巖瀝青

瀝青路面的流動(dòng)變形是國(guó)際上最常見的瀝青路面損壞現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在路面的維修統(tǒng)計(jì)中，約有80%是因?yàn)檐囖H引起的變形破壞。通過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，加入巖瀝青的改性瀝青在高溫穩(wěn)定方面有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠很好地解決高等級(jí)瀝青路面由于大交通量，超重超載等引起的路面車轍，早期病害等現(xiàn)象。

1、高溫穩(wěn)定性能(車轍試驗(yàn))

2、耐久、抗疲勞開裂強(qiáng)度(漢堡試驗(yàn))

3、防水及溫度敏感度性能(凍融試驗(yàn))

中國(guó)已經(jīng)探明的天然巖瀝青礦產(chǎn)資源主要分布于我國(guó)新疆，青海以及四川青川一帶。

青川巖瀝青礦分布在我國(guó)有著天府之國(guó)美譽(yù)的四川北部龍門山地區(qū)，初步探明的儲(chǔ)量在300萬噸以上，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量1000萬噸，被專家譽(yù)為"中國(guó)乃至世界罕見的瀝青天然礦體"，儲(chǔ)藏量位居全國(guó)第一。

川北的天然巖瀝青是以分子量高達(dá)一萬的瀝青質(zhì)為主要組成成分，其化學(xué)構(gòu)成為碳81.7%，氫7.5%，氧2.3%，氮1.95%，硫4.4%，鋁1.1%，硅0.18%及其他金屬0.87%。其中，碳、氫、氧、氮、硫的含量較高，幾乎每個(gè)瀝青質(zhì)的大分子中都含有上述元素的極性官能團(tuán)，使其在巖石的表面產(chǎn)生極強(qiáng)的吸附力。

1、抗車轍

試驗(yàn)和路用實(shí)踐證明，巖瀝青改性劑可以有效提高瀝青路面的抗車轍能力，推遲路面車轍的產(chǎn)生，降低車轍深度和疲勞剪切裂紋的出現(xiàn)。

2、抗剝落

青川巖瀝青中，氮元素以官能團(tuán)形式存在，這種存在使巖瀝青具有很強(qiáng)的浸潤(rùn)性和對(duì)自由氧化基的高抵抗性，特別是與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯的改善。

3、抗老化、抗高溫

天然巖瀝青本身的軟化點(diǎn)達(dá)到300℃以上，加入到基質(zhì)瀝青后，使其具有良好的抗高溫、抗老化性能。

4、耐候性

耐候性:以瀝青為例，指應(yīng)用于室外，經(jīng)受如光照、風(fēng)雨、細(xì)菌等的綜合破壞，其耐受能力。

巖瀝青的抗微生物侵蝕作用很強(qiáng)，并具有在自由表面形成致密光亮保護(hù)膜的特點(diǎn)。巖瀝青的加入極大的改善了普通瀝青的耐候性和抗紫外線能力，提高瀝青路面的耐久性，減緩瀝青老化速度，從而延長(zhǎng)道路的使用壽命。

1、天然巖瀝青軟化點(diǎn)高，用其改性可以顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。巖瀝青自身的軟化點(diǎn)非常高，一般在160~175℃，故利用其制造的改性瀝青軟化點(diǎn)也非常高，其改性瀝青混合料具有非常好的高溫穩(wěn)定性，能明顯地提高瀝青路面的抗車轍能力。

2、天然巖瀝青含氮量高，提高了瀝青路面的抗水損能力

天然巖瀝青中，氮元素以官能團(tuán)形式存在，這種形式使天然巖瀝青具有很強(qiáng)的浸潤(rùn)性和對(duì)自由氧化基的高抵抗性，其他元素的官能團(tuán)及側(cè)鏈的存在也共同發(fā)育了上述特征。具體表現(xiàn)就是瀝青粘度增大，抗氧化性增強(qiáng)，特別是集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善。與有機(jī)胺類抗剝離劑相比，其抗水損壞能力更穩(wěn)定而耐久。

