巖瀝青用量對改性瀝青性能的影響

高 茜，段玉娟

（青島交通科技信息有限公司，山東 青島 266102）

引言

隨著公路工程技術的發展，改性瀝青在瀝青路面工程中的應用越來越普遍，天然巖瀝青在路面材料中的應用也逐漸增多。近年來，北美巖瀝青、布敦巖瀝青BRA 等進入我國公路市場，另外阿爾巴尼亞、伊朗及我國四川省、新疆等地也發現了豐富的巖瀝青資源。

天然巖瀝青是石油在自然界長期受地殼擠壓、變化，不斷地從地殼中冒出，存在于山體、巖石裂隙中，并與空氣、水接觸逐漸變化，經長期蒸發凝固而形成。巖瀝青對瀝青進行改性，可以顯著提高瀝青路面的高溫抗車轍性能、抗水損壞性能和抗老化性能，明顯改善瀝青路面的路用性能，延長道路使用壽命[1]。面對市場上越來越多的巖瀝青產品，選取阿爾巴尼亞SLN120 巖瀝青、濰坊MX160 巖瀝青、濰坊MX230 巖瀝青、伊朗巖瀝青1（灰分7%～10%）、伊朗巖瀝青2（灰分＜5%）、四川巖瀝青和新疆巖瀝青七種國內外不同巖瀝青，深入研究其對瀝青性能的影響。

1 巖瀝青相關指標

對七種巖瀝青的部分物理指標進行檢測，主要有外觀、粒度、含水量、溶解度（T.E.C）、溶解度（CS2）、軟化點、熔化點和灰分等指標，檢測結果見表1[2-5]。

2 巖瀝青對瀝青性能的影響

為了對不同品種巖瀝青的性能進行評價，采用齊魯70#基質瀝青為原料，基質瀝青的技術指標見表2，用天然巖瀝青作為改性劑，分別制備巖瀝青摻量為0%、5%、10%、15%的改性瀝青，分別用Y1Q-Y7Q 表示七種巖瀝青的改性瀝青。

表2 齊魯70#道路石油瀝青技術指標

2.1 巖瀝青對瀝青黏度的影響

瀝青黏度的測定方法可分為兩類：一類為“絕對黏度法”；另一類為“相對（條件）黏度法”。采用真空減壓毛細管法和布氏旋轉黏度計法測定改性瀝青的絕對黏度，檢測數據見圖1。

圖1 60 ℃動力黏度、135 ℃布氏黏度、175 ℃布氏黏度與摻量之間關系

由圖1 可知，隨著巖瀝青摻量的增加，各種瀝青的60 ℃動力黏度和布氏黏度的變化規律相同，但不同巖瀝青的變化規律不同。其中Y5 改性瀝青黏度提高的幅度最大，Y4、Y6、Y3、Y2 和Y1 的黏度隨著巖瀝青摻量的增加呈線性增長，而Y7 改性瀝青的黏度變化規律不明顯。

2.2 巖瀝青對瀝青感溫性的影響

采用針入度指數PI和黏溫指數VTS兩個指標分析巖瀝青對瀝青感溫性的影響見圖2。

圖2 針入度指數、黏溫指數與摻量之間關系

分析圖2 中曲線可知，隨著巖瀝青摻量的增加，不同品種的巖瀝青改性瀝青的PI和VTS的變化趨勢不同，但兩個指標反應的感溫性變化規律基本相同（除Y2），針入度PI大多在-2 ～+2 范圍內，但是除Y1 外，不同摻量的巖瀝青改性不能全部滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJ 032—94）對道路石油瀝青和聚合物改性瀝青的針入度指數PI的規定。隨著摻量的增加，黏溫指數VTS總體呈減小的趨勢，說明溫度穩定性變好，其他巖瀝青對VTS的影響規律不明顯。

