掺加岩沥青的沥青胶结料性能分析

陈庭安

(广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 511450)

掺加岩沥青的沥青胶结料性能分析

陈庭安

(广东冠粤路桥有限公司，广东 广州 511450)

通过室内试验首先分析复配胶结料的基本性能变化，并与70#沥青和SBS改性沥青比较，对进一步研究和应用有一定的参考作用。

岩沥青；改性；沥青胶结料；性能分析

1 试验材料及复合胶结料制备

1.1 试验材料

试验采用布敦岩沥青、壳牌70#、110#石油沥青以及SBS改性沥青，各材料技术性能测试结果如表1～4所示。

表1 布敦岩沥青基本性能

表2 壳牌110#石油沥青基本性能

表3 壳牌70#石油沥青基本性能

表4 SBS(I-C)改性沥青基本性能

1.2 复合胶结料制备

掺加岩沥青可对石油沥青起到改性作用，在改性过程中岩沥青的搅拌温度与搅拌时间是关键参数。搅拌温度与石油沥青的老化温度、岩沥青的熔融温度等有关，搅拌温度偏高，易加速复合胶结料的老化；搅拌温度偏低，则可能造成岩沥青在石油沥青中不能得到均匀分散。搅拌时间是否合理对胶结料的性能也有较大影响，搅拌时间偏短，会造成岩沥青的分散度降低，不能起到良好的改性作用；搅拌时间偏长，一方面高温下延长了沥青的老化时间，另一方面也带来能源的浪费，增加成本。因此，在岩沥青与石油沥青复配生产时，通过试验确定合理的搅拌时间与搅拌温度非常有必要。籍晓靖等研究认为合适的生产条件为，石油沥青加热至150 ℃，在145～150 ℃的温度范围掺入岩沥青持续搅拌30 min左右。

岩沥青改性石油沥青复合胶结料制备的工艺参数与流程如下：(1)110#石油沥青加热至145～150 ℃；(2)掺入15%的布敦岩沥青，在恒定温度下搅拌30 min；(3)将复合胶结料在150 ℃恒温烘箱中保温45 min进行岩沥青的充分溶胀；(4)保温后取出150 ℃搅拌15 min；(5)浇筑模具备用。

2 试验及分析

2.1 高温性能及工作性

沥青路面的抗高温性能取决于矿料的骨架嵌挤结构和沥青胶结料的黏结能力。研究认为，矿料结构对沥青混合料的抗高温性能贡献占到60%左右，胶结材料的黏结性能则占到40%左右，可见，沥青胶结材料的性能也非常重要。在施工中，由于操作简单，试验快速高效，因此常用软化点指标评价沥青胶结料的高温性能；对于工作性，则常用高温状态下沥青胶结料的运动粘度指标来评价。本次分析掺入岩沥青后沥青胶结料软化点和布式旋转粘度指标的变化，并与70#沥青和SBS改性沥青进行对比，以评价岩沥青复合沥青胶结料的高温性能与工作性，试验结果如图1～2所示。

图1 软化点试验结果

分析图1试验结果发现，在110#石油沥青中掺加15%的岩沥青制备的复合胶结料软化点高于70#石油沥青，此表明岩沥青与高针入度标号的石油沥青复配可使沥青胶结料在质上相对变硬。这可能是因为岩沥青把天然沥青的发达网状结构带入了石油沥青中，从微观上改善了沥青分子结构，使沥青分子间更容易聚合而成大分子结构的缘故。在工程应用中，当采用价格较低的高标号软质石油沥青时，可掺加一定量的岩沥青改善其高温性能。

图2 旋转粘度试验结果

同样可以发现，尽管岩沥青与110#石油沥青复配的胶结料软化点高于70#石油沥青，但其距SBS改性沥青的软化点仍然有一定的差距。可见，就抗高温变形性能来讲，岩沥青改性石油沥青的胶结料用于沥青表面层存在一定的风险。

分析图2试验结果发现，掺加15%的岩沥青，其胶结料的高温运动粘度已基本与70#石油沥青相当，远远低于SBS改性沥青。在相同温度下，胶结料高温粘度越小，其工作性越好，这说明在110#软质石油沥青中加入岩沥青后，其胶结料工作性与70#石油沥青相当。单从高温粘度数值评价，复合胶结料的工作性远远好于SBS改性沥青，但由于SBS改性沥青各方面性能优势，单纯比较工作性没有意义。