3、天然巖瀝青抗老化能力強(qiáng)，耐候性好，瀝青路面更耐久

由于天然巖瀝青常年與自然環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定，天然巖瀝青抗微生物侵蝕作用很強(qiáng)，這是因?yàn)樗谛纬傻那О偃f年過程中，能被侵蝕的都已被侵蝕完了，而且天然巖瀝青有在自由表面形成致密光亮保護(hù)膜的特點(diǎn)，這使瀝青的自由表面十分光亮，形成了一個(gè)天然瀝青富集保護(hù)層，保護(hù)了里面的瀝青不被侵蝕。天然巖瀝青的高含氮量，使改良后的瀝青粘度更好，也有更好的抗氧化性。這些品質(zhì)將會(huì)提高瀝青路面的耐久性，減緩瀝青老化速度，從而延長(zhǎng)道路使用壽命。

4、天然巖瀝青不含蠟，可以改善高含蠟瀝青的品質(zhì)

天然巖瀝青在原油狀態(tài)下并非不含蠟，只是在地殼中長(zhǎng)期與各種條件作用，使蠟含量急劇降低，并轉(zhuǎn)化成其他形式存在。當(dāng)它加入到普通瀝青中，會(huì)把這種特性在重組中一定程度遺傳給基質(zhì)瀝青，進(jìn)而降低石蠟在瀝青中的危害。

5、天然巖瀝青改性瀝青制造工藝簡(jiǎn)單，施工方便

天然巖瀝青是不流動(dòng)的顆粒狀材料，儲(chǔ)存時(shí)不會(huì)結(jié)塊，易于加工。制造巖瀝青改性瀝青施工工藝非常簡(jiǎn)單，不需新增設(shè)備，與改性瀝青相比，通常不需要大型的改造設(shè)備，從而大大節(jié)約了施工成本。

6、由天然巖瀝青改性得到的瀝青性能更穩(wěn)定

與SBS等人工改性瀝青相比，天然巖瀝青是石油基的固體，具有與瀝青相近的化學(xué)結(jié)構(gòu)，與瀝青的相容性非常好，與路面瀝青極易相容共存?；旌弦院螅纬商烊粠r瀝青與瀝青的緊密分子，這種分子既有天然巖瀝青的硬度和耐磨性，同時(shí)也保留了瀝青的韌性。我國(guó)道路建設(shè)需要使用好的材料，幫助解決我國(guó)不利的氣候條件與交通條件導(dǎo)致的水損壞和高溫車轍。

7、降低瀝青及混合料的溫度敏感性，增加在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和抗車轍能力，增加在低溫環(huán)境下的韌性和抗裂性能 ，增加降噪性能，增強(qiáng)耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，按達(dá)到相同使用壽命計(jì)算，可減薄瀝青厚度

8、降低維護(hù)保養(yǎng)成本，提高抗水損害能力，抵抗油料及化學(xué)品的侵蝕，增強(qiáng)在惡劣環(huán)境和繁重交通條件下的正常使用能力

9、 可與其他各種改性劑、外摻劑混合使用，可與聚合物改性劑同時(shí)使用，對(duì)任何硬度的基質(zhì)瀝青改性應(yīng)付自如，只要調(diào)節(jié)不同的比例，即可達(dá)到改性目的，巖瀝青具有物理性能優(yōu)越，儲(chǔ)運(yùn)方便、添加工藝簡(jiǎn)便，低碳與此環(huán)保。

表1 BRA的性質(zhì)

表2 從BRA中抽取瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表3 用于公路路面的BRA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由表中數(shù)據(jù)可見，相對(duì)于一般瀝青來說，BRA中的純?yōu)r青所含瀝青質(zhì)的含量是比較高的，飽和分含量較低，說明該瀝青的硬度較大，且具有良好的感溫性能。

對(duì)巖瀝青混合瀝青進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目的測(cè)試，評(píng)價(jià)瀝青的感溫性、高低溫路用性能、耐久性。本研究進(jìn)行的常規(guī)試驗(yàn)包括針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、延度試驗(yàn)和短期老化RTFO試驗(yàn)。

針入度試驗(yàn)是瀝青材料在規(guī)定溫度條件下，以規(guī)定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)針經(jīng)過規(guī)定時(shí)間貫入瀝青試樣的深度。實(shí)質(zhì)上針入度是測(cè)定瀝青稠度的一種經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。由針入度結(jié)果回歸計(jì)算出的針入度指數(shù)PI可以作為評(píng)價(jià)瀝青材料溫度敏感性的指標(biāo)，而當(dāng)量軟化點(diǎn)T800、當(dāng)量脆點(diǎn)T1.2，則是我國(guó)"八五"攻關(guān)推薦評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性的關(guān)鍵指標(biāo)，針入度仍是我國(guó)目前研究瀝青結(jié)合料時(shí)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

