脱油沥青应用于浇筑式沥青的研究

黎明波 李 睿 盛兴跃

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)

0 引言

随着我国公路交通事业的飞速发展，高等级公路的建设里程迅速增长，钢结构桥梁也进入了建设的高潮期。目前用于钢桥面铺装的材料主要有改性SMA 混合料、环氧沥青混合料及高温浇筑式沥青混合料三种铺装材料［1］。浇筑式沥青混凝土变形能力强，与钢桥面随从性好、具有优良的抗低温与疲劳开裂性能［2，3］。因而，目前浇筑式沥青混凝土广泛应用于钢桥面铺装。浇筑式沥青混凝土中细集料、矿粉及沥青含量高，粗骨料处于悬浮状态，而且由于内部空隙率不连续，具有不透水、耐冻融、耐油和抗老化的特点［4，5］。

浇筑式沥青混凝土是一种粗集料悬浮在沥青胶泥中形成的沥青混凝土，其强度主要依靠沥青胶泥本身的强度及沥青胶泥与粗集料之间的摩擦力［6］。目前采用的聚合物改性浇筑式沥青需要加入多种改性剂，生产成本高，生产工艺复杂。为降低浇筑式沥青的生产成本，并提高生产效率，本研究拟考察脱油沥青(DOA)应用于浇筑式沥青的可行性。

溶剂脱沥青是一种重要的渣油处理工艺，主要用于从减压渣油制取高粘度润滑油基础油和催化裂化原料，脱油沥青是渣油溶剂脱沥青过程中的副产物，主要成分为胶质、沥青质及少量油分，其软化点高、粘度大、针入度低［7-9］。脱油沥青主要用来调和生产道路沥青及建筑沥青，另外还用作生产重质燃料油、碳素材料等的原料［10］。目前，我国每年加工原油近5 亿t，每年产生的脱油沥青达千万吨。同时，随着我国原油加工能力的增加及原油的重质劣质化，脱油沥青的产量还将继续增加。

1 试验部分

1.1 试验原料

基质沥青，中海50号(ZH50)道路沥青，中海沥青股份有限公司;脱油沥青(DOA)，由长庆石化提供;基质沥青及脱油沥青性能指标见表1。集料:采用满足相应规范的玄武岩或石灰岩矿料，其级配范围见表2。

表1 基质沥青及DOA 基本性质

1.2 浇筑式沥青胶结料及混合料制备

1)沥青胶结料制备。将基质沥青加热170 ℃～175 ℃，加入一定比例的脱油沥青，搅拌至混合均匀。测试沥青胶结料的软化点、针入度及25 ℃延度，并进行沥青胶结料的四组分分析。

表2 浇筑式沥青混凝土GA10 级配构成

2)浇筑式沥青混合料制备。首先将集料在240 ℃烘箱中保温不少于5 h，沥青胶结料加热至180 ℃，按一定的油石比将集料和沥青胶结料在240 ℃分3 次拌和，总拌和时间为45 min。

1.3 浇筑式沥青混合料性能表征

1)刘埃尔流动度。浇筑式沥青混合料的流动性主要由刘埃尔流动度试验确定，主要用于评价浇筑式沥青混凝土的工作和易性。将拌和好的沥青混合料倒入适当容器中，以一特制标准重锤(1 kg)放入容器中，测量其贯入试样50 mm 所需要的时间，即为刘埃尔流动值(见图1)。

图1 浇筑式沥青混合料刘埃尔流动度试验

2)浇筑式沥青混合料贯入度试验。以贯入度试验测定浇筑式沥青混合料高温稳定性，贯入度试验采用图2 所示贯入度仪，贯入度试件尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，贯入杆直径为25.2 mm，加载重量为52.5 kgf，试验记录30 min 贯入度及60 min的贯入度增量。

3)浇筑式沥青混合料低温弯曲试验。采用沥青混合料低温弯曲试验来评价其低温抗裂性能，其主要指标有抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量。试验参照JTG E20—2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0715—2011 沥青混合料弯曲试验进行，将浇筑式沥青混合料成型后切制成长250 mm ± 2.0 mm、宽100 mm±2.0 mm、高50 mm ±2.0 mm 的棱柱体大梁(跨径为200 mm±0.5 mm)试件，在-10 ℃低温条件下保温5 h 以上，用万能试验机以50 mm/min 加载速率进行试验。

图2 浇筑式沥青混凝土贯入度试验

2 结果与讨论

2.1 DOA 浇筑式沥青胶结料开发

将中海50号道路沥青与DOA 按6∶4，5∶5 及4∶6 的质量比混合，制备浇筑式沥青胶结料，测试其三大指标(见表3)，并进行四组分组成分析。

表3 DOA 浇筑式沥青胶结料基本指标

表4 沥青四组分组成分析 %

由表4 四组分分析结果可知，中海50号道路沥青中轻质组分(饱和分、芳香分)含量较高，重质组分(胶质、沥青质)含量较低;而脱油沥青的组成正好相反，重质组分含量高，轻质组分含量低。脱油沥青加入基质沥青后，混合沥青胶结料中的胶质及沥青质含量相对于基质沥青明显增加，并且随着脱油沥青掺量的增大，胶质和沥青质含量逐渐增大，饱和分及芳香分含量逐渐减小。

由于混合沥青胶结料中重组分(胶质、沥青质)含量的增加，这将导致沥青胶结料的高温性能提高，而低温性能会有所损失。试验结果也证明了这种推测，随着脱油沥青掺量的增加，沥青胶结料的软化点大幅提高，其延度及针入度指标则显著降低。根据以上试验结果，选择综合性能较好的浇筑式沥青胶结料，其配合比例为中海50号∶DOA=5∶5。

2.2 DOA 浇筑式沥青混合料性能测试

浇筑式沥青胶结料为中海50号与DOA 按5∶5 的质量比制得的混合物，分别以7.8%，8.1%和8.4%的油石比与集料进行拌和，制备浇筑式沥青混合料。浇筑式沥青混凝土的相关指标见表5。

由不同油石比的浇筑式沥青混凝土性能对比结果可知，油石比为8.1%的混凝土具有较好的性能，各项指标基本能满足规范的要求。油石比为7.8%的混凝土除高温稳定性能达到要求外，流动性及低温性能均较差;油石比为8.4%的混凝土流动性最好，但高温稳定性和低温抗弯拉性能都不能满足要求。经过优选，DOA 浇筑式沥青的油石比确定为8.1%。

表5 DOA 浇筑式沥青混凝土指标

3 结语

1)脱油沥青加入基质沥青后，沥青胶结料中重组分含量增加，轻组分含量减少，显著改善基质沥青的高温性能，而低温性能降低;随着脱油沥青掺量的增大，沥青胶结料高温性能改善越明显。最终选择综合性能较好的混合比例为中海50号道路沥青∶脱油沥青=5∶5。

2)通过不同油石比的浇筑式沥青混凝土性能对比，油石比为8.1%的DOA 浇筑式沥青混凝土性能较为优异，基本能够满足规范的要求。

3)本文的研究结果表明，脱油沥青应用于浇筑式沥青在技术上及经济上均具有较大的可行性。下一阶段可采用一定的改性剂进一步提高DOA 浇筑式沥青及混合料的相关性能。

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