青川岩沥青对沥青感温性能的影响探究

谭栋杰 刘荣华

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

青川岩沥青，产自我国四川省青川县，是石油类物质在地壳长期运动中的产物，其沥青含量高于特立尼达湖沥青和北美岩沥青等天然沥青，约为80～90%，此外，青川岩沥青组分中的沥青质与氮含量较高，自身软化点也高于基质沥青，且与基质沥青的相容性良好[1]。当前，公路研究者主要将青川岩沥青作为一种改性剂改善基质沥青的技术性能，并对青川岩沥青的掺量、改性沥青制备工艺等进行相关试验研究[2,3]，但鲜有涉及青川岩沥青对沥青感温性能的影响，而沥青的感温特性是反映沥青性能随温度变化的重要指标。

基于此，本文选取青川岩沥青作为沥青改性材料，通过高速剪切共混法将青川岩沥青掺加至基质沥青中，获得一系列不同青川岩沥青掺量的改性沥青，并对其进行各种感温性能的试验，以期为青川岩沥青在道路工程中的进一步应用提出探索。

1 试验部分

本文采用韩国SK70号基质沥青，技术性能如下：针入度(25 ℃，100 g，5 s)/10-1mm：68.1；软化点/℃：46.7；延度(15 ℃)/mm:1 251；本文采用的青川岩沥青产自江苏悦丰石化有限公司，技术参数如表1所示。

表1 青川岩沥青的技术参数

制备方法：首先将基质沥青加热至充分熔融状态，再加入预先称量好的青川岩沥青，随后用高速剪切乳化机以3 500 r/min的转速对其进行高速剪切，持续约60 min，即得到青川岩沥青掺量分别为6%,10%,14%及18%的改性沥青。

2 结果与讨论

2.1 改性沥青的针入度—黏度指数PVN

针入度黏度指数是一种基于不同温度下改性沥青针入度与黏度的数据测试得出的指标，可以较为准确地反映改性沥青在不同温度下的感温特性。这个指标最早由Rasmussen R O与Mcleod等人提出，可利用沥青在25 ℃温度下的针入度与135 ℃温度下的运动黏度计算沥青的PVN值，PVN值越小，沥青的感温特性越大。不同青川岩沥青掺量的改性沥青的PVN值如图1所示。

由图1可知：

1)与70号基质沥青相比较，青川岩沥青改性沥青的PVN值有着显著的提升，即青川岩沥青能够明显改性沥青在25 ℃～135 ℃温度范围内的感温特性。

2)随着青川岩沥青掺量的逐渐增加，改性沥青的PVN值也不断增大，即青川岩沥青改性沥青的感温特性与青川岩沥青的掺量呈良好的正相关性。

3)相较于70号基质沥青，当青川岩沥青的掺量在6%时，改性沥青的PVN值增长幅度有限；当掺量在6%～10%时，PVN值的增长幅度约为35%；而当青川岩沥青的掺量进一步增大时，PVN值的增长幅度进一步放缓。这表明掺量在6%～10%时，改性沥青的感温特性最优。

2.2 改性沥青的黏温指数VTS

沥青的黏温指数VTS可以反映出沥青的黏度随不同温度而产生变化的规律，沥青胶结料的VTS值可根据测试出的黏度数值而直接计算得出，并且直观反映其感温性能，对应的计算公式如式(1)所示：

lglg(η×103)=m-VTS×lgT

(1)

其中，η为沥青在测试温度下的黏度，MPa·s；m为回归常数；T为温度，℃。

不同青川岩沥青掺量的改性沥青的VTS值如图2所示。

由图2可知：

1)与70号基质沥青相比较，青川岩沥青改性沥青的VTS值有所下降，即青川岩沥青能够明显改性沥青在135 ℃～180 ℃温度范围内的感温特性。

2)随着青川岩沥青掺量的逐渐增加，改性沥青的VTS值呈现出逐渐下降的趋势，即青川岩沥青改性沥青的感温特性与青川岩沥青的掺量呈良好的比例关系。

3)相较于70号基质沥青，当青川岩沥青的掺量在0%～6%时，改性沥青的PVN值减小幅度比较缓慢；当掺量在6%～10%时，PVN值的减小幅度约为28%；而当青川岩沥青的掺量进一步增大时，PVN值的下降幅度进一步放缓。这表明掺量在6%～10%时，改性沥青的感温特性较优。

2.3 改性沥青的复数模量指数GTS

根据美国SHRP计划提出的动态剪切流变试验，可计算得出沥青胶结料在测试温度范围内的抗车辙因子G*/sinδ，根据相关公式可算出复数模量指数GTS，而GTS则可以反映G*/sinδ随温度变化的幅度，可作为一种评价沥青材料在中高温区域(40 ℃～90 ℃)的温度敏感性的指标。GTS值越大，沥青的感温性能越差。不同青川岩沥青掺量的改性沥青的GTS值如图3所示。

由图3可知：

1)与70号基质沥青相比较，青川岩沥青改性沥青的GTS值有所下降，即青川岩沥青能够明显改性沥青在40 ℃～90 ℃温度范围内的感温特性。

2)随着青川岩沥青掺量的逐渐增加，改性沥青的GTS值呈现出逐渐下降的趋势，即青川岩沥青改性沥青的感温特性与青川岩沥青的掺量呈良好的比例关系。

3 结语

本文通过高速剪切共混法将青川岩沥青粉掺加至基质沥青中，制备得到一系列不同青川岩沥青掺量的改性沥青，并对其进行相关物理试验，分析计算了黏温指数VTS、针入度黏度指数PVN及复数模量指数GTS。试验结果表明，随着青川岩沥青掺量的增大，改性沥青的PVN逐渐增大，而VTS及GTS均逐渐降低，这表明青川岩沥青的掺入能够显著改善不同温度范围内沥青的感温性能。