軟化點(diǎn)試驗(yàn)按現(xiàn)行規(guī)范采用環(huán)球法測(cè)定。由于瀝青材料是一種非晶質(zhì)高分子材料，它由液態(tài)凝結(jié)為固態(tài)，或由固態(tài)熔化為液態(tài)時(shí)沒有明確的固化點(diǎn)或液化點(diǎn)，通常采用條件的硬化點(diǎn)和滴落點(diǎn)來表示。瀝青材料在硬化點(diǎn)至滴落點(diǎn)之間的溫度階段時(shí)，呈粘滯流動(dòng)狀態(tài)，在工程實(shí)踐中為保證瀝青不致由于溫度升高而產(chǎn)生流動(dòng)的狀態(tài)，取滴落點(diǎn)與硬化點(diǎn)之間溫度間隔的87.21%作為軟化點(diǎn)。通常認(rèn)為軟化點(diǎn)是反映瀝青材料熱穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)，也是瀝青條件粘度的一種量度。

瀝青的延度是通過在規(guī)定的速度和溫度下，拉伸標(biāo)準(zhǔn)試件的兩端直到斷裂的長(zhǎng)度。它反映了瀝青材料的延伸性能，通常用來評(píng)價(jià)瀝青路面抵抗低溫開裂的能力。在4℃或者15℃時(shí)得到的延度試驗(yàn)結(jié)果能夠間接地反映在路面使用溫度時(shí)瀝青粘度和剪切敏感性的關(guān)系。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)延度試驗(yàn)的意義尚有不同的看法，但普遍認(rèn)為瀝青的延度與路面使用性能有一定的相關(guān)性，尤其是低溫延度與低溫開裂性能關(guān)系密切，因此在不少國(guó)家的瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，開始增加低溫延度的指標(biāo)。

所謂瀝青的感溫性就是瀝青受溫度影響性質(zhì)發(fā)生變化的溫度敏感性。感溫性不僅是瀝青流變學(xué)的核心，也是瀝青使用性能的核心。而表征瀝青隨溫度變化而發(fā)生性質(zhì)變化幅度的指標(biāo)就是感溫性指標(biāo)。國(guó)際上用以表示瀝青感溫性能的指標(biāo)有許許多多表達(dá)方式，現(xiàn)在普遍采用針入度指數(shù)PI、針入度粘度指數(shù)PVN及粘溫指數(shù)VTS等。

最常用的描述瀝青感溫性的指標(biāo)是針入度指數(shù)PI值。在荷蘭、阿根廷、瑞典、前蘇聯(lián)等國(guó)已把針入度指數(shù)PI列為瀝青標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，而且都要求道路瀝青的PI在-1.0~+1. 0范圍內(nèi)。我國(guó)新規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 ( JTG F40-2004)也增加了對(duì)瀝青的感溫性指標(biāo)針入度指數(shù)PI的要求，并且根據(jù)不同瀝青級(jí)別，其值為A級(jí)瀝青:-1.5~+1.0;B級(jí)瀝青:-1.8~+1.0。

針入度指數(shù)PI通常采用15℃、25℃、30℃三個(gè)不同溫度的針入度P按式1gP=AT+K進(jìn)行線性回歸，回歸直線的斜率即是感溫性系數(shù)A。由A通過式(3-1)可得到針入度指數(shù)PI。數(shù)學(xué)回歸時(shí)要求相關(guān)系數(shù)R不得低于0.997。

由于天然瀝青常年與自然環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定，且通常具有非常優(yōu)良的路用性能。天然瀝青不直接作為一種瀝青使用，而是作為人工煉制瀝青的改性劑少量摻配使用，形成改性瀝青，使之優(yōu)良的技術(shù)性能達(dá)到最大的發(fā)揮。大量研究與工程實(shí)踐表明，使用天然改性瀝青鋪筑的瀝青路面，具有高使用壽命、高穩(wěn)定性、高抗水損與很強(qiáng)的耐微生物侵蝕的能力、很高的抗疲勞強(qiáng)度，顯著改善和提高瀝青路面性能。