魏國棟，張治強，馬巖

（1.內蒙古自治區(qū)交通建設工程質量監(jiān)測鑒定站，內蒙古 呼和浩特 010051；2.內蒙古自治區(qū)道路結構與材料重點實驗室；3.呼和浩特市機械工程職業(yè)技術學校）

1 引言

石油在地殼的不斷活動中經(jīng)過長期復雜的物理化學變化而形成了天然巖瀝青[1]，其代表產(chǎn)品位于南太平洋印度尼西亞蘇拉威西島東南部的布敦島，天然巖瀝青在我國的新疆、青海、四川等地也有豐富的儲量[2]。天然巖瀝青通常呈固態(tài)，由瀝青物質和礦物質組成[3]，經(jīng)加工成粉末狀后與普通基質瀝青具有極好的相容性，起到增黏、增彈作用[4-7]。經(jīng)國內外研究表明，天然巖瀝青作為一種改性劑加入到基質瀝青中能改善瀝青混合料的抗剝離性、耐久性、抗車轍性、抗老化性能，可以防止瀝青路面病害的發(fā)生以及提高路面的服務水平，對延長道路的使用壽命也起到了積極的作用。因此以天然巖瀝青為改性劑的改性瀝青由于其優(yōu)良的路用性能，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有非常廣闊的應用前景。

本文在前人研究的基礎上，采用室內試驗方法對不同摻量的天然巖瀝青的性能及瀝青混合料性能進行研究，得出瀝青及瀝青混合料的性能變化規(guī)律，從而為實際工程應用提供參考。

2 天然巖瀝青對基質瀝青性能的影響

2.1 基質瀝青及天然巖瀝青性能指標

試驗選用遼寧鑫源90#基質瀝青，天然巖瀝青選用布敦巖瀝青。90#基質瀝青試驗結果見表1，天然巖瀝青試驗結果見表2，各指標試驗結果均滿足規(guī)范要求。

表1 90#基質瀝青試驗結果

表2 天然巖瀝青試驗結果

2.2 天然巖瀝青對基質瀝青改性效果研究

天然巖瀝青改性基質瀝青步驟：首先將90#基質瀝青加熱到135℃，然后將布敦巖瀝青按規(guī)定的不同摻配比例加入到90#基質瀝青中，充分攪拌20min 使天然巖瀝青均勻分散在基質瀝青中至無顆粒物為止，其次將瀝青混合物加熱至175℃高速剪切20min，攪拌完成后將其置于175℃～180℃烘箱中發(fā)育1.5h，使之形成改性瀝青[8]。為比較基質瀝青與改性后瀝青的性能變化，取改性后的瀝青和基質瀝青分別進行針入度、延度、軟化點試驗，試驗結果見表3和圖1～圖3。

圖1 不同摻量的巖瀝青與針入度的關系圖

圖2 不同摻量的巖瀝青與延度的關系圖

圖3 不同摻量的巖瀝青與軟化點的關系圖

表3 天然巖瀝青對基質瀝青改性效果

由圖1～圖3得出，基質瀝青中摻入不同比例的天然巖瀝青后，針入度、延度降低，軟化點總體呈緩慢增長趨勢。

天然巖瀝青改性基質瀝青后，改性瀝青的高溫性能得到了改善，并且隨著天然巖瀝青摻量的增加，瀝青的感溫性能也隨之增加。但是隨著天然巖瀝青摻量的增加，天然巖瀝青對基質瀝青的低溫性能影響較大。

天然巖瀝青是一種網(wǎng)狀結構，在高溫的作用下瀝青小分子具有很多活性點，隨著瀝青小分子的填充、包裹形成這種空間網(wǎng)狀結構，天然巖瀝青摻入基質瀝青中使瀝青的稠度增加，針入度降低；天然巖瀝青的主要成分為灰分含量，在基質瀝青中摻入過多的天然巖瀝青會改變?yōu)r青分子的結合能力導致瀝青延度大幅下降；天然巖瀝青含氮量較高，導致天然巖瀝青具有很好的高溫粘度，使其軟化點升高，改善了瀝青的高溫性能[9]。

2.3 天然巖瀝青改性瀝青對集料黏附性的影響

集料的黏附性在公路工程中是指瀝青與集料的黏附能力。黏附性等級的大小與瀝青混合料的路用性能息息相關，反映粗集料的抗水剝離能力，從而影響瀝青混凝土路面的耐久性能。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）對于最大粒徑大于13.2mm的集料應用水煮法進行試驗，將預先加熱的集料浸入到145℃的瀝青中45s 后輕輕拿出，使集料顆粒完全被瀝青膜所包裹，在室溫下冷卻15min后浸煮3min，在水中觀察集料顆粒上瀝青膜的剝落程度并評定其黏附性等級[10]。試驗結果見表4。