2.3 巖瀝青對瀝青高溫性能的影響

有研究表明普通瀝青混合料的臨界溫度同其瀝青軟化點相關性較好，一般是在瀝青軟化點的基礎上提高10 ℃左右，而改性瀝青混合料的臨界溫度同瀝青軟化點相關性較差，但同當量軟化點相關性很好，其臨界溫度也是在瀝青當量軟化點的基礎上提高10 ℃左右。故采用軟化點和當量軟化點的數據對巖瀝青改性瀝青的高溫性能進行評價，軟化點的檢測數據見圖3。

圖3 軟化點與摻量之間關系曲線

齊魯70#基質瀝青摻加了天然巖瀝青后，軟化點顯著提高，且除Y7 改性外，其他改性瀝青隨著巖瀝青摻量的變化軟化點呈線性增長趨勢。

2.4 巖瀝青對瀝青低溫性能的影響

為評價巖瀝青對瀝青低溫性能的影響，從4 ℃針入度分析巖瀝青改性瀝青的變化規律。4 ℃巖瀝青改性瀝青針入度見圖4。

圖4 4 ℃針入度與摻量之間關系曲線

2.5 巖瀝青對瀝青耐老化性能的影響

旋轉薄膜烘箱試驗是對瀝青材料短期老化的模擬，一方面促使瀝青輕質油分的揮發，另一方面使瀝青與空氣中的氧發生化學反應。通過旋轉薄膜烘箱試驗對不同巖瀝青改性瀝青的耐老化性能進行分析，試驗數據見圖5。

圖5 TFOT 殘留針入度比與摻量之間關系

本次TFOT 試驗所得到的質量損失均為負值，質量減少，說明改性瀝青中輕質油分的揮發部分超過了氧化反應使瀝青結合料質量增加的部分。隨著摻量的增加Y5、Y7、Y3 和Y4 的針入度比基本呈變大的趨勢，說明這三種巖瀝青能夠提高瀝青的耐老化性能，其中Y5 在提高瀝青耐老化性能方面，效果最顯著；Y1、Y2 和Y6 的變化規律不明顯。

3 七種巖瀝青改性效果綜合評價

綜合分析前面的檢測指標將巖瀝青摻量變化對瀝青性能的影響見表3。

表3 檢測指標隨摻量增加的變化規律

分析表3 可知，隨著巖瀝青摻量的變化，不同的巖瀝青會對瀝青性能產生不同的影響，在確定巖瀝青最佳摻量時可以參考表3 規律，但Y7 巖瀝青改性瀝青的各項指標變化規律不明顯。比較相同巖瀝青摻量下的改性瀝青的性質可知，Y5 改性瀝青黏度和軟化點最大，4 ℃針入度最小，殘留針入度比最大，可見Y5 改性瀝青擁有較好的高溫穩定性和抗老化性能，但是低溫抗裂性較差。

4 結語

檢測了七種巖瀝青摻量為5%、10%、15%的改性瀝青的黏度、軟化點、針入度指數、黏溫指數、4 ℃針入度和RTFOT，分析試驗數據得出不同巖瀝青改性瀝青隨摻量變化各指標變化規律和相同摻量下不同巖瀝青改性瀝青指標變化，同時對巖瀝青進行物理指標檢測和化學分析，研究結論：（1）除Y7外，其他巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量的增加，高溫性能提高；除Y6 外，其他巖瀝青改性瀝青隨著巖瀝青摻量的增加，抗老化性能提高；除Y1 外，摻量變化對巖瀝青改性瀝青的感溫性能影響規律不明顯；除Y2、Y3、Y7 外，隨著摻量的增加低溫性能降低；Y7 改性瀝青除抗老化性能外，各方面性能隨摻量變化的規律不明顯。（2）比較相同巖瀝青摻量下的改性瀝青的性質可知，除Y5 改性外，其他幾種改性瀝青性能相對接近。Y5 改性瀝青黏度和軟化點最大，4 ℃針入度最小，殘留針入度比最大，可見Y5 改性瀝青擁有較好的高溫穩定性和抗老化性能，但是低溫抗裂性較差。