摘要：本文對天然巖瀝青的濕法改性工藝進行了研究，按照常規性能指標、Superpave性能分級對不同慘量下的巖瀝青改性瀝青進行了評價。
　　關鍵字：巖瀝青；改性瀝青；流變性質；
　　
　　0前言
　　目前，天然瀝青在道路工程上的應用漸已廣泛，如特拉尼達湖瀝青、北美硬質巖瀝青、中國新疆、四川等地產出的天然瀝青等，在實際使用過程中對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進行選擇，如高軟化點（>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。相對而言，濕法工藝具有質量易控、性能穩定的優點，更多使用于科研和工程實踐中。
　　本文著重探討四川廣元地區產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，瀝青質含量高，軟化點高，在基質瀝青中的混溶性較好[3]；在山東省菏關高速、河南省許亳、許禹高速公路上均使用該巖瀝青改性瀝青產品。但考察發現，很多巖瀝青改性工藝模式太為固定，不能針對具體的工程要求進行工藝調整及優化，在摻量選擇方面也存在一定的盲目性。
　　1原材料性質與試驗安排
　　1.1巖瀝青性質
　　試驗采用天然瀝青為黑色塊狀，易碎，易于松解，有類似礦物解理，結構緊密，斷面有光澤且呈不規則棱角狀。X射線衍射分析表明，該天然瀝青含有明顯的無機礦物，在衍射位置2θ為26.0°,29.0°,59.5°處分別出現石英、方解石、斜長石的衍射峰（圖1）。同時溶解度試驗表明，CS2不溶物含量為31%，甲苯不溶物含量高于40%，三氯乙烯溶解試驗中由于不溶物堵塞濾紙，一直沒有獲得穩定的溶解度數據，這從側面說明該天然瀝青中無機礦物及一些有機不溶物得高含量狀態。
　　溶劑抽提和四組分試驗表明，該巖瀝青中瀝青占天然瀝青總體組成的47.9%，遠遠高于普通石油瀝青中的瀝青含量；但膠質含量較少，占天然瀝青總體組成的6.68%，相對普通石油瀝青小得多。從瀝青膠體理論上講，膠質在瀝青體系中起到膠溶劑的作用，如果膠質含量不足，容易導致瀝青質的聚沉，整體不再呈現穩定的膠體狀態。正是由于有機不溶物、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試驗設置與結果
　　試驗采用濕法工藝為“混合-發育-剪切”流程，以加德士70#瀝青為基質，巖瀝青800目粉劑為改性劑；按照外摻比例（m巖瀝青/m基質瀝青）分別為5%、7%、10%進行巖瀝青改性瀝青的生產。并對各樣品進行了常規試驗分析和PG性能分析。試驗結果見表1、表2。
　　表1巖瀝青改性瀝青常規性能指標

　　表2巖瀝青改性瀝青PG性能分級數據

　　2巖瀝青摻量對改性瀝青的影響
　　2.1常規指標與性能分級
　　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，如軟化點、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、粘度指標單調增長，說明瀝青在高溫條件下的抗變形能力、抗流動性有很大程度上的提高。
　　利用AASHTOMP1的瀝青膠結料性能分級標準，試驗得到不同摻量下改性瀝青的性能等級數據，如表3所示。可以看出，巖瀝青改性瀝青高溫溫度等級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提高一個等級，由基質瀝青的64℃提高到76℃；對加德士基質瀝青而言，每5%的巖瀝青摻量即可提高瀝青的一個高溫等級，大大改善了瀝青材料的高溫穩定性。
　　但是過多的巖瀝青摻與，會提高瀝青長期老化（PAV）后的疲勞因子（G•sinδ），致使G•sinδ=5000kPa時對應的臨界溫度提升。表3表明，平均每摻加2.5%巖瀝青，改性瀝青的臨界疲勞設計溫度要增加2℃，說明改性瀝青的耐疲勞性能有所弱化。同時，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計溫度，在摻加12.5%巖瀝青時，改性瀝青的低溫等級降低到-8℃。因此，在巖瀝青改性瀝青中的巖瀝青外摻量選擇上，應按照具體的結構設計和地理氣候條件進行膠結料的選擇，以達到充分發揮巖瀝青改性瀝青的高溫優勢，且在適當的范圍內規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
　　利用動態剪切流變儀（AR2000EX）對三種巖瀝青摻量改性瀝青進行動態溫度掃描試驗，其中剪切頻率5rad/s，應力水平100Pa，溫度范圍30~3℃，掃描獲得“復合模量&溫度”、“損耗角正切&溫度”曲線（圖1、圖2）。試驗發現，在該試驗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logG*與溫度的線性變化關系；但高摻量巖瀝青改性瀝青的模量要比基質瀝青高的多，10%摻量改性瀝青可比基質瀝青的模量高近一個數量級。
　　盡管改性瀝青隨著巖瀝青的加入而強度增加，但其柔性有所弱化，反映出當量脆點（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，直至某個溫度點形成一損耗峰值，對應著該試驗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%摻量對應Tg~6℃，10℃摻量對應Tg~9℃，基質瀝青Tg則應小于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。

　　圖1巖瀝青改性瀝青的復合模量 圖2巖瀝青改性瀝青的相位角正切
　　3結論
　　用巖瀝青作為改性劑，可以顯著提升瀝青的高溫穩定性，提高其性能分級等級；但過多摻與會導致瀝青延展性的降低，弱化瀝青的低溫性能。使用中，應根據具體氣候分區及Superpave路面設計溫度要求進行巖瀝青摻量的優選。
　　
　　參考文獻：
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