岩沥青添加到基质沥青和SBS改性沥青后的效果

李豁

李豁

广东华路交通科技有限公司广东省广州市510420

摘要：岩沥青是石油经过长年在热、压力、氧化、触媒、细菌等的综合作用下生成的沥青类矿物质，将岩沥青作添加剂，添加到基质沥青和SBS改性沥青里可提高沥青的高温稳定性、抗车辙、抗微生物侵蚀、抗剥落、抗老化等性能。可以根据不同场合的用途和要求来选择不同的掺合量，达到适中的性价比，让材料得以发挥最大效能。

关键词：岩沥青；SBS改性沥青；基质沥青；高低温性能；凝聚力；递增率

这十几年，道路工程一直迅猛发展，同时对路的使用性能要求不断提升。提高路用性能的办法之一就是加强路用材料的性能。岩沥青是石油经过长年在热、压力、氧化、触媒、细菌等的综合作用下生成的沥青类矿物质，它在亿万年形成的过程中，能被侵蚀的都已被侵蚀完了，所以蜡含量非常低，性能稳定，有良好的抗氧化性。岩沥青的沥青质分子量可高达一万，其化学构成以碳为主，沥青质的大分子中含有碳、氢、氧、氮、硫等元素的极性官能团，使其在岩石的表面产生极强的吸附力。岩沥青的沥青含量20~30%，灰分含量70~80%。使得软化点达到300℃以上。因为它有着自己的奇异性能，许多建筑工程上，广泛使用岩沥青。现时用SBS改性沥青已很常见，把岩沥青添加到SBS改性沥青中，改性效果又将如何？作者做了些探讨，把不同份量的岩沥青分别添加到已经加热熔化状态的SBS改性沥青（简称A组）及70号基质沥青（简称B组）中。並搅拌均匀，在烘箱里继续保温，每15分钟充分搅拌1次，让岩沥青里的沥青质成分熔解到两组的沥青里，搅拌共4次。然后把沥青灌入各试验模具中，等待试验。数据见表1：

从表1的数据看，岩沥青的改性效果虽不如SBS突出和明显，但好几方面仍有其显著效果。如在针入度、软化点、动态剪切等。另外亦有岩沥青与SBS协同作用的可喜迹象。现试对以下几个方面作分析和讨论。

反映高温性能指标有针入度指数、软化点、当量软化点与动态剪切。在不同温度条件下，沥青粘度随温度的改变而产生一定的改变，呈现出明显的状态变化，这种特点称为沥青的感温性。感温性常用指标是针入度指数，针入度指数越大，也就是说温度升高时，沥青状态改变的程度较少。表现为夏季高温时沥青不易变软，有一定的抗车辙变形能力。但另一方面冬季沥青较硬，开裂的可能性增加。为了兼顾高低温要求，一般路用沥青宜选用针入度指数为-1~+1。表1中A组针入度指数为0~0.5，B组的针入度指数为-1以下。

同样软化点、当量软化点与动态剪切G*/sinδ三者指标数值高，意味着其高温性好，不易受温度影响而变化。动态剪切G*/sinδ在Superpave沥青胶结料规范中用以表征沥青结合料的抗车辙变形能力的指标，G*/sinδ越大，表征结合料的高温抗车辙能力越强。表1中，以上四者高温值，随着岩沥青的量添加，A、B两组实验值是提升了。说明岩沥青是有助沥青的高温性能提高，而且A组更为优胜。

当量脆点表征沥青在温度下降时，承受破坏能力的极限。当承受破坏能力降到最低点所对应的温度为当量脆点。即温度逐渐下降，沥青不断收缩，分子链运动范围减少，从弹性态向玻璃态转变，到达玻璃状态时，遇到外力时轻易而举地被破碎。沥青当量脆点温度越低，说明承受低温能力越强。表1里，A组与B组随着添加岩沥青的量增加，检测结果也是递增。A组的当量脆点为-15~-16，B组当量脆点为-9~-10。A组是好于B组。

粘滞性能指标有：针入度及135℃粘度。沥青粘滞表征沥青材料在外力作用下，沥青粒子产生相互位移时抵抗剪切变形的能力。它随沥青的组分和温度而定，沥青质含量高粘滞性大，随温度升高粘滞性降低。粘滞性高也是防止高温时路面出现车辙变形。岩沥青的沥青质含量很高，粘稠度大，添加到A、B组沥青中是增加它们的粘滞性。岩沥青的加入使A组的135℃粘度迅速增加，不利于摊舖工艺施工。要提高施工温度或减少SBS改性剂用量等降低粘度适于施工要求。

岩沥青灰分含量大，近乎为无机矿物质，一般无机填料加入沥青中会降低沥青的凝聚力。表1里所标出的5℃延度、25℃黏韧性、25℃韧性等数据均较明显反映出是如此。弹性恢复顾名思义是反映物体抗衡外力的內聚能力。沥青受外力拉伸、挤压和剪切等作用下，发生变形，外力消除后，沥青恢复到原来状态的能力。弹性恢复数值越大，说明沥青回弹能力强，内部体系的团聚力大。表1“25℃弹性恢复”栏，B组数据仍是随岩沥青的加入而减少，A组数值只轻微减少。在该项检测中可看出A组比B组有巨大的优势，其起主要作用的无疑是SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯树脂），SBS的大分子相互绻缩纠缠组成的分子网结与沥青共容，大大提高沥青的粘弹性。而岩沥青大量碳、氢、氧、氮、硫等元素的极性官能团存在增加了与SBS亲和与吸附，使加入岩沥青的SBS改性沥青能保持良好的弹性恢复能力。而良好的弹性恢复力对改善沥青路面抗车辙能力起到重要作用。

沥青是弹性与粘流性的复合体，不同的温度下它会呈现出对弹（刚）与粘（流）性不同程度的偏向。复数剪切模量G*/sinδ与相位角δ就是在宏观上比较形象反映出沥青內在成分和结构所固有的粘弹本质。其中相位角δ是施加应力与应变响应或施加应变与应力响应的时间滞后的量度，反映了材料粘性成分和弹性成分的比例，相位角越大，材料的响应越滞后，粘性成分的比例就越大。从表1可看到岩沥青的加入对A组或B组的剪切模量G*/sinδ的增值显著。对提高抗车辙能力作用是不言而喻的；岩沥青的加入使B组的相位角δ微畧减小，但对A组来看可说不变，也可说明岩沥青中的极性官能团与SBS亲和，增加了沥青的刚弹性，减小了滞后性。

总结以上的分析，岩沥青同样有助于SBS改性沥青与基质沥青的高低温性能的改善，但也降低了沥青的延伸性、粘韧性。岩沥青添加在SBS改性沥青与基质沥青里，两者的效果不一样，前者优于后者，但前者的沥青掺有SBS改性剂等材料，加工程序增多，成本比后者高。选用沥青改性添加剂时，需要根据设计要求来选择A或B组，在A或B组里，也可对添加岩沥青的量、SBS改性剂用量选取及配置。通过实验，有助于从不同方位对路用材料更深入的了解，方便在工作中遇到不同情况时，可以为提高性能、节省成本提供多一种解决问题的思路。

参考文献：

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[6]武卫莉杨秀英橡胶加工工艺学[Z]哈尔滨工业大学2012年。

作者简介：

李豁（1971~），男，工程师，本科，主要的职业或工作为公路、桥梁及材料检测与科研。