阿尔巴尼亚天然沥青(SLN120Ⓡ)改性沥青混合料路用性能研究

杨念君，胡 方，宋小金

(1.湖南德成建设工程有限公司，湖南 常德 415000;2.湖南大学土木工程学院，湖南中大建设工程检测技术有限公司，湖南 长沙 410082)

由于交通量的迅猛增加，交通轴载的增大，因而改性沥青在路面的应用越来越广泛，目前应用最多的是SBS、PE 等聚合物改性沥青，改性沥青的运用极大地提高了路面性能，但聚合物改性沥青在运用中也存在着自身的不足，在生产和保存中，聚合物改性剂与沥青之间存在着相容性的问题，且储存稳定性差，容易出现离析，对生产和储存条件都提出了较高的要求。天然沥青有其自身的优越性，由于它是石油类物质在地壳中长期经过物理化学作用而硬化形成的物质，与石油沥青具有天然的相容性及配伍性，且天然沥青的沥青质含量远远高于石油沥青，作为改性剂可以显著地提高沥青产品的高温稳定性及水稳定性。近些年天然沥青得到了广泛的重视并且国内得到了一定的推广，目前我国所应用的天然沥青主要有北美岩沥青、特拉尼达湖沥青、布敦岩沥青等，国产的天然沥青主要有青川岩沥青。

湖南为大陆性亚热带季风湿润气候，春夏多雨，夏季酷热，对于全省的沥青路面材料来讲，优良的高温稳定性能和水稳定性能尤为重要。阿尔巴尼亚天然沥青SLN120Ⓡ为细颗粒状、黑色。且具有硬度高、质纯、附着力强、光洁度高、油溶性稳定、绝缘性能好，耐水、耐碱、耐酸，并且不含油、不含腊，同时，天然沥青中含有火山灰活性矿物质细粉和挥发性物质，会改善沥青粘附性和抗老化性能，具有良好的路用性能。本文主要针对SLN120Ⓡ对基质沥青高温和水稳性能的改善效果进行研究，并提出SLN120Ⓡ的合理掺量，为SLN120Ⓡ的应用提供参考。

1 天然沥青对沥青性能的影响

按照JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的软化点测试方法对天然沥青SLN120Ⓡ进行测试，确定其软化点为108 ℃，远远高于普通的石油沥青。

以SLN120Ⓡ为改性剂，对A—70 加德士基质沥青进行改性。先将基质沥青在160 ℃温度下熔化，然后将SLN120Ⓡ颗粒放进基质沥青中混合搅拌，在恒温下搅拌均匀，直至没有颗粒感为止。结合国外经验，采用3 种改性剂掺量(内掺法)进行试验，分别为5%、10%、15%，改性沥青技术指标见表1。

表1 天然沥青SL120Ⓡ改性沥青技术指标

由表1可以看出，随着天然沥青SLN120Ⓡ的加入，沥青的针入度指数基本上呈递增趋势，掺量从0%增加到15%，PI 值从原来的－1.13 增加到1.4，这表明改性后沥青的温度敏感性减小，即沥青性能受温度变化的影响减小，沥青的感温性能明显改善。

随着SLN120Ⓡ掺量的增加，沥青的软化点和粘度均随之增大，掺量为15%时沥青的软化点比基质沥青提高了6.5 ℃，增幅达14%，此时的60 ℃粘度也比基质沥青提高了近66%，这表明改性后沥青的高温性得到了改善。

2 天然沥青对沥青混合料性能的影响

2.1 沥青混合料级配设计

为了对SLN120Ⓡ进行评价，设计采用AC —13混合料进行性能试验。原材料选用玄武岩集料、石灰岩矿粉。集料指标见表2。

表2 集料性能指标

混合料采用多级嵌挤密级配设计方法进行设计，采用bailey 设计方法，对矿料级配的CA、FAC、FAF 进行计算验证，以优化级配结构，级配曲线见图1。

图1 级配曲线图

通过改变粗集料中较细与较粗部分的比例，能够影响粗集料的骨架结构，从而影响集料的空隙率，同时随着CA 的增加，粗集料中较细的部分将对集料的骨架结构形成干涉，从而难以保证粗集料的稳定结构，影响其路用性能，表3中参数标明该级配形成了良好的多级嵌挤。

