羅貞

（泉州市交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法支隊(duì)，福建 泉州362000）

0 引言

在路面建設(shè)和養(yǎng)護(hù)中，使用巖瀝青作為瀝青混合料改性劑，與瀝青相融合可形成改性瀝青后鋪設(shè)于路面面層上，在降低成本的同時(shí)保證了道路高溫穩(wěn)定性、抗水損壞性、抗車轍性能、耐久性和抗老化等路用性能。作為一種綠節(jié)能的路面新材料，巖瀝青改性瀝青可采用干法和“濕法兩種加工方式。相對(duì)而言，濕法具有質(zhì)量可控、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但濕法生產(chǎn)工藝技術(shù)上存在兩點(diǎn)問題：

一是天然瀝青破碎后與基質(zhì)瀝青在高溫條件下混溶會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，只能通過增加混溶時(shí)間來解決，可能導(dǎo)致基質(zhì)瀝青的老化。

二是天然瀝青中的灰分含量較高，該部分灰分在經(jīng)過膠體磨時(shí)會(huì)大幅磨損設(shè)備，影響設(shè)備正常使用，影響生產(chǎn)效率。因此，此研究采用“活化”濕法加工工藝生產(chǎn)巖瀝青改性瀝青，隨后通過試驗(yàn)，建立巖瀝青改性瀝青的性能評(píng)價(jià)體系，以推動(dòng)巖瀝青在我國瀝青路面方向的應(yīng)用。

1 巖瀝青改性瀝青設(shè)計(jì)及性能分析

1.1 巖瀝青改性瀝青研制

1.1.1 巖瀝青改性瀝青外摻劑及基質(zhì)瀝青

此研究選擇巖瀝青作為改性瀝青的外摻劑，因?yàn)閹r瀝青會(huì)大幅度降低基質(zhì)瀝青低溫性能，因而選擇遼河90瀝青(LH90)、遼河110瀝青(LH110)和克拉瑪依90瀝青(KLM90)三種高標(biāo)號(hào)基質(zhì)瀝青作為研究對(duì)象。

1.1.2 配伍性研究

以布敦巖瀝青作為改性劑，分別以15%及20%摻量加入遼河90(LH90)瀝青中制備巖瀝青改性瀝青，靜置48h 后，測定上、下兩層瀝青的三大指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，15%及20%摻量下巖瀝青改性瀝青上、下兩層的三大指標(biāo)相近，表明巖瀝青與基質(zhì)瀝青的相容性較好。

1.1.3 巖瀝青改性瀝青的“活化”濕法制備工藝

制備巖瀝青改性劑首先要將巖瀝青破碎篩分，使原礦料充分破碎至規(guī)范要求的粒度。為了提升巖瀝青中有效瀝青的利用率，采用“活化”預(yù)處理工藝，即將3mm 以下的巖瀝青顆粒活化、脫水，使巖石中的瀝青轉(zhuǎn)換為膠溶狀態(tài)，更好發(fā)揮巖瀝青中的瀝青的改性效果。利用“按壓式”膠體磨設(shè)備將巖瀝青進(jìn)一步研磨，并采用濕法處理技術(shù)制備巖瀝青改性瀝青。此外，為減少巖瀝青改性瀝青中無機(jī)礦物質(zhì)的沉淀，對(duì)巖瀝青改性瀝青進(jìn)行保溫，同時(shí)添加增塑劑以及穩(wěn)定劑，減少改性瀝青顆粒物的表面張力，提升存儲(chǔ)穩(wěn)定性。

1.2 巖瀝青改性瀝青性能分析

1.2.1 巖瀝青改性瀝青高溫性能

利用軟化點(diǎn)T作為巖瀝青改性瀝青高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由圖1 可知，隨著巖瀝青摻量的增加，遼河110瀝青(LH110)、遼河90瀝青(LH90)和克拉瑪依90瀝青(KLM90)的軟化點(diǎn)分別提高了20.2%、19%和14.9%，三種改性瀝青的高溫性能改善效果依次下降，其中遼河110瀝青(LH110)高溫性能得到了最佳的改善。隨著巖瀝青摻量的增加，改性瀝青的高溫性能顯著提升。

圖1 三種巖瀝青改性前后軟化點(diǎn)對(duì)比

1.2.2 巖瀝青改性瀝青低溫抗裂性能

低溫開裂是造成瀝青路面產(chǎn)生低溫裂縫病害的主要原因。此研究在三個(gè)不同溫度(5C，25C，30C)下對(duì)改性后的瀝青進(jìn)行10C 延度及當(dāng)量脆點(diǎn)T兩項(xiàng)指標(biāo)的測定。三種不同基質(zhì)瀝青改性前后的低溫試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 巖瀝青改性前后當(dāng)量脆點(diǎn)對(duì)比

由表1 中的數(shù)據(jù)可知，不同的基質(zhì)瀝青經(jīng)改性后，其當(dāng)量脆點(diǎn)T的絕對(duì)值和10C 延度逐漸減少，低溫性能有所下降,并且這兩項(xiàng)指標(biāo)隨著巖瀝青摻量的增加降幅增大。此外，當(dāng)巖瀝青的劑量為5%時(shí)，瀝青的低溫延度及當(dāng)量脆點(diǎn)在可接受范圍。因此，建議巖瀝青的添加劑量不超過5%。

