国产岩沥青改性沥青性能研究

奚 进

(温州瑞平苍高速公路有限公司， 浙江 温州 325000)

0 引言

岩沥青属于天然沥青，由于具有较好的稳定性能，常作为改性剂用于改善普通沥青性能，研究表明，添加一定量的岩沥青可以使普通沥青的高温、低温、水稳定性能得到提高[1-2]。国际上比较有名的岩沥青为布敦岩沥青，主要产自印尼，目前已经在国内外得到一定应用，效果良好[3-5]。我国新疆地区岩沥青储量世界第一，但其研究和应用较少，如对国产岩沥青加以研究和应用，将会产生较好的经济和社会效益[6-7]。

本文以某国产70#沥青作为研究基准沥青，分别掺加0%、5%、10%、15%和20%(质量分数)的新疆岩沥青，制作改性沥青；通过针入度、延度、软化点、动态剪切流变、弯曲梁流变试验对改性后的沥青进行测试，以确定国产岩沥青的改性效果以及合适掺量，为后续研究及生产应用提供指导。

1 原材料性能

本次试验使用的基准沥青为A级70#道路石油沥青，其各项性能如表1所示。采用的岩沥青产自新疆克拉玛依，各项技术指标如表2所示。

表1 A级70#道路石油沥青性能指标类别针入度(25 ℃、100 g、5 s)/0.1 mm延度(10 ℃、5 cm/min)/cm软化点/℃60 ℃ 动力粘度/Pa·s蜡含量(蒸馏法)/%闪点/℃溶解度/%密度(15 ℃)/(g·m-3)TFOT后质量变化/%残留针入度比/%残留延度(10 ℃)/cm试验结果722548.52321.328799.91.031-0.1077612技术要求60～80≥20≥46≥180≤2.2≥260≥99.5实测值≤±0.8≥61≥6

表2 岩沥青性能指标针入度(25 ℃、100 g、5 s)/0.1 mm延度(10 ℃、5 cm/min)/cm软化点/℃闪点/℃溶解度/%40.5110>30099.9

2 改性沥青制备方法

将A级70#沥青和国产岩沥青分别均匀加热至135 ℃和175 ℃，在A级70#沥青中按照0%、5%、10%、15%和20%(质量分数)比例添加国产岩沥青，并采用高速剪切乳化机在155 ℃温度下以1 000 r/min的速度搅拌35 min，使基质沥青和岩沥青充分混合，然后用低速搅拌器发育30 min制成岩沥青改性沥青,沥青制备见图1。

图1 岩沥青改性沥青制备

3 测试检验方法

1) 国内常规试验：采用国内常规的针入度、软化点、延度检测方法测试国产岩沥青改性沥青的高温、低温等性能。

2) 非常规试验：Superpave规范中主要应用动态剪切流变试验测试沥青胶结料的车辙因子(G*/sinδ)，以此评价沥青胶结料的高温性能；应用弯曲梁流变试验测试沥青胶结料的蠕变劲度S(沥青胶结料抵抗荷载的能力)和蠕变速率m(沥青胶结料劲度模量随时间变化的速率)，以此评价沥青胶结料的低温性能。

4 试验结果与分析

4.1 针入度试验

按照规范要求，分别对掺加0%、5%、10%、15%和20%国产岩沥青的改性沥青进行针入度试验，试验结果如图2所示。

图2 不同掺量下的岩沥青改性沥青针入度

从图2可以看出，随着掺量增加，国产岩沥青改性沥青的针入度逐渐减小，说明国产岩沥青改性沥青随着岩沥青掺量增加，温度敏感性逐渐下降。

4.2 软化点试验

按照规范要求，分别对掺加0%、5%、10%、15%和20%国产岩沥青改性沥青进行软化点试验，试验结果如图3所示。

图3 不同掺量下的岩沥青改性沥青软化点

从图3可以看出，随着掺量增加，国产岩沥青改性沥青的软化点逐渐增大，说明国产岩沥青改性沥青随着岩沥青掺量增加，高温性能逐渐提高。

4.3 延度试验

按照规范要求，分别对掺加0%、5%、10%、15%和20%国产岩沥青的改性沥青进行延度试验，试验结果如图4所示。

图4 不同掺量下的岩沥青改性沥青延度

从图4可以看出，随着掺量增加，国产岩沥青改性沥青的延度逐渐提高，当掺量超过10%后，混合料的延度逐渐下降，说明国产岩沥青改性沥青随着岩沥青掺量增加，低温性能逐渐提高，当超过10%掺量后，低温性能逐渐下降。

4.4 动态剪切流变试验

按照规范要求，分别对掺加0%、5%、10%、15%和20%国产岩沥青改性沥青进行动态剪切流变试验，以6 ℃为间隔，在64 ℃～82 ℃范围内进行试验，试验结果如图5所示。

图5 不同掺量下的岩沥青改性沥青车辙因子

从图5可以看出，在相同岩沥青掺量下，改性沥青的车辙因子随着试验温度提高而降低，在同一试验温度下，改性沥青的车辙因子随着岩沥青掺量增加而逐渐增加；说明随着岩沥青掺量增加，改性沥青的高温抗车辙性能得到提高。

4.5 弯曲梁流变试验

按照规范要求，分别对掺加0%、5%、10%、15%和20%国产岩沥青改性沥青进行弯曲梁流变试验，试验温度分别为-6 ℃、-12 ℃，试验结果如图6所示。

从图6可以看出，在同一温度下，当岩沥青掺量为10%以下时，岩沥青增加，混合沥青的蠕变劲度S和蠕变速率m变化不大，此时混合沥青的低温性能基本不变；当掺量超过10%后，劲度S逐渐提高，蠕变速率m逐渐减小，混合料的低温性能逐渐下降。

a) 蠕变劲度b) 蠕变速率图6 不同掺量下的岩沥青改性沥青S和m值

5 结论

1) 掺加国产岩沥青后，随着掺量增加，混合沥青的针入度逐渐减小、软化点增大、延度先增大后降低，说明混合沥青随着岩沥青掺量增加，温度敏感性逐渐下降、高温性能提高，低温性能在10%掺量之前增大，10%掺量后减低。

2) 在相同岩沥青掺量和试验温度下，混合沥青的车辙因子随着岩沥青掺量增加而逐渐增加;说明随着岩沥青掺量增加，混合沥青的高温抗车辙性能得到提高。

3) 在同一温度下，随着岩沥青增加，混合沥青的蠕变劲度S逐渐提高，蠕变速率m变化不大，此时混合沥青的低温性能得到提高；当掺量超过10%后，劲度S逐渐降低，蠕变速率m变化不大，混合料的低温性能逐渐下降，说明此时混合沥青低温性能逐渐下降。

4) 从性能角度考虑，建议国产岩沥青掺量不大于10%，以保证各性能最优。