表3 级配嵌挤参数

对选用级配进行马歇尔试验选择最佳沥青含量，取空隙率4.5%对应的沥青含量为最佳沥青含量。混合料设计指标如表4，击实温度根据粘温曲线确定。

表4 SLN120Ⓡ沥青改性沥青混合料体积指标

2.2 沥青混合料车辙试验

车辙试验采用上述试验确定的最佳油石比时的合成级配拌制SLN120Ⓡ改性沥青混合料成型试件。试件采用轮碾成型机模拟路面压实过程制作，尺寸为300 mm ×300 mm ×50 mm。车辙试验结果见表5。

从表5可以看出，随着天然沥青掺量的增加，混合料的动稳定度逐渐增大，掺量5%时动稳定度较基质沥青混合料有了一定的提高，掺量提高到15%时，沥青混合料的动稳定度是基质沥青的2 倍多，在很大程度上提高了混合料的高温抗车辙性能。

2.3 汉堡轮辙试验

汉堡轮辙试验(Hamburg Wheel－tracking Test)是用于测定沥青混合料浸水条件下抗车辙性能。试验的基本过程是，将成型好的试件放入试模，并连同试模一起放在试验平台上，升起水箱加水至水面完全浸没试件，水浴温度达到50 ℃后，保温30 min，直至试件温度与水温一致，将一定规格和重量的钢制轮子在沥青混合料试件表面上来回碾过20 000 遍，钢轮在试件表面不断碾压的过程，一方面轮子对混合料形成不断碾压剪切变形，另一方面，水也对试件形成了冲刷，产生沥青膜剥离、集料松散等现象，最终导致沥青混合料粘结力丧失，强度降低。很好的模拟路面在不利季节及气候条件下路面通过测量沥青混合料的轮辙深度和变形曲线的特征判断沥青混合料的抗车辙性能。试验结果见表6和图2。

表5 天然沥青改性沥青混合料车辙试验

表6 天然沥青混合料汉堡试验

图2 天然沥青改性沥青混合料汉堡试验结果

由表6可以看出，随着天然沥青掺量的增加，混合料的汉堡试验抗变形能力逐渐增强，掺量为15%时，混合料的高温性能得到了较大的改善，其机理是天然沥青作为改性剂，把高含量的沥青质带入到石油基质沥青中，改善了以键能较小的氢键为主的分子间作用力，增强了极性键、化学交联、聚合生成大分子网状结构，从而改善了基质沥青的高温稳定性。

2.4 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验是通过对沥青混合料试件施加极为恶劣的条件对沥青混合料的抗水损害性能进行评价，该试验为评价沥青混合料水稳定性的常规试验方法，本文采用冻融劈裂试验对天然沥青改性沥青的抗水损害性能进行评价。

如表7，随着天然沥青掺量的增加，混合料的抗水损害能力得到了明显的增强且混合料的抗拉强度也得到了增强，说明天然沥青可以有效地改善混合料的抗水损害性能及力学性能。其机理是天然沥青的加入提高了石油沥青中沥青质及胶质的相对含量，相当于向基质沥青中加入了有机酸，提高了改性沥青的酸值，故使改性沥青的粘附性明显优于基质沥青，故而改性沥青的抗水损害能力增强。

表7 天然沥青改性沥青混合料冻融劈裂试验

3 结语

通过选取5%、10%、15%3 种不同天然沥青产品SLN120Ⓡ掺量，对70#加德士基质沥青进行改性，并对改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性进行了试验，结果表明:

1)随着天然沥青SLN120Ⓡ的加入，沥青的温度敏感性减小，即沥青性能受温度变化的影响减小，沥青的感温性能明显改善;随着SLN120Ⓡ掺量的增加，沥青的软化点和粘度均随之增大，掺量为15%时沥青的软化点比基质沥青提高达14%，此时的60℃粘度也比基质沥青提高了近66%，这表明改性后沥青的高温性得到了改善。

2)随着天然沥青掺量的增加，混合料的动稳定度逐渐增大，掺量提高到15%时，沥青混合料的动稳定度是基质沥青的2 倍多，表明天然沥青产品SLN120Ⓡ的掺入可以有效提高沥青混合料的高温稳定性。

3)沥青混合料的抗水损害性能也随着天然沥青SLN120Ⓡ的掺入得到了明显改善，当天然沥青的掺量达到15%时，其冻融劈裂强度比较掺量为5%时提高了近10%，抗水损害性能有了显著提高。

［1］华 敏.天然沥青对基质石油沥青改性机理研究［D］.西安:长安大学，2008.

［2］马 琳，刘孔杰.在公路工程中天然岩沥青(UINTAITE)的应用效果分析［J］.交通标准化，2005(1):99 －101.

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