布敦岩沥青掺量与粘度关系研究

沈 阳

(辽宁省公路勘测设计公司 沈阳市 110168)

印尼布敦岩沥青是产于南太平洋印度尼西亚苏拉维西岛的天然沥青，它是由石油不断从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂缝中经长时间蒸发凝固而形成的。其外观呈深褐色细颗粒状，最大粒径小于 2mm，稍有煤油味。

本文从岩沥青掺量对沥青黏度影响着手研究，确定不同岩沥青掺量下黏度与温度的关系曲线。然后根据黏-温曲线进一步确定不同岩沥青掺量下沥青混合料适宜的拌和和成型温度范围。根据岩沥青掺量来给定沥青混合料适宜的拌和成型温度范围，这样能更好地指导实际现场施工，更好地为我国公路事业服务。

1 试验和材料

1.1 试验

(1)试样的制备

①固体颗粒的岩沥青经过抽提、蒸馏得到纯的岩沥青；

②按照内掺的方式，分别将6%、12%、18%的纯岩沥青加入到90#基质沥青中，然后加热搅拌均匀。

(2)试验方法

通过布氏黏度仪测定120℃、130℃、135℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃温度下，6%、12%、18%岩沥青掺量沥青的旋转黏度。

(3)试验目的

试验目的是为了测定不同温度条件下岩沥青掺量对沥青黏度的影响，并进一步通过沥青黏-温曲线确定不同岩沥青掺量下沥青适宜的拌和和成型温度。

1.2 材料

(1)布敦岩沥青

布敦岩沥青由厂家提供，性能指标符合规范要求，具体指标见表1。

表1 BRA性能指标

(2)90#基质沥青

试验采用90#道路石油沥青，沥青三大指标试验结果见表2。

表2 90#沥青三大指标试验结果

注：试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的方法执行

2 不同温度条件下岩沥青掺量与黏度关系研究

2.1 不掺岩沥青基质沥青黏度

对原材料90#道路基质沥青进行布氏旋转黏度的测定，试验结果见表3。

根据黏-温曲线的关系，对黏度(单位Pa·s)

表3 90#道路沥青不同温度条件所对应黏度

取双对数，对温度(单位绝对温度K)取对数，对表中数据进行线性回归。回归方程如下：

lnlny=-2.4587ln(273.2+x)+6.822(R2=1)

式中：y—黏度(Pa·s)；

x—温度(℃)。

当使用石油沥青时，宜以黏度为0.17Pa·s±0.02Pa·s时的温度作为拌和温度范围；以0.28Pa·s±0.03Pa·s时的温度作为成型温度范围。90#基质沥青拌和、成型温度范围见表4。

表4 90#基质沥青拌和、压实温度范围

通过试验确定得到试验采用的90#基质沥青适宜的拌和温度、压实温度分别为152.6～160.6℃、137.4～143.8℃，均和《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004提出的90#基质沥青适宜的拌和、成型温度相符。

2.2 不同岩沥青掺量下基质沥青黏度

分别对掺入6%、12%、18%岩沥青下的90#基质沥青进行布氏旋转黏度的测定，试验结果见表5。

表5 不同岩沥青掺量沥青黏度—温度试验数据

图1 回归方程

根据黏-温曲线的关系，对黏度(单位Pa·s)取双对数，对温度(单位绝对温度K)取对数，对表中不同岩沥青掺量的沥青进行线性回归(图1)。回归方程如下：

布敦岩沥青掺量为6%：

lnlny=-3.3283ln(273.2+x)+9.1065(R2=0.9990)

布敦岩沥青掺量为12%：

lnlny=-3.3048ln(273.2+x)+9.0667(R2=0.9987)

布敦岩沥青掺量为18%：

lnlny=-3.0235ln(273.2+x)+8.3456(R2=0.9952)

式中：y—黏度(Pa·s)；

x—温度(℃)。

通过表5可知，岩沥青掺量为6%、12%、18%时沥青的黏度均随着温度的升高逐渐降低。当温度从120℃升高到180℃时，6%岩沥青掺量下90#基质沥青的黏度从0.899 Pa·s变为0.073 Pa·s。温度升高了50%，而沥青的黏度降低了11.3倍；12%岩沥青掺量下90#基质沥青的黏度从1.348 Pa·s变为0.091 Pa·s。温度升高了50%，而沥青的黏度降低了13.8倍；18%岩沥青掺量下90#基质沥青的黏度从1.583 Pa·s变为0.125 Pa·s。温度升高了50%，而沥青的黏度降低了11.7倍。

从回归方程可以看出随着岩沥青掺量的增加，能够有效提高沥青的黏度。并且随着掺量的增加，回归方程的斜率逐渐减小。说明沥青黏度的双对数随着绝对温度对数的增加衰减速度减慢，沥青的温度敏感性逐渐降低，可知岩沥青的掺量增加能有效降低温度敏感性。

根据不同岩沥青掺量沥青的黏度与温度的变化关系，确定不同岩沥青掺量下沥青混合料适宜的拌和和成型温度。使用石油沥青时，宜以黏度为0.17Pa·s±0.02Pa·s时的温度作为拌和温度范围，以0.28Pa·s±0.03Pa·s时的温度作为成型温度范围。不同岩沥青掺量沥青的拌和和成型温度范围见表6。

表6 不同岩沥青掺量沥青的拌和和成型温度范围确定

注：布敦岩沥青掺量6%、12%、18%指岩沥青按照内掺方式分别按6%、12%、18%加入90#基质沥青中，加热搅拌均匀

通过试验可以得出6%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为152.1～158.0℃、140.8～145.6℃；12%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为158.6～164.6℃、147.1～152.0℃；12%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为165.3～172.2℃、153.1～157.8℃。

通过表6可知随着岩沥青掺量的增加，沥青的拌和温度和成型温度均相应提高。岩沥青掺量从6%增加到12%，沥青的拌和温度和成型温度都相应提升6～7℃；岩沥青掺量从12%增加到18%，沥青的拌和温度和成型温度也都相应提升6～7℃；但是对比不掺入岩沥青的90#基质沥青与岩沥青掺量为6%时，岩沥青掺量为6%沥青的拌和温度和不掺入岩沥青90#基质沥青差不多，但是压实温度要提高2～3℃。因此岩沥青掺量对沥青混合料的拌和成型温度影响较大，建议最好按照岩沥青的掺量来确定沥青混合料合适的拌和和成型温度范围。

3 结论

岩沥青掺入90#基质沥青能够有效地降低沥青的温度敏感性。从回归方程中看出随着岩沥青的增加，回归方程的斜率逐渐减小，说明随着岩沥青的增加，温度的增加对沥青的黏度影响逐渐变小。

沥青的黏度随着岩沥青掺量增加逐渐增大，黏度的增加会使其沥青混合料适宜的拌和和成型温度相应提高。当岩沥青掺量从6%增加到18%时，根据黏温曲线确定的沥青的拌和温度和成型温度都相应增加。6%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为152.1～158.0℃、140.8～145.6℃；12%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为158.6～164.6℃、147.1～152.0℃；18%岩沥青掺量下90#基质沥青适宜的拌和温度和成型温度范围分别为165.3～172.2℃、153.1～157.8℃。