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        布敦巖瀝青綜合性能研究

        來源:湖北正康科技股份有限公司 時間:2016-11-17 瀏覽: 3,573 次  

        布敦巖瀝青(BRA)產于南太平洋印度尼西亞蘇拉威西島東南部的布敦島.由古生代沉積的石油在侏羅紀晚期瀉出地層(含有豐富的侏羅紀海生動物化石)。先形成石油湖.逐漸蒸發為瀝青湖,后經長期風化、濃縮為巖瀝青。布敦巖的巖瀝青依據不同礦物組合可分為四層,利用價值較高的有C層和B層巖土呈褐黑色粘土狀,B層有部分塊狀與粘土狀互層,礦物特征是以老化天然瀝青和以化石為主的碳酸鈣顆粒.組成巖瀝青微觀結構是以天然瀝青大膠束分子為中心,普通瀝青小分子填充,包圍的新的膠體結構。膠合性能穩定,其礦物組分以有機質老化瀝青和鈣質為主。含有少量硅、鎂、鋁、硫等。布敦巖瀝青以含2.5-3.2%的樹膠量區別于其它地區的巖瀝青,是有明顯優勢和特點的獨特地方產品。請【點擊這里】查看全文。

        一、布敦巖瀝青特點

        ( 1)含氮量高。
        布敦巖瀝青中 ,氮元素以官能團形式存在 ,這種存在形式使瀝青粘度增大 ,抗氧化性增強 ,特別是與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善。 這有別于摻加有機胺類物質提高瀝青與集料的粘附性 ,有機胺類在高溫長時間條件下會迅速降低抗剝落性能。試驗證明用天然巖瀝青作改性劑 ,在高溫長時間條件下其粘附性還有增強趨勢 ,這為堿性石料缺乏的地區修建高等級瀝青混凝土路面抗滑表層提供了新的技術手段和嶄新的思路。
        ( 2)具有“半聚合”的作用。
        天然巖瀝青的分子量大 ,當它溶于基質瀝青后 ,在高溫及小分子作用下 ,造成巖瀝青大膠束的破裂 ,使其表現出許多活性點 ,而這些活性點迅速與小分子結合形成半聚合作用。
        ( 3)具有很好的耐候性。
        布敦巖瀝青有很強的抗微生物侵蝕作用 ,并可在自由表面形成致密光亮的保護膜。 加入布敦巖瀝青能極大改善普通瀝青的抗紫外線能力 ,這將會提高瀝青路面的耐久性 ,減緩瀝青老化速度 ,從而延長道路使用壽命。
        (4)含樹膠
        老化樹膠總含量一般在2.5%-3.2%之間,樹膠對于巖瀝青各項性能起到很重要的作用特別是膠黏性,布敦巖瀝青樹膠含量高區別于其他任何地區的巖瀝青。
        ( 5)不含蠟。
        布敦巖瀝青在原油狀態下也含有一部分蠟 ,只是在地殼中長期與各種條件作用下 ,使蠟含量急劇降低 ,并轉化成其他形式存在。當它加入到普通瀝青中 ,會把這種特性在重組中一定程度地遺傳給基礎瀝青 ,進而降低蠟在瀝青中的危害。如在一些含蠟量較高的瀝青中摻加布敦巖瀝青 ,將會降低瀝青中蠟含量 ,會對我國公路建設產生深遠的影響

        二、布敦巖瀝青的技術指標

        我們國內沒有關于印尼布敦巖瀝青的統一標準,現引用印尼的標準
        1.布敦巖瀝青的技術指標
        2.不常規試驗指標和 SHRP 試驗指標
        3.常規試驗與 SHRP 試驗的指標關系