表4 基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青與集料的黏附性對比試驗結果

由表4 得出，基質瀝青、天然巖瀝青改性瀝青與石灰?guī)r的黏附性等級最高，與玄武巖的黏附性等級居中，與花崗巖的黏附性等級最低。但天然巖瀝青改性瀝青與不同集料的黏附性更優(yōu)。黏附性與集料的性質有關，石灰?guī)r是一種比較堅硬的巖石，按成因分類屬于沉積巖，主要成分是碳酸鈣（CaCO3），是一種憎水性材料；而花崗巖屬于酸性巖漿巖中的侵入巖，主要成分是長石、云母和石英，是一種親水性材料。由此表明，瀝青與集料的黏附性與集料本身的性質也有一定相關性。

3 天然巖瀝青改性瀝青混合料性能研究

選用AC-16C型瀝青混合料，經(jīng)過配合比設計確定出AC-16C型瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.8%，在基準配合比確定的情況下依次加入不同摻量的天然巖瀝青來分析天然巖瀝青對瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性的影響，進而評價天然巖瀝青對瀝青混合料路用性能的改善效果。

3.1 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料高溫性能的對比分析

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），在確定的基準配合比情況下分別摻入3.0%、4.0%、5.0%用量的天然巖瀝青來分析天然巖瀝青對瀝青混合料的高溫性能的影響，試驗結果見表5和圖4。

表5 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料高溫性能試驗結果

圖4 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料高溫性能關系圖

由表5、圖4 得出，在基質瀝青中加入天然巖瀝青后，天然巖瀝青混合料動穩(wěn)定度顯著提高，抗變形能力增強，能夠在高溫作用下提高瀝青混合料的抗車轍能力[11]，且隨著天然巖瀝青摻量的增加，瀝青混合料高溫性能逐漸增大。

3.2 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料低溫性能的對比分析

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），在確定的基準配合比情況下分別摻入3.0%、4.0%、5.0%用量的天然巖瀝青來分析天然巖瀝青對改性瀝青混合料的低溫性能的影響，試驗結果見表6和圖5。

表6 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料低溫性能試驗結果

圖5 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料低溫性能關系圖

由表6、圖5 得出，在基質瀝青中加入天然巖瀝青后，天然巖瀝青混合料低溫性能緩慢下降，且隨著天然巖瀝青摻量增加，天然巖瀝青混合料低溫性能下降趨勢更加明顯。

3.3 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能的對比分析

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），在確定的基準配合比情況下分別摻入3.0%、4.0%、5.0%用量的天然巖瀝青來分析天然巖瀝青對改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能的影響，試驗結果見表7、表8、圖6和圖7。

圖7 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能（劈裂強度）關系圖

表8 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能（劈裂強度）試驗結果

圖6 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能關系圖

表7 不同摻量的天然巖瀝青改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能（穩(wěn)定度）試驗結果

由表7、表8、圖6、圖7 得出，在基質瀝青中加入天然巖瀝青對瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響比較小，總體呈先上升后下降的趨勢，其原因是天然巖瀝青增加了瀝青膠結料的黏度，提升了瀝青混合料的抗水損害能力。但是隨著天然巖瀝青摻量的增加，瀝青混合料內部的空隙率增加，導致瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降[12]，總體變化幅度較低，但能滿足瀝青混合料對水穩(wěn)定性能的要求。

4 結語

綜上所述，本文從天然巖瀝青對基質瀝青的影響以及天然巖瀝青對瀝青混合料性能的影響研究結果中得出：

①天然巖瀝青能改善基質瀝青的軟化點，且隨著天然巖瀝青摻量的增加，瀝青的感溫性能也隨之增加，針入度及延度性能下降。

②天然巖瀝青能改善基質瀝青和集料的黏附性能。

③天然巖瀝青對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性有較好的改善作用，且隨著天然巖瀝青摻量的增加，改善效果顯著。

④天然巖瀝青會降低瀝青混合料的低溫性能，且隨著天然巖瀝青摻量增加，瀝青混合料低溫性能的下降趨勢更加明顯。因此，在使用過程中要嚴格控制天然巖瀝青的摻量，以求達到最佳的改性效果。

⑤天然巖瀝青對瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響總體較小，總體呈先上升后下降的趨勢，存在最佳的摻配比例。