摘要：本文對(duì)天然巖瀝青的濕法改性工藝進(jìn)行了研究，按照常規(guī)性能指標(biāo)、Superpave性能分級(jí)對(duì)不同慘量下的巖瀝青改性瀝青進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　關(guān)鍵字：巖瀝青；改性瀝青；流變性質(zhì)；
　　
　　0前言
　　目前，天然瀝青在道路工程上的應(yīng)用漸已廣泛，如特拉尼達(dá)湖瀝青、北美硬質(zhì)巖瀝青、中國(guó)新疆、四川等地產(chǎn)出的天然瀝青等，在實(shí)際使用過程中對(duì)瀝青路面的高溫路用性能有著很好地改善[1~4]。究其使用方法，可分為濕法和干法兩種，前者將天然瀝青作為基質(zhì)瀝青的改性劑使用；后者則將天然瀝青作為混合料的外摻劑使用，在混合料的拌制過程中添加。兩種方法依照天然瀝青的不同類別和性質(zhì)進(jìn)行選擇，如高軟化點(diǎn)（>200℃）、熔融性差的天然瀝青不適于混合料的外摻使用，更適合于濕法工藝。相對(duì)而言，濕法工藝具有質(zhì)量易控、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，更多使用于科研和工程實(shí)踐中。
　　本文著重探討四川廣元地區(qū)產(chǎn)出的巖瀝青及其濕法改性工藝。該巖瀝青屬于瀝青巖（Asphaltite）類天然瀝青，瀝青質(zhì)含量高，軟化點(diǎn)高，在基質(zhì)瀝青中的混溶性較好[3]；在山東省菏關(guān)高速、河南省許亳、許禹高速公路上均使用該巖瀝青改性瀝青產(chǎn)品。但考察發(fā)現(xiàn)，很多巖瀝青改性工藝模式太為固定，不能針對(duì)具體的工程要求進(jìn)行工藝調(diào)整及優(yōu)化，在摻量選擇方面也存在一定的盲目性。
　　1原材料性質(zhì)與試驗(yàn)安排
　　1.1巖瀝青性質(zhì)
　　試驗(yàn)采用天然瀝青為黑色塊狀，易碎，易于松解，有類似礦物解理，結(jié)構(gòu)緊密，斷面有光澤且呈不規(guī)則棱角狀。X射線衍射分析表明，該天然瀝青含有明顯的無機(jī)礦物，在衍射位置2θ為26.0°,29.0°,59.5°處分別出現(xiàn)石英、方解石、斜長(zhǎng)石的衍射峰（圖1）。同時(shí)溶解度試驗(yàn)表明，CS2不溶物含量為31%，甲苯不溶物含量高于40%，三氯乙烯溶解試驗(yàn)中由于不溶物堵塞濾紙，一直沒有獲得穩(wěn)定的溶解度數(shù)據(jù)，這從側(cè)面說明該天然瀝青中無機(jī)礦物及一些有機(jī)不溶物得高含量狀態(tài)。
　　溶劑抽提和四組分試驗(yàn)表明，該巖瀝青中瀝青占天然瀝青總體組成的47.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通石油瀝青中的瀝青含量；但膠質(zhì)含量較少，占天然瀝青總體組成的6.68%，相對(duì)普通石油瀝青小得多。從瀝青膠體理論上講，膠質(zhì)在瀝青體系中起到膠溶劑的作用，如果膠質(zhì)含量不足，容易導(dǎo)致瀝青質(zhì)的聚沉，整體不再呈現(xiàn)穩(wěn)定的膠體狀態(tài)。正是由于有機(jī)不溶物、瀝青的高含量存在，使得天然瀝青改性劑具有較高的硬度，25℃針入度為0，且難以熔融。
　　1.2試驗(yàn)設(shè)置與結(jié)果
　　試驗(yàn)采用濕法工藝為“混合-發(fā)育-剪切”流程，以加德士70#瀝青為基質(zhì)，巖瀝青800目粉劑為改性劑；按照外摻比例（m巖瀝青/m基質(zhì)瀝青）分別為5%、7%、10%進(jìn)行巖瀝青改性瀝青的生產(chǎn)。并對(duì)各樣品進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)分析和PG性能分析。試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。
　　表1巖瀝青改性瀝青常規(guī)性能指標(biāo)

　　表2巖瀝青改性瀝青PG性能分級(jí)數(shù)據(jù)

