摘要：本文对天然岩沥青的湿法改性工艺进行了研究，按照常规性能指标、Superpave性能分级对不同惨量下的岩沥青改性沥青进行了评价。
关键字：岩沥青；改性沥青；流变性质；
0前言
目前，天然沥青在道路工程上的应用渐已广泛，如特拉尼达湖沥青、北美硬质岩沥青、中国新疆、四川等地产出的天然沥青等，在实际使用过程中对沥青路面的高温路用性能有着很好地改善[1~4]。究其使用方法，可分为湿法和干法两种，前者将天然沥青作为基质沥青的改性剂使用；后者则将天然沥青作为混合料的外掺剂使用，在混合料的拌制过程中添加。两种方法依照天然沥青的不同类别和性质进行选择，如高软化点（>200℃）、熔融性差的天然沥青不适于混合料的外掺使用，更适合于湿法工艺。相对而言，湿法工艺具有质量易控、性能稳定的优点，更多使用于科研和工程实践中。
本文着重探讨四川广元地区产出的岩沥青及其湿法改性工艺。该岩沥青属于沥青岩（Asphaltite）类天然沥青，沥青质含量高，软化点高，在基质沥青中的混溶性较好[3]；在山东省菏关高速、河南省许亳、许禹高速公路上均使用该岩沥青改性沥青产品。但考察发现，很多岩沥青改性工艺模式太为固定，不能针对具体的工程要求进行工艺调整及优化，在掺量选择方面也存在一定的盲目性。
1原材料性质与试验安排
1.1岩沥青性质
试验采用天然沥青为黑色块状，易碎，易于松解，有类似矿物解理，结构紧密，断面有光泽且呈不规则棱角状。X射线衍射分析表明，该天然沥青含有明显的无机矿物，在衍射位置2θ为26.0°,29.0°,59.5°处分别出现石英、方解石、斜长石的衍射峰（图1）。同时溶解度试验表明，CS2不溶物含量为31%，甲苯不溶物含量高于40%，三氯乙烯溶解试验中由于不溶物堵塞滤纸，一直没有获得稳定的溶解度数据，这从侧面说明该天然沥青中无机矿物及一些有机不溶物得高含量状态。
溶剂抽提和四组分试验表明，该岩沥青中沥青占天然沥青总体组成的47.9%，远远高于普通石油沥青中的沥青含量；但胶质含量较少，占天然沥青总体组成的6.68%，相对普通石油沥青小得多。从沥青胶体理论上讲，胶质在沥青体系中起到胶溶剂的作用，如果胶质含量不足，容易导致沥青质的聚沉，整体不再呈现稳定的胶体状态。正是由于有机不溶物、沥青的高含量存在，使得天然沥青改性剂具有较高的硬度，25℃针入度为0，且难以熔融。
1.2试验设置与结果
试验采用湿法工艺为“混合-发育-剪切”流程，以加德士70#沥青为基质，岩沥青800目粉剂为改性剂；按照外掺比例（m岩沥青/m基质沥青）分别为5%、7%、10%进行岩沥青改性沥青的生产。并对各样品进行了常规试验分析和PG性能分析。试验结果见表1、表2。
表1岩沥青改性沥青常规性能指标
表2岩沥青改性沥青PG性能分级数据
2岩沥青掺量对改性沥青的影响
2.1常规指标与性能分级
先期研究表明，岩沥青的掺加可以明显提高沥青的高温性能指标，如软化点、粘度、车辙因子等[3]。从表2可以看出，随着岩沥青的掺加，沥青的软化点、粘度指标单调增长，说明沥青在高温条件下的抗变形能力、抗流动性有很大程度上的提高。
利用AASHTOMP1的沥青胶结料性能分级标准，试验得到不同掺量下改性沥青的性能等级数据，如表3所示。可以看出，岩沥青改性沥青高温温度等级随着岩沥青掺量的增加而提高，5%岩沥青掺量即可使沥青的高温等级提高一个等级，由基质沥青的64℃提高到76℃；对加德士基质沥青而言，每5%的岩沥青掺量即可提高沥青的一个高温等级，大大改善了沥青材料的高温稳定性。
但是过多的岩沥青掺与，会提高沥青长期老化（PAV）后的疲劳因子（G•sinδ），致使G•sinδ=5000kPa时对应的临界温度提升。表3表明，平均每掺加2.5%岩沥青，改性沥青的临界疲劳设计温度要增加2℃，说明改性沥青的耐疲劳性能有所弱化。同时，岩沥青的掺与也降低了改性沥青的低温蠕变性能，继而降低了改性沥青的最低路面设计温度，在掺加12.5%岩沥青时，改性沥青的低温等级降低到-8℃。因此，在岩沥青改性沥青中的岩沥青外掺量选择上，应按照具体的结构设计和地理气候条件进行胶结料的选择，以达到充分发挥岩沥青改性沥青的高温优势，且在适当的范围内规避材料疲劳和低温性能方面的衰减。
2.2模量与玻璃化温度
利用动态剪切流变仪（AR2000EX）对三种岩沥青掺量改性沥青进行动态温度扫描试验，其中剪切频率5rad/s，应力水平100Pa，温度范围30~3℃，扫描获得“复合模量&温度”、“损耗角正切&温度”曲线（图1、图2）。试验发现，在该试验条件下玻璃化温度以上的范围，改性沥青的模量随着温度降低而升高，呈现logG*与温度的线性变化关系；但高掺量岩沥青改性沥青的模量要比基质沥青高的多，10%掺量改性沥青可比基质沥青的模量高近一个数量级。
尽管改性沥青随着岩沥青的加入而强度增加，但其柔性有所弱化，反映出当量脆点（表1）的升高及其玻璃化温度的升高。随着温度的降低，改性沥青的损耗角正切逐渐降低，直至某个温度点形成一损耗峰值，对应着该试验条件下的体系玻璃化温度（Tg），且玻璃化温度随着岩沥青掺量增高而变大，如7%掺量对应Tg~6℃，10℃掺量对应Tg~9℃，基质沥青Tg则应小于2.5℃。这说明岩沥青的掺入降低了沥青的柔量，延展性能变差，这与某些高聚物改性剂（如SBS）有着不同的改性特点。
图1岩沥青改性沥青的复合模量 图2岩沥青改性沥青的相位角正切
3结论
用岩沥青作为改性剂，可以显著提升沥青的高温稳定性，提高其性能分级等级；但过多掺与会导致沥青延展性的降低，弱化沥青的低温性能。使用中，应根据具体气候分区及Superpave路面设计温度要求进行岩沥青掺量的优选。
参考文献：
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