楊念君，胡 方，宋小金

(1.湖南德成建設(shè)工程有限公司，湖南 常德 415000;2.湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南中大建設(shè)工程檢測(cè)技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

由于交通量的迅猛增加，交通軸載的增大，因而改性瀝青在路面的應(yīng)用越來越廣泛，目前應(yīng)用最多的是SBS、PE 等聚合物改性瀝青，改性瀝青的運(yùn)用極大地提高了路面性能，但聚合物改性瀝青在運(yùn)用中也存在著自身的不足，在生產(chǎn)和保存中，聚合物改性劑與瀝青之間存在著相容性的問題，且儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)離析，對(duì)生產(chǎn)和儲(chǔ)存條件都提出了較高的要求。天然瀝青有其自身的優(yōu)越性，由于它是石油類物質(zhì)在地殼中長(zhǎng)期經(jīng)過物理化學(xué)作用而硬化形成的物質(zhì)，與石油瀝青具有天然的相容性及配伍性，且天然瀝青的瀝青質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油瀝青，作為改性劑可以顯著地提高瀝青產(chǎn)品的高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性。近些年天然瀝青得到了廣泛的重視并且國內(nèi)得到了一定的推廣，目前我國所應(yīng)用的天然瀝青主要有北美巖瀝青、特拉尼達(dá)湖瀝青、布敦巖瀝青等，國產(chǎn)的天然瀝青主要有青川巖瀝青。

湖南為大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，春夏多雨，夏季酷熱，對(duì)于全省的瀝青路面材料來講，優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性能尤為重要。阿爾巴尼亞天然瀝青SLN120?為細(xì)顆粒狀、黑色。且具有硬度高、質(zhì)純、附著力強(qiáng)、光潔度高、油溶性穩(wěn)定、絕緣性能好，耐水、耐堿、耐酸，并且不含油、不含臘，同時(shí)，天然瀝青中含有火山灰活性礦物質(zhì)細(xì)粉和揮發(fā)性物質(zhì)，會(huì)改善瀝青粘附性和抗老化性能，具有良好的路用性能。本文主要針對(duì)SLN120?對(duì)基質(zhì)瀝青高溫和水穩(wěn)性能的改善效果進(jìn)行研究，并提出SLN120?的合理摻量，為SLN120?的應(yīng)用提供參考。

1 天然瀝青對(duì)瀝青性能的影響

按照J(rèn)TJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的軟化點(diǎn)測(cè)試方法對(duì)天然瀝青SLN120?進(jìn)行測(cè)試，確定其軟化點(diǎn)為108 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的石油瀝青。

以SLN120?為改性劑，對(duì)A—70 加德士基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性。先將基質(zhì)瀝青在160 ℃溫度下熔化，然后將SLN120?顆粒放進(jìn)基質(zhì)瀝青中混合攪拌，在恒溫下攪拌均勻，直至沒有顆粒感為止。結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)，采用3 種改性劑摻量(內(nèi)摻法)進(jìn)行試驗(yàn)，分別為5%、10%、15%，改性瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 天然瀝青SL120?改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

由表1可以看出，隨著天然瀝青SLN120?的加入，瀝青的針入度指數(shù)基本上呈遞增趨勢(shì)，摻量從0%增加到15%，PI 值從原來的－1.13 增加到1.4，這表明改性后瀝青的溫度敏感性減小，即瀝青性能受溫度變化的影響減小，瀝青的感溫性能明顯改善。

隨著SLN120?摻量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)和粘度均隨之增大，摻量為15%時(shí)瀝青的軟化點(diǎn)比基質(zhì)瀝青提高了6.5 ℃，增幅達(dá)14%，此時(shí)的60 ℃粘度也比基質(zhì)瀝青提高了近66%，這表明改性后瀝青的高溫性得到了改善。

2 天然瀝青對(duì)瀝青混合料性能的影響

2.1 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

為了對(duì)SLN120?進(jìn)行評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)采用AC —13混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)。原材料選用玄武巖集料、石灰?guī)r礦粉。集料指標(biāo)見表2。

表2 集料性能指標(biāo)

混合料采用多級(jí)嵌擠密級(jí)配設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用bailey 設(shè)計(jì)方法，對(duì)礦料級(jí)配的CA、FAC、FAF 進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，以優(yōu)化級(jí)配結(jié)構(gòu)，級(jí)配曲線見圖1。

圖1 級(jí)配曲線圖

通過改變粗集料中較細(xì)與較粗部分的比例，能夠影響粗集料的骨架結(jié)構(gòu)，從而影響集料的空隙率，同時(shí)隨著CA 的增加，粗集料中較細(xì)的部分將對(duì)集料的骨架結(jié)構(gòu)形成干涉，從而難以保證粗集料的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，影響其路用性能，表3中參數(shù)標(biāo)明該級(jí)配形成了良好的多級(jí)嵌擠。

表3 級(jí)配嵌擠參數(shù)

對(duì)選用級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)選擇最佳瀝青含量，取空隙率4.5%對(duì)應(yīng)的瀝青含量為最佳瀝青含量。混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)如表4，擊實(shí)溫度根據(jù)粘溫曲線確定。