        三、布敦巖瀝青改性的機理分析

        1 針入度
        針入度實驗是用來測定瀝青稠度的一種常用方法, 針入度值是測定瀝青稠度的一個指標 。針入度指數 P I 值作為感溫性指標 可以用來表征瀝青隨溫度變化而發生性質變化幅度。摻配比例后的瀝青針入度及針入度指數見下圖, 顯示了不同試樣的針入度指數 P I 值。
        不同試樣的針入度及針入度指數
        由上圖可以看出 ,在這三種溫度下,摻配巖瀝青后的針入度都比基質瀝青的小, 而且 buton巖瀝青的摻配比例越高 , 其針入度值越小。表明隨著 Bu-ton巖瀝青的加入, 瀝青膠漿變得更加粘稠。其中在25℃時 3號和 4號的針入度值相差不大, 說明在常溫情況下,按 1∶1和 1.25∶1進行摻配時效果相差無幾。而通過針入度指數 PI 的顯示, 4號的 P I 值為1.299 4,而 3號的 P I 值為 0.929。針入度指數 P I表征瀝青材料的溫度敏感性, 當 P I 值過低時, 瀝青材料在低溫時顯示出明顯的脆性特征;當 P I 值過高時,瀝青材料具有明顯的凝膠特征, 其耐久性很差 。一般推薦的 P I 值在 ±1范圍內為宜。圖 1表征隨著巖瀝青摻配比例的增加 , P I 值越來越大 , 改性后瀝青的溫度敏感性變小, 也即瀝青的感溫性能得到了改善 。但是 4號 , 5號的 PI 值已超出推薦范圍 ,也就是說 , Buton巖
        瀝青的用量并非越多越好, 它與基質瀝青的摻配有一定的限度 。
        不同試樣的針入度指數 PI 值
        2 軟化點
        軟化點是道路瀝青的一種性質指標, 從理論上講,軟化點是一個等溫粘度 ,軟化點高 ,則表示等粘溫度也高 ,相應地瀝青結合料的高溫穩定性也好 。摻配不同比例后的瀝青軟化點數據見下表,下圖顯示的是不同試樣的軟化點。
        不同試樣的軟化點
        由上表可知 ,隨著 Buton巖瀝青的加入量增大 , 改性后的瀝青軟化點也在不斷增大, 說明巖瀝青的加入 ,改善了基質瀝青的高溫性能 。從未摻配時的47.4℃到按 1.5∶1摻配時的 61.8℃,其軟化點提高了 30.4%, 其中從 0號到 3號軟化點就提高了20.3%, 而從 3號到 5號軟化點只提高了 8.4%,說明隨著 Buton巖瀝青的加入, 基質瀝青的軟化點開始提高的較多,但到一定范圍后提高的速率逐漸變低 。更形象地表征出了這種趨勢 ,從 3號以后 ,
        曲線逐漸變得平緩, 巖瀝青的增加對于軟化點的提高并不明顯 。針入度指數 P I ,軟化點等技術指標對于評價未改性的基質瀝青的性能有很好的效果, 相關研究表明 :這類技術指標已知的適用范圍僅為未改性的普通石油瀝青, 對于評價。
        改性瀝青不一定合適。作為天然改性瀝青, 這類指標可以為摻配比例的效果提供一個參考 , 但不能表征天然瀝青改性的效果 。通過動態力學分析(DMA)方法,可以很好地研究瀝青等高分子多組分聚合物的相態結構 , 并通過瀝青的動態力學行為來分析相態結構的變化。
        3 動態力學溫度分析