　　2巖瀝青摻量對(duì)改性瀝青的影響
　　2.1常規(guī)指標(biāo)與性能分級(jí)
　　先期研究表明，巖瀝青的摻加可以明顯提高瀝青的高溫性能指標(biāo)，如軟化點(diǎn)、粘度、車轍因子等[3]。從表2可以看出，隨著巖瀝青的摻加，瀝青的軟化點(diǎn)、粘度指標(biāo)單調(diào)增長(zhǎng)，說明瀝青在高溫條件下的抗變形能力、抗流動(dòng)性有很大程度上的提高。
　　利用AASHTOMP1的瀝青膠結(jié)料性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)得到不同摻量下改性瀝青的性能等級(jí)數(shù)據(jù)，如表3所示�？梢钥闯�，巖瀝青改性瀝青高溫溫度等級(jí)隨著巖瀝青摻量的增加而提高，5%巖瀝青摻量即可使瀝青的高溫等級(jí)提高一個(gè)等級(jí)，由基質(zhì)瀝青的64℃提高到76℃；對(duì)加德士基質(zhì)瀝青而言，每5%的巖瀝青摻量即可提高瀝青的一個(gè)高溫等級(jí)，大大改善了瀝青材料的高溫穩(wěn)定性。
　　但是過多的巖瀝青摻與，會(huì)提高瀝青長(zhǎng)期老化（PAV）后的疲勞因子（G•sinδ），致使G•sinδ=5000kPa時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界溫度提升。表3表明，平均每摻加2.5%巖瀝青，改性瀝青的臨界疲勞設(shè)計(jì)溫度要增加2℃，說明改性瀝青的耐疲勞性能有所弱化。同時(shí)，巖瀝青的摻與也降低了改性瀝青的低溫蠕變性能，繼而降低了改性瀝青的最低路面設(shè)計(jì)溫度，在摻加12.5%巖瀝青時(shí)，改性瀝青的低溫等級(jí)降低到-8℃。因此，在巖瀝青改性瀝青中的巖瀝青外摻量選擇上，應(yīng)按照具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和地理氣候條件進(jìn)行膠結(jié)料的選擇，以達(dá)到充分發(fā)揮巖瀝青改性瀝青的高溫優(yōu)勢(shì)，且在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)規(guī)避材料疲勞和低溫性能方面的衰減。
　　2.2模量與玻璃化溫度
　　利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（AR2000EX）對(duì)三種巖瀝青摻量改性瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫度掃描試驗(yàn)，其中剪切頻率5rad/s，應(yīng)力水平100Pa，溫度范圍30~3℃，掃描獲得“復(fù)合模量&溫度”、“損耗角正切&溫度”曲線（圖1、圖2）。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在該試驗(yàn)條件下玻璃化溫度以上的范圍，改性瀝青的模量隨著溫度降低而升高，呈現(xiàn)logG*與溫度的線性變化關(guān)系；但高摻量巖瀝青改性瀝青的模量要比基質(zhì)瀝青高的多，10%摻量改性瀝青可比基質(zhì)瀝青的模量高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　盡管改性瀝青隨著巖瀝青的加入而強(qiáng)度增加，但其柔性有所弱化，反映出當(dāng)量脆點(diǎn)（表1）的升高及其玻璃化溫度的升高。隨著溫度的降低，改性瀝青的損耗角正切逐漸降低，直至某個(gè)溫度點(diǎn)形成一損耗峰值，對(duì)應(yīng)著該試驗(yàn)條件下的體系玻璃化溫度（Tg），且玻璃化溫度隨著巖瀝青摻量增高而變大，如7%摻量對(duì)應(yīng)Tg~6℃，10℃摻量對(duì)應(yīng)Tg~9℃，基質(zhì)瀝青Tg則應(yīng)小于2.5℃。這說明巖瀝青的摻入降低了瀝青的柔量，延展性能變差，這與某些高聚物改性劑（如SBS）有著不同的改性特點(diǎn)。

　　圖1巖瀝青改性瀝青的復(fù)合模量 圖2巖瀝青改性瀝青的相位角正切
　　3結(jié)論
　　用巖瀝青作為改性劑，可以顯著提升瀝青的高溫穩(wěn)定性，提高其性能分級(jí)等級(jí)；但過多摻與會(huì)導(dǎo)致瀝青延展性的降低，弱化瀝青的低溫性能。使用中，應(yīng)根據(jù)具體氣候分區(qū)及Superpave路面設(shè)計(jì)溫度要求進(jìn)行巖瀝青摻量的優(yōu)選。
　　
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