表4 SLN120?瀝青改性瀝青混合料體積指標(biāo)

2.2 瀝青混合料車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)采用上述試驗(yàn)確定的最佳油石比時(shí)的合成級(jí)配拌制SLN120?改性瀝青混合料成型試件。試件采用輪碾成型機(jī)模擬路面壓實(shí)過程制作，尺寸為300 mm ×300 mm ×50 mm。車轍試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5可以看出，隨著天然瀝青摻量的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大，摻量5%時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度較基質(zhì)瀝青混合料有了一定的提高，摻量提高到15%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青的2 倍多，在很大程度上提高了混合料的高溫抗車轍性能。

2.3 漢堡輪轍試驗(yàn)

漢堡輪轍試驗(yàn)(Hamburg Wheel－tracking Test)是用于測(cè)定瀝青混合料浸水條件下抗車轍性能。試驗(yàn)的基本過程是，將成型好的試件放入試模，并連同試模一起放在試驗(yàn)平臺(tái)上，升起水箱加水至水面完全浸沒試件，水浴溫度達(dá)到50 ℃后，保溫30 min，直至試件溫度與水溫一致，將一定規(guī)格和重量的鋼制輪子在瀝青混合料試件表面上來回碾過20 000 遍，鋼輪在試件表面不斷碾壓的過程，一方面輪子對(duì)混合料形成不斷碾壓剪切變形，另一方面，水也對(duì)試件形成了沖刷，產(chǎn)生瀝青膜剝離、集料松散等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致瀝青混合料粘結(jié)力喪失，強(qiáng)度降低。很好的模擬路面在不利季節(jié)及氣候條件下路面通過測(cè)量瀝青混合料的輪轍深度和變形曲線的特征判斷瀝青混合料的抗車轍性能。試驗(yàn)結(jié)果見表6和圖2。

表5 天然瀝青改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)

表6 天然瀝青混合料漢堡試驗(yàn)

圖2 天然瀝青改性瀝青混合料漢堡試驗(yàn)結(jié)果

由表6可以看出，隨著天然瀝青摻量的增加，混合料的漢堡試驗(yàn)抗變形能力逐漸增強(qiáng)，摻量為15%時(shí)，混合料的高溫性能得到了較大的改善，其機(jī)理是天然瀝青作為改性劑，把高含量的瀝青質(zhì)帶入到石油基質(zhì)瀝青中，改善了以鍵能較小的氫鍵為主的分子間作用力，增強(qiáng)了極性鍵、化學(xué)交聯(lián)、聚合生成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而改善了基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性。

2.4 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)是通過對(duì)瀝青混合料試件施加極為惡劣的條件對(duì)瀝青混合料的抗水損害性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，該試驗(yàn)為評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的常規(guī)試驗(yàn)方法，本文采用凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)天然瀝青改性瀝青的抗水損害性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

如表7，隨著天然瀝青摻量的增加，混合料的抗水損害能力得到了明顯的增強(qiáng)且混合料的抗拉強(qiáng)度也得到了增強(qiáng)，說明天然瀝青可以有效地改善混合料的抗水損害性能及力學(xué)性能。其機(jī)理是天然瀝青的加入提高了石油瀝青中瀝青質(zhì)及膠質(zhì)的相對(duì)含量，相當(dāng)于向基質(zhì)瀝青中加入了有機(jī)酸，提高了改性瀝青的酸值，故使改性瀝青的粘附性明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青，故而改性瀝青的抗水損害能力增強(qiáng)。

表7 天然瀝青改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)

3 結(jié)語

通過選取5%、10%、15%3 種不同天然瀝青產(chǎn)品SLN120?摻量，對(duì)70#加德士基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，并對(duì)改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明:

1)隨著天然瀝青SLN120?的加入，瀝青的溫度敏感性減小，即瀝青性能受溫度變化的影響減小，瀝青的感溫性能明顯改善;隨著SLN120?摻量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)和粘度均隨之增大，摻量為15%時(shí)瀝青的軟化點(diǎn)比基質(zhì)瀝青提高達(dá)14%，此時(shí)的60℃粘度也比基質(zhì)瀝青提高了近66%，這表明改性后瀝青的高溫性得到了改善。

2)隨著天然瀝青摻量的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大，摻量提高到15%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度是基質(zhì)瀝青的2 倍多，表明天然瀝青產(chǎn)品SLN120?的摻入可以有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

3)瀝青混合料的抗水損害性能也隨著天然瀝青SLN120?的摻入得到了明顯改善，當(dāng)天然瀝青的摻量達(dá)到15%時(shí)，其凍融劈裂強(qiáng)度比較摻量為5%時(shí)提高了近10%，抗水損害性能有了顯著提高。

［1］華 敏.天然瀝青對(duì)基質(zhì)石油瀝青改性機(jī)理研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2008.

［2］馬 琳，劉孔杰.在公路工程中天然巖瀝青(UINTAITE)的應(yīng)用效果分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005(1):99 －101.

［3］李海輝.巖瀝青現(xiàn)狀與發(fā)展前景［J］.科學(xué)之友，2007(5):50 －51.