        采用美國 TA公司推出的新型動態剪切流變儀AdvancedRheometer(簡稱 AR2000)對 Buton巖改性瀝青的性能進行試驗研究。它是一種控制應力控制的流變儀 ,能夠使用各種尺寸和型號的幾何測頭處理許多不同類型的試樣, 軸承使用的是空氣軸承 ,采用空氣作為潤滑介質 , 這可以實現施加真正無摩擦的扭矩,從而能夠保證試驗所加荷載更加準確可靠 。通過動態力學溫度掃描試驗, 來分析不同摻配比例的 Buton巖瀝青對基質瀝青的車轍因子 G*/sinδ和相位角 δ的影響。為保證數據的可比較型 ,角速度均采用 10 rad/s, 在 35℃ ~ 85℃的溫度范圍內 ,以 2℃為一個間隔進行溫度掃描。由于 4號和 5號在改善瀝青軟化點和降低入度方面效果相差不大, 所以只針對 0號、1號 、2號 、3號、4號進行動態溫度掃描實驗。
        3.1  車轍因子 G*/sinδ
        車轍因子 G*/sinδ是美國公路戰略研究計劃(SHRP)提出來的,通過試驗測得的一定溫度時瀝青在作用應力(或應變)下產生的應變(應力 )響應,由此計算出復數剪切模量 G*,并可得到響應時的時間滯后角 δ。 G*= (G' )2+(G ' )2 , sinδ=G' ' /G *。其中 G'為彈性模量, G' '為損失模量。定義 G*/sinδ作為高溫控制指標,其值越大的瀝青, 彈性性質越顯著,抗車轍能力越強。 0號至 4號車轍因子 G*/sinδ的對數值隨溫度變化曲線如圖下圖所示。
        車轍因子 lg(G* /sinδ)與溫度的關系
        如上圖所示, 隨著溫度增高 , 0號至 4號的 G*/sinδ呈下降趨勢,表明摻加 Buton巖瀝青后的瀝青與基質瀝青一樣也具有很強的溫度敏感性。其中改性后瀝
        青的車轍因子明顯大于基質瀝青的 ,表明 Buton巖瀝青在提高瀝青膠漿的高溫抗車轍能力方面效果是明顯的。 3號與 4號的曲線比較接近 ,均大于 1號和 2號的,說明 Buton巖瀝青改性的效果是并非摻配量越多越好 ,而是從 1∶1的摻配量再向上增加時, 改善基質瀝青高溫性能的效果就不明顯了。
        本小節結論:
        1) 隨著 BRA 摻量增加,針入度減小,表明加入BRA 后瀝青變硬,抗變形能力增強。加入 BRA 后針入度顯著下降,當摻量介于 10% ~ 20% 之間時,隨著摻量增加,針入度變化不明顯;當摻量超過 25%以后,針入度繼續減小,但幅度減緩。
        2) 老化前后延度變化規律相似,隨著 BRA 摻量增加,延度逐漸下降,但這并不能說明加入 BRA后瀝青的低溫性能下降,主要原因是 BRA 中的灰分對低溫延度試驗結果造成較大影響。此外,相對基質瀝青而言,加入 BRA 后延度下降幅度減小,表明加入 BRA 能改善瀝青的抗老化性能。
        3) 隨著 BRA 摻量增加,軟化點和當量軟化點均提高,表明加入 BRA 能夠降低瀝青的溫度敏感性,從而改善高溫穩定性。
        4) 隨著 BRA 摻量增加,當量脆點逐漸降低,當摻量超過 20% 后,當量脆點又有所升高,表明加入BRA 后對瀝青的低溫性能有所改善。結合延度試驗結果,建議采用當量脆點或混合料低溫彎曲試驗來對 BRA 改性瀝青的低溫性能進行評價。
        5) 各摻量下的 BRA 改性瀝青老化后質量損失均在 ±0. 8% 之間,滿足規范要求。同時隨著 BRA摻量增加,質量損失逐漸增加,且均為負數,表明BRA 中的灰分是造成質量損失的關鍵因素。
        6) 根據試驗結果,綜合考慮改性瀝青的高低溫性能和經濟性,建議 BRA 摻量控制在18% ~22%為宜。

