岩沥青改性沥青路用性能试验研究尝试

刘志刚

摘 要：从性价比的角度考虑，沥青是当今道路建设的关键建筑材料，其基本性能的优劣以及性能发挥程度的好坏都决定了道路的实际建设质量以及使用寿命，因此，能否选择更加适宜的沥青及混合比率是影响道路建设质量的根本问题，必须予以高度重视。岩沥青是广泛用于道路建设的主要沥青选择，以岩沥青掺杂其他材料得到的改性沥青相对于普通沥青来说，其用于道路建设，显现出更好的强度、韧性和抗水性。本文结合岩沥青的基础性质分析，分别就不掺杂岩沥青与掺杂3%的岩沥青做了道路试验，试验结果表明，掺杂的岩沥青表现出更好的道路性能质量，值得推广使用。

关键词：岩沥青；改性沥青；路用性能试验

中图分类号：U414 文献标志码：A

我们进行试验的岩沥青选择天然产于印尼布敦岛的岩沥青，业界普遍称其为布敦沥青，英文简写为BRA。有研究表明，利用布敦沥青原料做成改性沥青，所得的改性沥青材料具备比较好的物理力学性能，非常适合用于载重交通高速公路，以及机场的跑道等大型路面建设工程。本研究主要采用的是室内进行的马歇尔、车辙以及低温弯曲试验，对外掺了布敦岩沥青改性沥青的路用性能进行测评，测评的主要的指标有路面的动稳定度、静稳定度以及弯曲应变度等。

1 岩沥青材料的基本性质

进一步分析布敦沥青的物理构成，布敦沥青中沥青的实际净含量约为20%，其他构成物质是石灰岩和一些矿物质。布敦岩沥青中所含的沥青其软化点通常在70℃～90℃的范围内，且耐老化的性能比较好，一般也可用于对普通石油沥青的性能改进剂。科学研究发现，布敦岩沥青中的主要化学成分依含量分别是碳元素、氧元素、硫元素、硅元素、钙元素、铝元素、镁元素、钾元素以及铁元素等，因为进行研究的电子探针只可以检测出从5号硼元素直到92号铀元素之间的各种元素，而氢元素就不能够被试验检测出来。因为沥青的主要构成就是碳和氢的有机化合物，沥青中必然要含有非常多的氢元素。

2 岩沥青试验

2.1 岩沥青性能测试

因为我国在岩沥青的使用领域起步较晚，目前还没有提出符合国内环境和建设情况布敦岩沥青的具体技术参数和指标，所以，在实施整个试验时，我们采用了印尼岩沥青的国家技术参数和标准。在试验中，本项目进行掺杂的沥青混料的集料是来自陕西咸阳的石灰岩，采用的集料其颗粒的粒径尺寸规格为s10（10mm～15mm）、s11（5mm～10mm）、s12（3mm～5mm）以及s13（0mm～3mm）；试验岩沥青的针入度在25℃条件下，取100克，时间为5s，试验针入度指数设定为P.I 1.27 ≥0.6，测定针入深度0.1mm。试验的岩沥青其延度测定为150 ≥100，测试条件满足5℃，进度为5cm/min，单位取cm。试验岩沥青的软化点测定为40℃～60℃；试验岩沥青的闪点测定为≥240℃；试验岩沥青的溶解度测定为99.6% ≥99.0%；实测岩沥青15℃密度为1.036g/cm?。

2.2 岩沥青软化点的试验结果分析

软化点是目前大多国家用来体现改性沥青材料的高温综合性能的重要指标，通过理论分析，沥青的软化点与沥青的黏合程度有着直接的正比例关系，可直接反应出该沥青的实际黏度。在试验过程中，通过实际测定，得到此时沥青软化点的沥青黏度，大部分沥青的黏度基本处于1200～1300。沥青的软化点越高表明该沥青的等黏温度也越高，所以物质因受力出现黏滞性流动情况就越发困难，进而提升改性沥青材料实际高温条件下的稳定性。

对岩沥青的软化点试验，与基体沥青通过不同掺杂程度高速整合及剪切下对试样进行制备，测定结果表明，随着岩沥青的掺入浓度逐渐提高，改性沥青的软化点也会随着升高。这一结果表明，岩沥青对增强改性沥青的高温条件下的稳定性有正向的促进作用，掺入岩沥青的数量越大，混合后的沥青其高温稳定性也越好，基本符合线性正比例关系。

2.3 岩沥青进行马歇尔试验的结果及其分析

马歇尔试验是在基体沥青内添加质量为3%的混合料，在此基础上，进行添加岩沥青。为保持与施工现场的施工工艺一致，本次马歇尔试验运用干性搅拌工艺。本试验项目运用的掺杂岩沥青数量为3%，所谓掺杂数量3%就是特指掺杂岩沥青数量占所有混合料的总体比重，改性沥青的混合料进行拌合的温度实际就是沥青的加热温度，一般都控制在158℃～165℃，对矿料进行进一步加热的温度选择约为178℃～189℃；改性沥青的混合料进行拌和的温度保持在165℃～175℃，温度浮动范围±5℃，对改性沥青进行击实的温度选择156℃～166℃。通过试验，可以得出如下的几个结论：

（1）不掺杂岩沥青要比掺杂3%岩沥青的最佳状态油石比率要高出约0.6，且这两者间的最佳状态油石比的实际差值，要直接与岩沥青内所含有的大约23%的纯沥青以及混合料的拌合温度有高度的相关性。

