生物沥青及岩沥青复合改性沥青使用性能

随着公路交通 建设的 突 飞猛进和 道路里程不 断增加 ， 用于 建设沥 青路面 的石油 沥青需求 量也在 不断增加． 然而石油属于不可再生 资源 ， 经过量开采 和 大量消 费后 ， 石油 资源必将逐渐枯竭 ， 因 此 寻找 一种 可替 代 石油 沥 青 的 可 再生 铺筑材料 迫在 眉 生物沥青作 为一种可再生的新 型沥青替代品 ， 近年来越来越受到学者们 的重视． 当 生物沥 青掺人 石油 沥青中 时 ， 沥青 的低温性能得到 改善 ， 然而对 其高温稳定性及抗老化性 能产生不利 影响 ， 这就不 利 于 大幅度提高生物沥青 的掺配 比例 、 减少 石油 沥 青用量 因 而 ， 有必要对生 物沥青 改性沥青进行 复 合改性？ 在众多 沥青改性技术 中 ， 岩沥青改性是现阶段 应用较广泛 、 较 成熟的技术之一 ， 其应用不仅在很 大程度上 降低了 道路病害 产生 的频率， 而且有效延 长了 沥青路面的使用年限 ． 因而 ， 利 用岩沥青改性 技术能获取髙 品 质的改性 沥青． 但与 此同 时 ， 岩沥 青改性沥青存在着一 定的 局限性 ： 岩沥青改性沥青显 著提高 了 基质石油 沥青 的 高温 性能及 沥青路 面 的抗车 辙能力 ， 但 同 时对沥青 的低温性 能产生 了 不 利影响％ 本研究拟 采用生物沥 青和岩 沥青 两种 改性效 果 几乎相反 的 改性剂 对基质石油 沥青进行 复合 改 性 ， 其复合改性 的 效果作为掺人生 物沥青及岩沥 青 复合改性剂 的 效果进行整体研究． 在本 文 的试验研 究 中 ， 在基质沥青 中 掺人复合改性 剂制 成生物沥青 及 岩沥青复合改性沥青结合料 ， 然 后对 其进行针入 度 、 软化点 、 延度及 ＲＴＦ０ 短期老化方面的试验 ， 研 究生物 沥青及岩沥 青复合改性沥青的 温度敏感性 、 髙温性能 、 低温性能 及抗 老化性 能 ， 为生物 沥青及 岩沥青复合改性沥 青的工程应用奠定理论基础．

１ 试验材料
１ ） 基质沥青 ： 基质沥青 采用 ７０ 号 Ａ 级道路石 油沥青 ， 基质沥青的技术指标 见表 １ ．
２ ）生物沥青 ： 本研究采用 的生物沥青为蓖麻油 植物沥青 ， 其原料是蓖 麻子 ， 蓖麻子经加工获 取蓖 麻油后 ， 剩余 的 下脚油 再经过 一 系 列 的物理化 学工 艺处置 ， 最终获得植物沥青． 外 观上 ， 这种蓖麻 油植 物沥青与石 油 沥青基本类似 ， 常温下为黑色 固体 ， 颜色稍 偏淡．
３ ） 岩沥青 ： 岩沥青采 用欧洲 岩沥青 ， 但 由 于 国 内 暂无欧洲岩沥青技术标准 ， 表 ２ 中 列 出 了 青 川 岩 沥青技术标准Ａ