        四、巖瀝青混合料的性能

        1 AC-13C 型瀝青混合料級配的確定
        試驗采用粗型密級配 AC-13C , 級配曲線為避開禁區和控制點的 S 形曲線 。為保證試驗級配的穩定性 ,采用逐檔配料的方法合成級配 。根據委托方所提供的巖瀝青所含有 24%的瀝青, 76%為礦物質 ,巖瀝青的摻量按巖瀝青中純瀝青含量和基質瀝青比(質量比)為 15∶85 計算, 根據集料級配和巖瀝青的篩分結果 ,對實際的基質瀝青 、巖瀝青和各種礦料進行了配合比的調整 , 實際采用的材料用量比和瀝青混合料組配計算結果見表.
        2 布敦巖改性瀝青混合料油石比的確定
        巖瀝青按礦料的 2.82%加入到瀝青混合料中,試驗仍采用 SK90 號重基質瀝青, 按 3 個不同油石比制備試件進行馬歇爾試驗。
        (1)試件成型。溫度控制分別為:集料190 ℃,拌和 180 ℃,擊實 160 ℃。
        (2)拌和方式 。先將巖瀝青和集料干拌 30 s,以使巖瀝青均勻分散在礦料中, 然后加入基質瀝青按照預定用量 , 拌和 90 s ,最后加入礦粉, 再拌和90 s 。
        AC-13C 型瀝青混合料組配計算表
        馬歇爾試件按照 T0702 擊實法成型, 結果見表下表 。從下表中可以得到:OAC min =3.7%,OAC max =3.92%;毛體積相對密度沒有出現峰值,空隙率 3.5%所對應的油石比介于 OAC min ~OAC max 之間, 故 OAC 1 =4.0%;OAC 2 =(OAC min +OAC max )/2=3 .82%。綜合考慮 , 選取優質油石比 OAC 為4 .0%
        布敦巖改性(直投)瀝青混合料體積參數和力學性能指標
        3 瀝青混合料高溫穩定性及水穩定性能檢驗
        3.1 高溫穩定性檢驗
        在交通主干道, 車轍是導致路面性能降低 、路面破損的主要原因 , 因此瀝青混凝土必須具備足夠的強度和抗車轍性能。為了檢驗瀝青混合料的抗車轍能力,按優質油石比分別制備標準試件,在60 ℃、0 .7 MPa 的試驗條件下進行車轍試驗, 結果見下表。
        AC-13C 的車轍試驗結果
        3.2水穩定性
        瀝青混合料的水穩定性是指抵抗水侵蝕后逐漸產生的瀝青膜剝落、掉粒 、坑槽等破壞的能力。瀝青混合料在泡水的情況下強度降低越小說明水穩定性越好,根據《公路改性瀝青路面施工技術規范》的要求 ,摻加巖瀝青的瀝青混凝土的水穩定性指標 ,可以用浸水馬歇爾試驗殘留穩定度和凍融前后的劈裂強度 2個指標來衡量。
        按照 JTG052-2000 T0709 中方法進行馬歇爾殘留穩定度試驗 , 以優質瀝青用量時成型的時間進行浸水馬歇爾試驗, 結果見下表。
        浸水馬歇爾試驗
        3.3 瀝青混合料的水穩定性檢驗
        為了檢驗瀝青混合料的抗水損害能力, 首先按優質油石比分別制備標準試件, 然后進行凍融
        劈裂試驗 ,結果如下表 。
        凍融劈裂試驗
        3.4 低溫彎曲試驗結果按照 JTG052-2000 T0715 中方法進行低溫彎曲試驗 ,瀝青路面的低溫開裂是寒冷地區路面破壞的主要形式, 它與瀝青的低溫性能及瀝青混合料的收縮性能有關 , 該研究采用低溫彎曲試驗評價其低溫抗裂性能 。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程, 采用由輪碾成型的車轍試件切制成規定大小的棱柱體小梁 , 在 -10 ℃進行時低溫彎曲試驗試驗, 結果如下表。