（2）不摻杂岩沥青比掺杂3%岩沥青的空隙率要显得稍大，造成这一情况的主要原因是，有一些岩沥青的流体成分会填充原来岩沥青改性沥青的微小空隙。

（3）不掺杂岩沥青比掺杂3%岩沥青导致残留的稳定度更低，测定的数据也进一步表明这一点，残留稳定度实际提高的幅度大约在6.5%左右。造成这一结果的原因是岩沥青中各构成主要部分的分子量比较大，当这些大分子缓慢溶解于基体沥青后，在高温以及沥青小分子充分的作用下，会导致岩沥青内部大分子胶束发生破裂，因而表现出了更多的活性分解点，迅速和那些小分子成分通过半聚合作用相互结合。

3 岩沥青改性沥青路用性能分析

3.1 高温条件下的稳定性

从前述试验的结果不难看出，添加了布敦岩沥青后的改性沥青其高温条件下稳定性能变得更好。改性沥青材料的动稳定度为从完全不掺杂布敦岩沥青时的1975次/mm大幅增加到掺杂了3%布敦岩沥青后的3201次/mm，实际的动稳定度的提升幅度约为63%。同时，对比试验样本的总变形程度能够看出，对于不掺杂布敦岩沥青，60分钟位移的平均值保持在4mm，而掺杂了3%布敦岩沥青后，60分钟位移平均值大约为1.2mm，总体的变形降低幅度还是比较大的。

通过车辙试验，也可得出改性沥青材料在高温条件下的路用性能，由此可知，掺杂布敦岩沥青能够提升改性沥青材料的高温条件下的路用性能，试验测试结果与岩沥青的物理构成有直接关系。蜡对于沥青的路用性能影响很大，蜡含量越高，沥青的路用性能就越差。对于布敦岩沥青而言，其在原油状态时成分中也含有蜡，在地壳运动的漫长周期里与各种因素发生作用，含有的蜡数量大幅降低，逐渐转化为其他的存在形式。当把布敦岩沥青掺杂到普通的沥青当中后，在成分进行重组的过程中，也会将该特性传递给基体沥青，进一步减小了石蜡对沥青性能的危害。

3.2 水冻融稳定性

通过试验可发现，掺杂了布敦岩沥青的改性沥青材料其水稳定性能表现更好。经循环冻融试验后，掺杂改性沥青材料的水稳定性发生了很大的变化，有了显著的提升，且其劈裂强度的降低非常小，基本保持在98.9%以上，这也说明布敦岩沥青的掺杂提升了改性沥青材料的路用界面防水性能，并且因为布敦岩沥青中还含有一部分没有分解的低分子成分，会很好地填充那些基体沥青的结构空隙，进而改变了改性沥青材料的微观构造，降低了水分存留冻融对路面造成的损害。试验证明，掺杂了3%比重的布敦岩沥青，试验整体材料的劈裂冻融抗压及拉伸强度要大大高过技术指标中不低于80%的要求。

3.3 低温弯曲性能

衡量改性沥青材料的路用性能不能只考虑材料的强度和变形，低温下的弯曲性能也是必须重点考察的内容。试验发现，相同承受速率和温度下，掺杂了3%布敦岩沥青的弯曲应变数值从11.51 被提升到了12.24 ，其应变密度增长率约为8%。

4 布敦岩沥青BRA作为一种天然沥青改性剂，具有其他改性剂无法比拟的优势

4.1 抗剥离性

布敦岩沥青中，氮元素以官能团形式存在，这使岩沥青与集料牢牢地吸附在一起，使其与集料的粘附性及抗剥离性得到明显的改善。

4.2 抗车辙性

现如今沥青路面的流变是道路上最常见的沥青路面破损现象。在路面的后期养护维修统计中，约有90%是因为车辙引起的变形破坏。试验证明，布敦岩沥青改性剂能够很好地解决目前道路沥青路面由于大交通量、超重超载、渠化交通等引起的路面车辙深度和疲劳剪切裂纹的出现。

4.3 耐候性

由于表面形成致密光亮保护膜的特点极大地改善了沥青的耐候性和抗紫外线能力，提高了沥青路面的耐久性，从而延长了道路的使用寿命。

4.4 抗老化、抗高温

布敦岩沥青本身的软化点达到150℃以上，其本身极易与石油沥青相溶，属于沥青基对沥青基的掺配，优化其抗高温、老化性能。

4.5 经济效益

天然沥青的配比是根据公路的技术设计来配比的，一吨布敦岩沥青价格大约为2500左右，与普通石油沥青价格相当，在改善路用性能的情况下后期维护费用大大减少。

结语

綜上所述，掺杂了岩沥青的改性沥青材料在路面性能试验中表现优异，之所以会这样，与岩沥青的成分构造密切相关。在当今我国基础工程需求强烈建设日新月异的情况下，改性沥青材料必然会有巨大的用途和发展空间。从研究者的角度说，要结合国家的发展需要，根据自己的专业特长，挖掘新型沥青材料的路用技术性能和最佳应用措施，通过不断试验，找到性价比最高的可行性办法，推动国家基础建设取得更大的进步。

参考文献

[1]査旭东.印尼布敦岩沥青改性沥青性能研究[J].长沙交通学院学报，2007，23（4）：28-32.

[2]武贤慧，张登良.纤维增强沥青混凝土低温性能研究[J].公路交通科技，2005（2）：22.