２ 实验室试验
２． １ 复合改性沥
青的 制备 沥青 的稠度综合反映 了 沥青结合 料的 内 黏性 和弹性抵抗变形能力 ， 通常仅限于体现不高于 ６０ 尤 条件时沥青 的黏稠程度｜８］ ． 岩沥青对基质沥青进行改 性时 ， 使得 岩沥青改性沥青变硬 ， 稠度变大 ； 而生 物 沥青对基质沥青进行改性时 ， 使得生物沥青改性沥 青变软 ， 稠度变小． 针人度反映 了 沥青的稠度大小 和软硬程度 ， 是我 国选择沥青标号 的主要依据． 为 确保采用复合改性剂替代部分石油 沥 青后 ， 复合改 性沥青的沥青标号仍保持不变 ， 以 方便其工程应 用 ． 因 此本次试验在进行沥青复合改性研究中 ， 保持改 性沥青的 ２５ 弋针人度 为不变量， 以 对照组基质沥青 ２５ 弋 针入度为 标准 ， 通过保持生 物沥青及岩沥青复 合改性沥青与对照组基质沥青的 ２５ ｔ针人度一致 ， 来确定复合改性剂 不 同 掺量时岩 沥青 与生物 沥青 的掺配比 例 ， 从而制备生物 沥青 及岩沥青复合改性 沥青结合料．
把岩 沥青依 照预定 的 掺 配 比 例掺人基质 沥青 中 ， 然后 在 １ ６０ 温度下用搅拌 机以 １ ５００ ｒ／ｍｉ ｎ 的 转速搅拌 ３０ ｍｉ ｎ ， 使得岩沥青 和基质沥青充分混合 ． 然后在 １ ５５ ￣ １ ６ ５ ｔ 温度 下用高 速剪切仪以 ３ ０００ ｒ／ ｍｉ ｎ 的转速剪切 １ ｈ ． 剪切完 成后 ， 待剪切仪 中 的温 度降至 １ ４５ Ｔ时 ， 再按照预定 的掺配 比例加人生物 沥青 ， 以 １ ５ ００ ｒ／ｍｉ ｎ 的转速搅拌 ３ ０ ｍｉ ｎ ． 本研究设 定 复合改性剂 掺量 为沥青 总量的 １ ０ ％ 、 ２０％ 、 ３ ０％ 、 ４ ０％ 、 ５０％和 ６ ０％． 其中 对照组基质沥青采用与改性 沥青 同 样的制 备过程 ， 得到 零掺量试样 ． 经过沥青 针人度试验 ， 得到对照组零掺量试样的 ２５ Ｔ针人度 为 ６２ ． １ （ ０． １ ｍｍ ） ， 以 ２５ 弋 针 人 度 为 ６２ ． １ （ ０ ． １ ｍｍ ） （ 可允许小 范围 内有 一 定波动 ） 为生物沥青及岩沥 青复 合改性沥青制样 成功 的标 准． 复合改性剂掺量 分别为 １ ０ ％￣６０ ％时 ， 调 整每种掺量下岩沥青与生物 沥青的掺配 比例 ， 制得每种掺量下岩沥青与生物沥 青多种掺配 比例 的复合改性沥青 ， 然后进行 ２５ Ｔ针 入度试 验． 经过多次探索性针人度试验 ， 最终得到 生物沥青及岩沥青复合改性沥青 ２ ５ 丈针人度值最 接近 ６ ２． １ （ ０ ． １ ｍｍ ） 时 ， 不同掺量复合 改性剂 的岩沥 青与生物沥青掺配比 例。

２．２ 改性沥青性能测试
按 照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （ ＪＴ Ｇ Ｅ ２０ — ２ ０ １ １ ）进行针人度 、 软化点 、 延度 、 黏度和 老化试验［９１ ． 采用试验规程 Ｔ０６０４ — ２０ １ １ 试验方法进 行针入度试验 ； 采用试验规程 Ｔ０６０ ６ — ２０ １ １ 试验方 法进行软化点试验 ； 采用试验规程 Ｔ０ ６０５ — ２０ １ １ 试 验方法进行延度试验 ； 采用试验规程 Ｔ０６２ ５ — ２０ １ １ 试 验方法进行 黏度试 验 ； 采用 试验规程 Ｔ０６ １ Ｏ － ２０ １ １ 试验方法进行老化试验．

３ 试验结果分析
３ ．１ 上海昌吉针入度测试仪试验结果
本 次试验研究 以对照组基质沥青 ２５ Ｔ针入度 为标准 ， 保持改性沥青与对照组基质沥青 ２５ 针人 度 一 致 ， 通过表 ３ 可确定复合改性剂各种掺量下岩 沥青与生物沥青的掺配 比例． 其掺配 比例 的 比值 与沥 青结合料感温性 能常用 针 人度 指数 ＰＩ 值进 行评价 ， 一 般认为 ， Ｐ Ｉ 值越大 ， 温度 变化对 沥青 结合 料的性能影响越小 ， 感温性 能越好，针人度 指数 Ｐ Ｉ 值按照 Ｊ ＴＧ Ｅ２０ － ２０ １ １ 规程 中 Ｔ０ ６０４ － ２０ １ １ “ 沥青针 人 度试验方法 ” 中 的针 入度指数公式法进行计 算 ． 将 ５ Ｔ 、 １ ５ ｔ以 及 ２５ ｔ 三个温度 下 测得 的 针 人度值 取 对数 ， 然 后 与 温 度进 行线性 回 归 ， 如 式 （ ２ ） ， 可 求 得针 入 度 温度指 数 ４ ｋ ， 再将其代人式（ 丨 ） ， 即 可计 算 得到针 人度 指 数 Ｐ 丨 值｜ ９ １ ． 生 物沥 青及 岩 沥青 复 合 改性沥 青 的 针人度指 数 Ｈ 值随 复合改 性剂 掺量 的 变 化。