        低溫彎曲試驗
        3.5 滲水試驗
        按照路基路面檢測試驗規程中的方法進行滲水試驗,試驗結果如下表.
        滲水試驗
        4. 從上面所有表可知 :采用布敦巖瀝青改性的瀝青混合料具有優良的使用性能。
        (1)馬歇爾試驗的各項指標都達到規范的要求, 其中, 巖改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度在14 kN 以上 ,遠高于規范 8.0 kN 技術要求 。
        (2)高溫穩定性好 。巖改性瀝青混合料的動穩定度為 3 491 次/mm , 既能滿足瀝青混凝土路面施工規范要求的夏炎熱區動穩定度大于 2 800次/mm 的要求 ,又明顯優于基質瀝青混合料的動穩定度 1671 次/mm 。因此摻加布敦巖瀝青可以增加瀝青混合料的高溫性能。
        (3)水穩定性好。摻加布敦巖瀝青可以改善瀝青混合料的水穩性 ,從表 7 看,經過凍融循環后,摻加改性瀝青混合料的水穩性有了很大的提高,劈裂強度損失很小, 達到 98%以上, 這也表明了布敦巖瀝青高溫長時間條件下其粘附性還有增強趨勢,凍融劈裂抗拉強度比遠高于規范中大于80%的要求。
        (4)摻加布敦巖瀝青大幅改善了瀝青混合料的低溫性能。低溫小梁彎曲試驗結果表明 ,摻加布敦巖瀝青對瀝青混合料的抗裂性能具有較大的改善作用 ,從表 7 的結果看,摻加布敦巖瀝青后彎曲應變可以滿足冬寒地區改性瀝青不小于 2 800μm 的要求 。
        5. 試驗段鋪筑工程驗證
        5.1修筑試驗段
        諸永 II 標是永康主要運輸路線 ,由于當地三超現象嚴重,指揮部在充分考察印尼布敦巖瀝青
        路用性能的基礎上, 決定在該項目中修筑試驗段,在試驗段路面上面層中使用該瀝青, 試驗段長為1.0 km ,樁號為 K32 +000 ~ K33 +00 ,路面結構為 4 cm 中粒式瀝青碎石下面層、4 cm 細粒式瀝青混凝土上面層。
        5.2 試驗路觀測
        試驗路完工后 ,對其進行了質量評定和外觀定期觀測, 經評定認為:試驗路面表面平整密實,集料顆粒分布均勻, 無脫落、掉渣、裂縫 、搓板等現象,評定等級為優良工程 。已開放交通 ,鋪筑至今經受了近 1 年的交通荷載作用 。尤其是重載交通占了相當大的比例 ,對路面的考驗更加嚴峻 。在大交通量 、重軸載車輛及今年夏季連續高溫天氣的考驗下 ,瀝青路面顯示出了良好的路用性能:路面無明顯車轍現象, 縱橫向平整度很好 ,無裂縫、坑洞 、泛油、推移等病害 ;防滑面層仍保持較深的紋理構造 , 具有較好的抗滑性能 , 保證了行車安全。實際運營說明試驗路經受了重載考驗 ,保持了良好的路用性能。
        6 結論
        (1)摻加布敦巖瀝青混合料在高溫抗車轍、低溫抗裂 、尤其是抗水損害等方面的性能都有顯
        著提高,性質特別穩定,與基質瀝青混和后不會產生離析,也可與其他改性劑(如 SBS 、SBR 等)進行復合改性,使瀝青具有更好的綜合性能。
        (2)天然巖瀝青改性生產工藝簡易, 設備簡單,產品質量穩定 ,投資少, 較其他聚合物改性技術更具優勢。對使用者而言, 可降低工程造價,提高道路使用壽命, 具有較好的經濟效益和社會效益,推廣應用前景十分廣闊。
        AC-13瀝青混合料馬歇爾路用試驗結果 (1)
        AC-13瀝青混合料馬歇爾實驗數據曲 (2)