2.2 低温性能

低温延度指标可在一定程度上评价沥青胶结料的低温性能。试验采用5 ℃延度指标分析岩沥青改性石油沥青的低温性能，并与70#石油沥青与SBS改性沥青进行对比，试验结果如图3所示。

图3 5 ℃延度试验结果

分析图3试验结果发现，在110#石油沥青中掺加岩沥青形成的复合胶结料5 ℃延度低于70#石油沥青，与SBS改性沥青相差更远，这说明岩沥青在胶结料低温改性方面是起负面作用的。分析认为岩沥青的掺入，加强了石油沥青原有结构中的极性化学键，加固了沥青质与胶质形成的大分子网状结构，从而增加了分子的黏性，却降低了分子的韧性。另一方面，岩沥青中含有一定的矿物等杂质，此处产生的应力集中现象也易使胶结料从此处断裂。因此，当工程中采用岩沥青改性时，可以采取一些改善低温性能措施。

2.3 温度敏感性

沥青胶结料的温度敏感性指标主要表征胶结料性质变化对温度的敏感性，目前国内外常用针入度指数PI值的大小表征沥青的温度敏感性。本次研究采用PI指标分析岩沥青改性石油沥青的复合胶结料对温度的敏感性，并对比70#石油沥青与SBS改性沥青，试验结果如图4所示。

图4 针入度指数试验结果

分析图4试验结果发现，在110#软质石油沥青中加入15%岩沥青改性后，针入度指数PI在0.5～1.0之间，与SBS改性沥青接近，表明复合胶结料温度敏感性较小，感温性能好。除此之外，籍晓静等研究认为，大多数岩沥青改性软质石油沥青的PI值均在-1.5～1.0之间变化，并且随着岩沥青掺量的增加，复合胶结料的PI值也会有所增大，材料的温度敏感性降低，感温性能逐渐变好。

2.4 老化性能

沥青老化是一个逐渐发生的过程，其速率直接影响路面的使用寿命，是影响沥青路面耐久性的主要因素。采用旋转薄膜烘箱模拟施工过程中的短期老化，分析老化后复合胶结料的针入度、延度以及质量损失等指标。

分析表5试验结果可以发现：

(1)短期老化前与老化后，掺加岩沥青的复合胶结料的25 ℃针入度均小于70#石油沥青与SBS改性沥青，说明在常温条件下，复合胶结料的稠度最大；从短期老化后，复合胶结料的针入度比小于SBS改性沥青，大于70#石油沥青。

表5 短期老化后试验结果

(2)三种胶结料中，复合胶结料老化后的5℃延度最小，几乎没有拉伸长度，明显低于70#石油沥青与SBS改性沥青。这说明低温条件下比较脆的复合胶结料，在经过短期老化后变的更脆，低温抗裂性能急剧下降。

(3)就老化后质量变化指标而言，70#石油沥青质量变化最小，SBS改性沥青最大，岩沥青改性复合胶结料介于两者之间。复合胶结料的质量变化之所以为负值，可能是因为老化过程中岩沥青灰分的散失和轻质油分的挥发程度大于胶结料因氧化造成质量增加的程度。

3 结 论

(1)相比70#石油沥青，110#软质石油沥青中加入岩沥青形成的复合胶结料软化点有所提高，工作性基本相当。

(2)复合胶结料5 ℃延度低于70#石油沥青与SBS改性沥青；针入度指数PI值在0.5～1.0之间，已接近SBS改性沥青，具有较低的温度敏感性。

(3)复合胶结料25 ℃针入度比大于70#基质沥青，小于SBS改性沥青，其抗老化性能介于70#基质沥青与SBS改性沥青之间。由于岩沥青中存在少部分灰分等杂质，使得复合胶结料的质量变化略大于70#基质沥青。

[1] 籍晓靖. 基于预拌—增强技术的环保型沥青混合料研发与应用[D]. 西安: 长安大学, 2013.

[2] 孔祥利. 岩沥青改性70#沥青混凝土应用技术研究[D]. 长春: 吉林大学, 2009.

[3] 胡安宇, 张永平, 王飞. 基于软硬沥青复配的沥青混合料温拌技术的研究与应用[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2011, 35(6): 1170-1177.

2016-10-03

陈庭安(1981-)，男 ，广东兴宁人 ，工程师，主要从事公路路面试验检测研究工作。

U416.1

：B

：1008-3383(2017)06-0016-02