1.2.3 巖瀝青改性瀝青黏附性能

瀝青與集料之間的黏附力是影響瀝青路面水損害的重要因素。研究采用水煮法，通過模擬自然環(huán)境和交通載荷等自然條件，設(shè)計(jì)不同的對(duì)比試驗(yàn)，選用粒徑大于13.2mm 的石灰?guī)r、玄武巖以及花崗巖，進(jìn)行黏附性等級(jí)評(píng)定，結(jié)果如表2 所示。

表2 改性前后黏附性對(duì)比

由于石灰?guī)r是一種典型的親油憎水性材料，因此其與瀝青的黏附程度最高。在水煮試驗(yàn)中，摻入酸值為1.65 的巖瀝青進(jìn)行改性后，HL90、KLM90兩種基質(zhì)瀝青與玄武巖和花崗巖的黏附性等級(jí)明顯提高。在堿性石料匱乏的地區(qū)采用巖瀝青作為改良劑，可以提高集料與瀝青的黏附力，這為高等級(jí)公路瀝青抗滑鋪面的施工提供新的技術(shù)途徑和嶄新的思路。

綜合所述，三種不同的基質(zhì)瀝青經(jīng)巖瀝青改性后，其高溫性能以及與集料黏附性均有效改善，且隨著巖瀝青含量的增加，改性效果更加顯著。

2 巖瀝青改性瀝青混合料設(shè)計(jì)及性能分析

2.1 改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

此試驗(yàn)采用卓資山石作為集料，在取樣后測量了其主要物理參數(shù)。隨后，依次選用0.075mm 到19mm孔徑的篩分容器對(duì)集料過篩，并采用圖解法，得到AC-16 礦質(zhì)混合料的級(jí)配曲線，設(shè)計(jì)級(jí)配下各檔集料的用量比例如表3 所示。

表3 設(shè)計(jì)級(jí)配下各檔集料比例

隨后，在4.3%、4.6%、4.9%和5.2%瀝青用量下，測試馬歇爾試件密度、空隙率(VV)、礦料間隙率(VMA)、瀝青飽和度(VFA)等物理指標(biāo)，繪制各指標(biāo)與瀝青用量的函數(shù)關(guān)系，如圖2 所示。最終，按照馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定出瀝青混合料中最佳瀝青用量(OAC)為4.8%。

圖2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2.2 巖瀝青改性瀝青混合料性能測試及研究

選用AC-16 型瀝青混合料，90基質(zhì)瀝青，瀝青用量為4.8%，巖瀝青在瀝青中的占比分別為3%、4%、5%，測定改性前后瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性能。

2.2.1 瀝青混合料高溫性能改性研究

巖瀝青改性瀝青混合料試件成型48h 后，對(duì)試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測得基質(zhì)瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度平均值為1140 次/mm。在3%、4%、5%摻量的巖瀝青改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度平均值分別為2558 次/mm、3879 次/mm 和5759 次/mm。巖瀝青可大幅度提高瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，且隨著其添加量增大，混合料高溫性能改善效果越好。

2.2.2 瀝青混合料低溫性能改性研究

在-10C 及50mm/min 加載速率下，對(duì)巖瀝青改性瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，評(píng)估其低溫抗裂性能。結(jié)果顯示，4.8% 摻量的基質(zhì)瀝青、3%～5% 摻量的巖瀝青的破壞應(yīng)變值分別為2453με、2448με、2423με 和2389με?？梢姡S著巖瀝青摻入量的增加，混合料的低溫穩(wěn)定性略有下降。因此，為了使巖瀝青改性瀝青混合料具有最佳的改性效果，在混合料的配制過程中要嚴(yán)格把控巖瀝青的摻入量，從而確?；旌狭系木C合路用性能。

2.2.3 瀝青混合料水穩(wěn)定性能改性研究

此研究通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)測量評(píng)估了改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。由表4 可知，瀝青混合料中摻入巖瀝青后，其水穩(wěn)定性變動(dòng)不大，滿足標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其水穩(wěn)定性的要求。

表4 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

此研究提出一種“活化”濕法加工工藝，選用遼河90瀝青(LH90)、遼河110瀝青(LH110)和克拉瑪依90瀝青(KLM90)三種基質(zhì)瀝青制備巖瀝青改性瀝青。然后，設(shè)計(jì)試驗(yàn)測定并分析巖瀝青改性瀝青的性能，對(duì)集料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，研究不同摻量下，巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能，研究結(jié)論有：

第一，巖瀝青的改性效果良好，與基質(zhì)瀝青可較好地配伍相容。

第二，加入巖瀝青后，基質(zhì)瀝青的高溫性能和黏附性都得以明顯提高，其低溫性能有所降低。

第三，巖瀝青改性瀝青混合料的高溫性能顯著提高，低溫性能有所下降，水穩(wěn)性性能變化不大，各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足瀝青混合料的技術(shù)指標(biāo)。