        優質油石比計算過程為:首先根據圖2求得對應于密度最大值的油石比a 1 為5.5%,對應于穩定度最大值的油石比a 2為5.1%,對應于規定空隙率的中值的油石比a 3 為4.41%,對應于規定瀝青飽和度中值的油石比a 4 為4.85%,各項指標均符合瀝青混合料技術標準的油石比范圍4.52%~5.15%,優質油石比按式(1)~式(3)計算:OAC 1 = ( ) a 1 +a 2 +a 3 +a 4 /4(1)
        OAC 2 = ( ) OAC min +OAC max /2 (2)
        OAC=OAC 1 +OAC 2 (3)
        式中,OAC 1 為優質油石比的初始值,OAC 2 為各項指標均符合瀝青混合料技術標準油石比范圍的中值,OAC min 為油石比最小值,OAC max 為油石比最大值,OAC為優質油石比 [8] 。
        7.1 高溫穩定性實驗
        瀝青混合料的高溫穩定性能是指混合料在夏季高溫條件下,受交通荷載的反復作用,不產生車轍、推移、擁包、泛油等病害的性能。實踐表明,在通常的車輛荷載條件下,當氣溫高于25℃時(即瀝青路面的路表溫度超過60℃),由于此時
        已經達到或超過道路瀝青的軟化點,瀝青路面較容易產生永久變形,溫度和載荷越大變形越嚴重。車轍的產生使得瀝青路面的使用壽命縮短,即路面平整度下降,危及行車安全 。為檢驗瀝青混合料的抗車轍能力,按優質油石比分別制備標準試件,據JTJ 052—2000 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程在60℃、0.7 MPa的實驗條件下進行車轍實驗
        (圖3)
        由圖3可知,在實驗條件下動態穩定度隨著巖瀝青摻量的增加而增大,當巖瀝青摻量為 20%時,動態穩定度提高151.3%,已達到SBS改性瀝青混合料的路用效果 。當巖瀝青摻量為30%時,動態穩定度提高166.7%,與摻量為20%的瀝青混合料相比,動態穩定度提高并不明顯。分析認為,隨著布頓巖瀝青摻量增加,瀝青質含量隨之增加,會增加基質瀝青的黏度、軟化點,提高基質瀝青的高溫穩定性;同時天然瀝青中飽和分和芳香分降低,油分含量較低,有助于基質瀝青高溫性能提高 。但是,由于用于替代礦粉的布敦巖瀝青中的碳酸鹽物質顆粒粒徑大小不均勻,所以當布敦巖瀝青摻量過多時,瀝青混合料級配結構發生變化導致動態穩定度提高不明顯。
        7.2水穩性能實驗
        水損害是瀝青路面早期損壞的主要形式之一。在水或凍融循環的影響下,由于車輪的重復載荷作用,導致水分積聚在集料與瀝青的界面上并且不斷產生動水壓力,從而降低了瀝青與集料間的黏結能力,瀝青膜從石料表面剝離,瀝青混合料掉粒、松散,繼而形成瀝青路面的坑槽等損壞 。本研究通過殘留穩定度和凍融劈裂強度比來分析瀝青混合料的水穩定性,實驗結果如表4、表5所示。
        浸水馬歇爾實驗結果(表4)
        凍融劈裂實驗結果
        由表4、表5可知,瀝青混合料的馬歇爾穩定度隨著巖瀝青的加入有明顯提高,摻量為10%、20%、30%時對比基質瀝青,馬歇爾穩定度分別提高了29.59%、38.89%、40.46%;殘留穩定度從基質瀝青的91.3%分別提高了1.8%、3.8%、5.3%。融劈裂殘留強度比也從基質瀝青的 85.71%分別提高了3.61%、7.24%、8.49%。表明瀝青混合料水穩性得到明顯提高,主要原因是BRA中礦物質是一種高堿性的活性物質,其表面大量的活性物質能提高對基質瀝青的吸附能力,由于瀝青與堿性石料間具有良好的黏附性,還可以大大提高瀝青與集料間的黏附能力。
        7.3低溫性能試驗
