵蝕的都已被侵蝕完了，而且天然巖瀝青有在自由表面形成致密光亮保護(hù)膜的特點(diǎn)，這使瀝青的自由表面十分光亮，形成了一個(gè)天然巖瀝青富集保護(hù)層，保護(hù)了里面的瀝青不被侵蝕。天然巖瀝青的高含氮量，使改良的瀝青粘度更好，也有更好的抗氧化性。這些品質(zhì)將會(huì)提高瀝青里面的耐久性，減緩瀝青老化速度，從而延長道路使用壽命。

（4）研究線路及主要內(nèi)容

①巖瀝青性質(zhì)與改性機(jī)理研究。通過物理化學(xué)手段對(duì)巖瀝青性質(zhì)進(jìn)行深入研究。分別采用“濕法”和“干法”工藝研究巖瀝青對(duì)基質(zhì)瀝青和主要性能指標(biāo)改善試驗(yàn)規(guī)律以及混合料性能改善的不同改性機(jī)理，探討巖瀝青作為瀝青混合料外加劑的使用可行性。

②巖瀝青改性瀝青混合料設(shè)計(jì)配比試驗(yàn)研究。采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法對(duì)巖瀝青混合料進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用“干法”工藝制備巖瀝青改性瀝青混合料，確定瀝青混合料體積指標(biāo)、路用性能，選取最佳拌和工藝參數(shù)。

③巖瀝青改性瀝青混合料使用性能研究。采用對(duì)比試驗(yàn)總結(jié)巖瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能，并通過依托工程試驗(yàn)路進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)其路用性能進(jìn)行綜合研究和評(píng)價(jià)。

④通過工程試驗(yàn)路施工，總結(jié)巖瀝青改性混合料施工工藝參數(shù)。巖瀝青常溫狀態(tài)下為黑色粉末，手感細(xì)膩，附著性強(qiáng)，易吸水但不溶于水，難溶于三氯乙烯、汽油、煤油等常用有機(jī)溶劑，瀝青含量很高，比業(yè)內(nèi)熟知的布敦巖瀝青的瀝青含量高出很多，雜質(zhì)含量很少且多為灰分。具體檢測(cè)指標(biāo)見表1。

表1　巖瀝青技術(shù)指標(biāo)

2　巖瀝青性質(zhì)及改性機(jī)理研究

2.1巖瀝青微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)研究

巖瀝青礦石是一種自然資源，天然外觀接近于煤礦，化學(xué)成分接近于瀝青。巖瀝青具有比表面積大，密度小（略大于水），吸附性強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特征。巖瀝青屬于天然瀝青的一種，可根據(jù)改性瀝青混合料生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)行研磨、加工、提煉。本文采用的是“干法”工藝，首先將固體狀的巖瀝青研磨加工成粉末狀顆粒，通過機(jī)械或人工投入瀝青拌合樓的攪拌缸，延長3～5 s干拌時(shí)間，讓巖瀝青顆粒與礦料充分拌和均勻，高溫下巖瀝青顆粒熔融后裹覆礦料表面，起到改性的效果。不同加工粒徑巖瀝青的物理性質(zhì)及工藝特性如表2所示。

表2　不同加工粒徑巖瀝青的物理性質(zhì)及工藝特性

采用機(jī)械自動(dòng)投放巖瀝青改性劑時(shí)，需要提升機(jī)、螺旋等輔助設(shè)施以及粉料罐等儲(chǔ)存設(shè)備，由于巖瀝青含有輕質(zhì)油分，密度較小，輸送過程中容易出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，并且顆粒太細(xì)，攪拌缸的除塵系統(tǒng)也會(huì)吸走部分顆粒，造成損耗。因此，綜合考慮巖瀝青的比表面積、產(chǎn)能、生產(chǎn)效率、能耗、投放過程損失、運(yùn)輸成本等因素，比較巖瀝青改性混合料的生產(chǎn)質(zhì)量與綜合成本，本文選擇巖瀝青顆粒的加工粒徑為100目。

2.2不同摻量巖瀝青改性瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)分析

運(yùn)用改性瀝青制備工藝，設(shè)計(jì)了9%、12%、15%、18%、四種巖瀝青摻量，并采用內(nèi)摻法制備了巖瀝青改性瀝青，其常規(guī)性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果。

2.3巖瀝青改性瀝青軟化點(diǎn)、與摻量的關(guān)系

巖瀝青改性瀝青的軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關(guān)系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的軟化點(diǎn)和當(dāng)量軟化點(diǎn)均有規(guī)律地升高，可見巖瀝青對(duì)瀝青的高溫性能有改善作用，改性后的瀝青耐熱性能提高，抵抗高溫變形的能力增強(qiáng)。

表3　不同摻量巖瀝青改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

3　巖瀝青改性瀝青的針入度

針入度指數(shù)與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關(guān)系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的針入度有規(guī)律地降低，針入度指數(shù)有規(guī)律地升高，說明改性瀝青對(duì)溫度敏感性降低，性質(zhì)穩(wěn)定。

巖瀝青改性瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)與巖瀝青摻量之間存在良好的線性關(guān)系。隨著巖瀝青摻量的提高，改性瀝青的當(dāng)量脆點(diǎn)有規(guī)律地升高，說明改性瀝青耐低溫性能在衰減，低溫柔性降低。表3中的5℃延度數(shù)據(jù)也表明，巖瀝青改性瀝青抗低溫性能在降低。

4　結(jié) 論

由以上結(jié)果可以看出，巖瀝青的主要作用在于提高瀝青的高溫穩(wěn)定性能、降低溫度敏感性，針入度、針入度指數(shù)、軟化點(diǎn)、當(dāng)量軟化點(diǎn)、當(dāng)量脆點(diǎn)等指標(biāo)表明巖瀝青能夠有效提高瀝青的耐高溫性能、降低其溫度敏感性，但對(duì)低溫性能無明顯改善作用。

U416.217

C

1008-3383（2016）10-0046-02

2016-02-12