50號瀝青的開發(fā)與應(yīng)用研究

（中國石化集團資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司長嶺分公司港口部，岳陽 414000）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通量的急速增加，重載、超載、高溫使車轍成為國內(nèi)瀝青路面主要病害形式之一。通過研究表明，瀝青路面在車輛荷載作用下，中、下面層容易產(chǎn)生壓縮變形，因此，提高中、下面層的抗車轍能力成為解決車轍問題的關(guān)鍵技術(shù)之一，在瀝青路面中下面層采用硬質(zhì)瀝青代替?zhèn)鹘y(tǒng)70 號瀝青，能有效提高瀝青路面的高溫抗變形能力。其中50 號瀝青作為硬質(zhì)瀝青的一種，具有黏稠度較大、針入度較小等特點，是解決瀝青路面車轍病害經(jīng)濟合理的一種途徑。

1 技術(shù)指標

一般來說，硬質(zhì)瀝青是指黏稠度相對較大的重交瀝青，具有針入度小、黏稠度大、勁度大、軟化點高、延度小的特點，其高溫性能優(yōu)良，溫度敏感性好，低溫性能略差，該種瀝青在國外（尤其在歐洲）有比較成功的應(yīng)用。隨著瀝青生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，當前國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)針入度較低的硬質(zhì)瀝青，但受生產(chǎn)條件等制約，硬質(zhì)瀝青在我國的生產(chǎn)不多，其應(yīng)用也相對較少，但是50 號、30 號瀝青已成為近幾年關(guān)注的重點。本研究中50 號瀝青產(chǎn)品以某高速設(shè)計規(guī)范的50 號瀝青產(chǎn)品質(zhì)量要求為技術(shù)指標，并與交通部JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》道路石油瀝青技術(shù)要求中50A 瀝青技術(shù)指標進行對比，見表1。

從表1中對比可知：除延度指標外，某高速設(shè)計規(guī)范的50 號瀝青產(chǎn)品技術(shù)指標與50A 瀝青一樣，且增加了瀝青性能分級要求：PG64-16，對瀝青材料的選擇和評價方面更為科學(xué)、全面。

2 試驗部分

2.1 原料

本研究采用基質(zhì)瀝青、硬質(zhì)瀝青母粒作原料，調(diào)合法進行50 號瀝青產(chǎn)品的開發(fā)。其中基質(zhì)瀝青原料技術(shù)指標要符合表2要求；硬質(zhì)瀝青母粒：軟化點117 ℃，190 ℃黏度為4.8 Pa.s。

2.2 工藝過程

采用調(diào)合法開發(fā)生產(chǎn)50 號瀝青，主要將硬質(zhì)瀝青母粒加入到基質(zhì)瀝青中，經(jīng)攪拌發(fā)育制備成混合均勻、性質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品，關(guān)鍵為控制好硬質(zhì)瀝青母粒加入方式和工藝溫度，避免瀝青老化，確保產(chǎn)品性質(zhì)合格。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 基質(zhì)瀝青原料的影響

不是所有的基質(zhì)瀝青都能與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合生產(chǎn)50 號瀝青，在選擇基質(zhì)瀝青時，必須根據(jù)硬質(zhì)瀝青母粒組分結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，考慮以下因素。

表1 50 號瀝青產(chǎn)品技術(shù)指標要求

表2 基質(zhì)瀝青原料技術(shù)指標

3.1.1 選擇合適的基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青不一定要求滿足道路石油瀝青A 級標準，甚至部分渣油都可作為調(diào)合原料。基質(zhì)瀝青通過硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合后，針入度會降低，軟化點會緩慢升高，延度會衰減，抗老化性能和高溫性能均為改善提高。因此，調(diào)合生產(chǎn)50 號瀝青，要求基質(zhì)瀝青原料滿足一定的要求，見表2，特別是針入度、軟化點、延度指標必須滿足一定的范圍要求。

3.1.2 基質(zhì)瀝青的組分結(jié)構(gòu)要合理

瀝青的四組分及其對瀝青性質(zhì)的貢獻是調(diào)合的理論依據(jù)。按照瀝青膠體結(jié)構(gòu)理論，瀝青是以瀝青質(zhì)為核心，依次吸附或溶解膠質(zhì)、芳香分、飽和分的分散體系[1]。瀝青中飽和分含量不宜太多，否則塑性較差，感溫性差；芳香分、膠質(zhì)可使塑性得到改善，尤其是低溫延度提高；瀝青質(zhì)可使瀝青的黏度增大，對感溫性有利，提高高溫性能；蠟的存在干擾瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，對瀝青質(zhì)量不利。性能好的道路瀝青，這四個組分之間要合理匹配，且蠟含量要有一定的限制。因此，組分結(jié)構(gòu)合理的基質(zhì)瀝青原料才能與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)制出合格的50 號瀝青產(chǎn)品。本研究中的原料基質(zhì)瀝青與硬質(zhì)瀝青母粒的四組分含量見圖1。

圖1 原料四組分含量

在實際應(yīng)用中，四組分的比例只能是調(diào)合的初步依據(jù)，要想得到目標產(chǎn)物—50 號瀝青，必須對基質(zhì)瀝青、硬質(zhì)瀝青母粒進行配伍試驗，才能確定合適的基質(zhì)瀝青與兩者的調(diào)合比例。