        低溫下瀝青混合料勁度增大,氣溫驟降時會在路面內部積聚溫度應力,當此溫度應力過大,不能由應力松弛得到徹底緩解而超出材料極限抗拉強度時會發生開裂,造成路面損壞。因此,瀝青路面應具有良好的低溫柔韌變形能力 [13] 。
        7.3.1 瀝青脆點實驗
        在低溫下瀝青表現為脆性破壞,通常采用當量脆點分析其低溫脆性。實驗結果如表6所示。
        弗拉斯脆點及針入度指數結果(表6)
        當量脆點越低同時針入度指數越高時,瀝青低溫抗裂性能越好。從表7數據可知,巖瀝青摻量為10%和20%時,相比于基質瀝青當量脆點降低22.33%、42.52%,針入度指數分別提高28.98%、48.26%;但當摻量為30%時,當量脆點反而升高27.79%,且此時針入度降低58.68%。布敦巖瀝青中芳香分的含量比基質瀝青低,但膠質含量比基質瀝青大很多,芳香分與膠質調和可使瀝青塑性大為改善,但必須與芳香分保持適當比例,才能使膠體體系保持穩定同時獲得優質性能 。
        7.3.2 低溫小梁彎曲實驗
        用低溫彎曲實驗測得的破壞應變和破壞勁度來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能,實驗結果如表7所示。
        (表7)
        由表7可知,當巖瀝青摻量為10%和20%時,相比于基質瀝青抗彎拉強度分別提高1.52%、4.59%,最大彎拉應變分別提高8.94%、17.75%,但當摻量為30%時,與基質瀝青相比,抗彎拉強度和最大彎拉應變反而降低9.95%、5.37%。隨著布敦巖瀝青摻量增加,抗彎拉強度和最大彎拉應變顯著提高,主要因為芳香分與膠質調和使塑性大為改善,特別是低溫延度大為提高;但當摻量超過20%時,抗彎拉強度和最大彎拉應變降低,主要由于瀝青質含量過多,使瀝青的延度大大減少,易于脆裂,影響到低溫性能 。
        7.4 經濟分析
        根據目前瀝青混合料拌和廠的道路建筑材料交貨價格,對比分析了布敦巖瀝青、湖瀝青、SBS改性瀝青3種不同類型改性瀝青的價格差異(表9)。從表9可以看出:3種改性瀝青的價格次序由高到低為:30%湖瀝青>4%SBS改性瀝青>20%布敦巖瀝青。
        表8 改性瀝青混合料成本分析
        20%布敦巖改性瀝青的價格最低,分別比30%南美洲特立尼達島的特立尼達湖瀝青(TLA)改性瀝青和4%SBS改性瀝青降低106.5、425.7元/t,降低幅度分別為1.92%、7.66%,通過上述分析可知,布敦巖瀝青相比同類改性瀝青在價格具有明顯優勢。
        本小節結論:
        1)高溫穩定性實驗表明,摻入布敦巖瀝青能顯著提高混合料的耐高溫能力,20%摻量的布敦巖瀝青混合料動態穩定度可以提高150%左右,表明其適用于高輪壓重荷載的道路交通地區。
        2)水穩性能實驗表明,隨著布敦巖瀝青摻量的增加,馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留穩定度都顯著提高,即布敦巖瀝青的摻入提高了瀝青混合料的水穩定性。
        3)低溫性能實驗表明,當布敦巖瀝青摻量為20%時,瀝青混合料最大彎拉應變為最大,且當量脆點為最小值,但當摻量增加到30%時,最大彎拉應變和當量脆點分別下降和上升,因此布敦巖摻量不宜超過30%。
        4)經濟分析確定,布敦巖瀝青具有價格上的優勢。摻量為20%的布敦巖改性瀝青,其成本比摻4%的SBS改性瀝青、摻30%的TLA改性瀝青分別低7.66%和2.01%,因此布敦巖瀝青具有十分廣闊的應用前景。