３． ２ 软化点试验结果
上海昌吉沥青软化点测定仪 描述 的 是沥青从 黏 塑 性状态转 变 为 黏 流状态 的 临 界温度 ， 本质上反 映 的是一 种 沥青 的条 件黏 度． 沥青 的高 温性能一 般用 软化点 的高 低 进行 评价 ． 由 于 高 温会 影响 到 沥青结合料 的 黏 弹性 ， 使 得沥 青 变 软 ， 因 而 所采 用 的 沥青 软化点 越高 ， 高 温 性能 也就越好． 生 物沥青及 岩沥靑 复合改 性沥 青的 软 化点 随 复 合 改性剂 的掺 域变化当 复合改性剂 的 掺量 为 １ ０ ％ 时 ， 软 化点 相 对于对 照组基质沥 青略有 降低 ， 但是 随着 复 合改性剂 掺量的 继 续增 加 ， 软 化点不 断提高 ， 复合 改性 剂 掺量约为 １ ５ ％ 时提高 至 对照 组基质沥青水 平 ， 且掺量越多 ， 软化点提高 速率越快 ． 复合改性剂 掺量为 １ ０ ％ 、 ２０ ％ 、 ３ ０ ％ 、 ４０％ 、 ５ ０％ 和 ６ ０％ 时改性沥 青 的 软化点 分别 是对 照组基质 沥青 ９ ８ ％ 、 １ ０ ０ ． ６ ％ 、 １ ０２ ％ 、 １ １ ０％ 、 １ ２６％ 和 １ ５ ０ ％． 表 明 复 合改性 剂 掺 量 约 为 １ ５ ％ 时 复 合改性 沥青 的 高 温性 能与 对照 组 基 质沥青基本保持不变 ， 随着 复合改性 剂 掺量继续 增 加 ， 洇青 的 高温性能逐渐得到提高 ， 且掺量越多 ， 提 高越显著。

３ ． ３ 延度试验结果
低温条件下沥青路面 的 开裂形 式一 般 表现 为 ： 沥青混合料 中 的沥青膜首先被拉伸 破坏 ， 然后 整个 沥青混合料产生开裂破坏 ， 因 此 沥青低温条件 下 的 变形 能 力 在 一定 程度上反 映 了 沥青 混合料 的低温 抗 裂性能％ 本次 试验采 用延度指标对生 物沥青及 岩沥青复 合改性沥青 的 低温性能进行研究． 本研究 中 ， 对复合改性沥青进行了 １ ５ １ 的 延度试验． 其中 零掺量试样采用与 改性沥青 同样 的 制 备工艺 后 ， 在 １ ５ 丈 时延度 值为 ９３ ． ８ ｃ ｍ ， 与 未经过 加工工艺的 原 样基质沥 青相 比 ， 延度 有一 定 程度 的 降低 ． 生物浙 青及岩沥 青复 合改性沥 青的 延度 随复合改性剂 掺 量的变化。

４ 结 论

本次试验研 究通过 沥青针人度 试验 、 软化点试 验 、 延度 试验 、 黏度 试验和 ＲＴＦＯ 老 化试验 ， 评价了 生物沥青及岩沥青 复合改性沥青 的 温度 敏感性 、 高 温性能 、 低温性 能及抗老 化性 能 ， 并采用 混合料弯 曲试验验证低温性能． 试验结果与分析显示 ：
１ ） 在保持复合改性浙青与 对照组基质沥青的 ２５ Ｔ针人度 一 致 时 ， 岩沥 青与 生物沥青 掺配 比 例 的 比 值与 复 合改 性剂 掺量 变化具有 ｙ ＝ ０ ． ０ １ ０ ％ 的 正 比 例关系 ， 因 此试验条件的保持具有 通用性．
２ ） 随着复 合改性剂 掺量的增加 ， 针入度 指 数 ＰＩ 值和 黏度均不 断增 大 ， 且掺量越多 ， 增量越显 著． 表 明 复 合改性剂 的掺 入 可 显著 改善沥 青 的 温度敏 感 性和增强抵抗变形能力 ．
３ ） 复 合改性剂 掺量超过 １ ５ ％时 ， 复 合改性 沥青 的 高 温性能 从对照 组 基质 沥青 水平随着 掺量 的 增 加一 直得到提高 ， 且掺 量越多 ， 提高越显著．
４ ） 延度随着复 合改性剂 的掺入而大幅降低 ， 但 采用 沥青混合料 弯 曲 试验验证显示 ， 复 合改性剂 掺 量不超过 ３ ０％时 ， 复合改性 剂 的 掺人不 会对沥青 的 低温性能产生不利影响 ， 甚至有 一 定改善．
５ ） 复 合改性剂 掺量超过 ２０ ％时 ， 复 合改性 沥青 的抗老化能 力 从对照组基质 沥 青水 平随 着掺量 的 增加 一直得到 提高 ， 且 当 掺量超过 ４０ ％ 时 ， 提高 更 为显著．
６ ） 复合 改性剂 掺量在 ２ ０％？ ３ ０％的 范 围 内 ， 复合 改性 剂 的 掺入 提高 了 沥 青 的高 温性 能和抗 老 化能 力 ， 改善 了 温度 敏感 性 ， 同 时对沥青 的 低温 性能 有 一 定 改善 ， 且适应不 同 性能要求 时掺量范 围 上 限或 下 限可适 当放宽．