3.2 硬質(zhì)瀝青母粒添加量的影響

3.2.1 對調(diào)合瀝青針入度與軟化點的影響

基質(zhì)瀝青與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合制50 號瀝青，隨著硬質(zhì)瀝青母粒添加量的增加，調(diào)合瀝青針入度減小，軟化點緩慢增加，見圖2所示。

圖2 硬質(zhì)瀝青母粒添加量對針入度、軟化點的影響

3.2.2 對調(diào)合瀝青延度的影響

基質(zhì)瀝青與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合制50 號瀝青，隨著硬質(zhì)瀝青母粒添加量的增加，調(diào)合瀝青延度不斷衰減，直至延度一拉就斷，見圖3所示。

圖3 硬質(zhì)瀝青母粒添加量對延度的影響

3.2.3 對調(diào)合瀝青60 ℃動力黏度的影響

基質(zhì)瀝青與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合制50 號瀝青，隨著硬質(zhì)瀝青母粒添加量的增加，調(diào)合瀝青60 ℃動力黏度不斷增大，見圖4所示。

4 工業(yè)生產(chǎn)

某廠采用基質(zhì)瀝青、硬質(zhì)瀝青母粒作原料在工業(yè)裝置上進行生產(chǎn)應(yīng)用，調(diào)合生產(chǎn)的50 號瀝青產(chǎn)品性質(zhì)完全符合表1中某高速設(shè)計規(guī)范的50 號瀝青產(chǎn)品質(zhì)量要求。

采用調(diào)合法生產(chǎn)50 號瀝青，關(guān)鍵為控制好硬質(zhì)瀝青母粒加入方式和工藝溫度，使硬質(zhì)瀝青母粒更好地熔融，與基質(zhì)瀝青形成穩(wěn)定的膠體體系，且必須避免瀝青老化，確保產(chǎn)品質(zhì)量，工藝示意圖如圖5。

圖4 硬質(zhì)瀝青母粒添加量對60 ℃動力黏度的影響

圖5 調(diào)合法工藝示意圖

5 性能評價

某高速公路材料部相關(guān)人員進行50 號瀝青現(xiàn)場采樣，并將樣品委托于湖南省交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督試驗檢測中心進行了質(zhì)量檢測。

5.1 性質(zhì)指標檢測

湖南省交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督試驗檢測中心對50號瀝青產(chǎn)品指標檢測結(jié)果見表3，從表3可知，50 號瀝青產(chǎn)品完全符合某高速設(shè)計規(guī)范的50 號瀝青產(chǎn)品質(zhì)量要求。

由表3可知，工業(yè)生產(chǎn)的50 號瀝青，其反映高溫性能的主要指標：軟化點、60 ℃動力黏度均比技術(shù)指標要求有較明顯的富裕，表明該瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性，有利于提高路面的抗車轍能力；瀝青10 ℃延度、15 ℃延度和老化后延度、針入度比均較好，表明該瀝青低溫性能、抗老化性能好；針入度指數(shù)（PI）適中，表明其具有良好的感溫性能。

表3 50 號瀝青產(chǎn)品指標檢測結(jié)果

5.2 SHRP 性能等級評價

湖南省交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督試驗檢測中心對50 號瀝青產(chǎn)品進行了SHRP 性能等級評價，結(jié)果見表4。從表4可知，50 號瀝青產(chǎn)品SHRP 性能等級為PG64-22，符合某高速設(shè)計規(guī)范的50號瀝青SHRP 性能等級要求。

表4 50 號瀝青產(chǎn)品SHRP 性能等級評價結(jié)果

5.3 混合料性能評價

本研究采用車轍試驗評價瀝青混合料的高溫性能，采用低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。經(jīng)研究評價，50 號瀝青混合料具有良好的高溫性能，水穩(wěn)定性和低溫性能指標也都滿足規(guī)范要求，可適合于應(yīng)用高等級公路的中、下面層，補強路面結(jié)構(gòu)，解決由于高溫和重載所造成的車轍等病害，延長瀝青路面使用壽命。

6 結(jié)論

a）并不是所有的基質(zhì)瀝青都能與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合生產(chǎn)50 號瀝青，基質(zhì)瀝青必須滿足：一是基質(zhì)瀝青組分結(jié)構(gòu)要合理，二是基質(zhì)瀝青性質(zhì)指標要合適，特別是針入度、軟化點、延度指標要滿足一定的范圍要求。在實際中，必須通過配伍試驗才能確定合適的基質(zhì)瀝青與兩者的調(diào)合比例。

b）基質(zhì)瀝青與硬質(zhì)瀝青母粒調(diào)合制得的50號瀝青，隨著硬質(zhì)瀝青母粒添加量的增加，調(diào)合瀝青針入度降低，軟化點緩慢增加，延度不斷衰減，60 ℃動力黏度不斷增大，這是由于硬質(zhì)瀝青母粒的增加，使瀝青的組分相應(yīng)變重，特別是瀝青質(zhì)含量的增加。

c）采用基質(zhì)瀝青、硬質(zhì)瀝青母粒作原料調(diào)合制得的50 號瀝青產(chǎn)品，具有較好的高低溫性能、抗老化性能以及較小的感溫性，SHRP 性能等級為PG64-22，其混合料具有較好的高溫性能，水穩(wěn)定性和低溫性能指標也都滿足規(guī)范要求，可適合于應(yīng)用我國夏熱及夏炎熱地區(qū)的高等級公路中、下面層，補強路面結(jié)構(gòu)。