        五、布敦巖瀝青改性瀝青抗紫外老化性能試驗研究

        (表1)紫外老化試驗結果
        由表 1 和圖 1,2 可知:
        1)隨著紫外老化時間的延長,A-110 基質瀝青逐漸發生褶皺、小坑、麻面、局部塌陷、坑洞、坑洞加劇、整體破壞的順次變化過程,摻量 10% 的 BRA 改性瀝青相對于 A-110 基質瀝青表面較平整、變化較小。這表明,瀝青受紫外線的老化影響非常嚴重,BRA 能大大提高瀝青的抗紫外老化能力。
        2)熱老化和紫外老化后,10%摻量的 BRA 改性瀝青的殘留針入度比均比 A-110 基質瀝青要大,分別提高26. 7%和29. 9%。這表明,BRA 有助于提高瀝青的抗熱老化和紫外老化能力。
        3)熱老化后,A-110 和 A-110 + 10% BRA 的兩種瀝青質量均有損失,這是瀝青中的輕質油分在熱的作用下物理揮發所致,但 BRA 改性瀝青的損失率比 A-110 基質瀝青要小 18. 8%。這表明,BRA 改性瀝青的抗熱老化能力比 A-110 基質瀝青強。
        4)紫外老化后,A-110 和 A-110 + 10% BRA 的兩種瀝青質量均有增加,但 BRA 改性瀝青的增長率比 A-110 基質瀝青要小 69. 9%。這表明,BRA 改性瀝青的抗紫外老化能力比 A-110 基質瀝青強得多。這是由于基質瀝青中的眾多不飽和基團羰基在高能量的紫外光照下,極易發生破裂形成自由基,自由基與外界空氣中的氧、硫、氮、氫等元素發生化學反應,生成飽和側鏈,隨著紫外照射時間的延長,側鏈不斷反應、交聯、聚合,使得瀝青中的黑褐色的瀝青質含量逐漸增多,進而碳化,顏色變黑、變深,這與經紫外老化后的瀝青混合料小梁試件顏色發黑、表面有焦糊現象的實際情況相吻合。
        3 老化前后瀝青針入度試驗
        對 A-110 和 A-110 + 10% BRA 兩種瀝青的原樣、RTFOT 后試樣、紫外老化 7d 后試樣分別進行了針入度試驗,試驗結果如表 2 和圖 3 所示。
        由表 2 和圖 3 可知,A-110 + 10% BRA 的原樣改性瀝青的針入度比 A-110 基質瀝青減小 35. 8%;熱老化和紫外老化后,兩種瀝青的針入度均降低,瀝青稠度增大,柔韌性減小,但摻量 10% 的 BRA 改性瀝青的變化率比 A-110 基質瀝青小。這表明,BRA 改性瀝青有良好的抗熱老化和紫外老化能力。
        4 本小節結論
        1)隨著紫外老化時間的延長,A-110 基質瀝青逐漸發生褶皺、小坑、麻面、局部塌陷、坑洞、坑洞加劇、整體破壞的順次變化過程,摻量 10% 的 BRA 改性瀝青相對于 A-110 基質瀝青表面較平整、變化較小。
        2)熱老化和紫外老化后,10%摻量的 BRA 改性瀝青的殘留針入度比均比 A-110 基質瀝青要大,分別提高 26. 7%和 29. 9%。3)熱老化后,A-110 和 A-110 + 10% BRA 兩種瀝青質量均有損失,這是瀝青中的輕質油分在熱的作用下物理揮發而致,但 BRA 改性瀝青的損失率比A-110 基質瀝青要小 18. 8%。
        4)紫外老化后,A-110 和 A-110 + 10% BRA 兩種瀝青質量均有增加,但 BRA 改性瀝青的增長率比A-110 基質瀝青要小 69. 9%。
        5)A-110 +10%BRA 的原樣改性瀝青的針入度比 A-110 基質瀝青減小 35. 8%,熱老化和紫外老化后,兩種瀝青的針入度均降低,瀝青稠度增大,柔韌性減小,但摻量 10% 的 BRA 改性瀝青的變化率比A-110 基質瀝青小。
        6)布敦巖瀝青改性瀝青具有優質的抗熱老化和抗紫外老化性能,對于紫外線照射強烈、瀝青路面老化嚴重的區域具有重要的實踐應用價值和工程意義。

        引用、參考文獻

        布敦巖瀝青改性瀝青抗紫外老化性能試驗研究,鄭州:王俊嶺等。
        布敦巖改性瀝青路用性能評價的研究,河北:杜樂群等。
        不同配比對BuTon巖瀝青影響的性能研究,重慶:孟勇軍等。
        AC-13布敦巖改性瀝青混合料的路用性能,沈陽:趙蘇等。
        BRA改性瀝青及其混合料路用性能試驗研究,重慶:王火明等。

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