天然沥青研究现状及应用前景

摘要：近年来，以天然沥青作为改性剂的改性沥青路面以其技术性能优良、施工简便、经济合理的特点受到了普遍关注。与聚合物改性剂不同，天然沥青本身极易与石油沥青相溶，在加工天然沥青改性沥青时只需在一定温度下直接投入拌缸搅拌即可，大大简化了工艺，降低工程造价。有关研究及实践证明，以天然沥青作为改性剂的改性沥青，其高温稳定性、耐老化性、低温抗裂性以及水稳定性等都有显著改善，这在很大程度上预防了沥青路面病害的出现。本文对不同种类天然沥青的特点、研究现状和应用前景进行了分析与概括。

关键词：天然沥青 TLA 岩沥青 应用现状 应用前景

中图分类号：TF526+.3 文献标识码：A 文章编号：

1 天然沥青简介

根据生产矿床的不同，天然沥青分为湖沥青、岩沥青及海底沥青三类。湖沥青在泥沙处生成，含有大量的泥沙杂质；岩沥青生成在岩石裂缝中，所受的压力、温度条件比其他沥青苛刻，故聚合程度高，分子量大，软化点高；海底沥青属于含沥青很少的砂岩类，沥青丰度不良。

按照矿床地质条件的不同，天然沥青的产区可以分为三个类型：

(1) 层状：沥青石灰石、沥青白云石、沥青砂岩（统称为沥青岩）；

(2) 脉状产出；

(3) 地面产出：沥青湖、沥青泉、沥青砂。

随着认识的日渐加深，很多研究相继提出对天然沥青的分类标准。严家伋对上述三个产区进行名称变更，具体为：

(1) 纯沥青(Pure asphalt)。石油露头呈湖状或泉状在地面上，经过自然因素作用而形成的天然沥青，呈湖状（或泉状）存在，通常称为湖沥青。如新疆冷湖李庆即属于这类纯净状态的天然沥青。

(2) 沥青岩(Asphalt rock)。沥青呈层状的浸入或集结在石灰岩、白云岩或砂岩中，而成为沥青浸渍岩石，如沥青石灰岩、沥青白云岩、沥青砂岩等，统称为沥青岩，这种沥青实际上应称为浸渍沥青。

(3) 岩沥青(Rock asphalt)。沥青呈脉状存在而夹杂在各种岩石、砂或土等矿物，并与之结合在一起。

但是，在具体使用和工作中，仍然存在天然沥青分类、名称混淆的局面。综观文献，只有美国学者G•V•契林盖里在其《石油科学进展7—沥青、地沥青和沥青砂》一文中，引用了Abraham对此作出的详细分类。

2 天然沥青研究及应用状况

2.1 湖沥青

湖沥青的形成是石油不断从地壳中冒出，存在于天然湖中，是经长年沉淀、变化、硬化而形成的天然沥青，代表性产品有位于拉丁美洲特立尼达和多巴哥的特立尼达湖沥青(TLA)。

TLA湖沥青在国外开始应用得很早，早在1880年，美国华盛顿特区在几个城市街道的路面工程中应用了TLA。后来应用在重交通路段，包括机场、桥面铺装、高速公路等。国外使用特立尼达湖沥青，主要是作为改性剂使用。通常情况下，在沥青混凝土中使用时。掺加25％一30％；桥面铺装使用时，掺加50％一70％。在TLA性质方面国外做了大量的研究，已经总结出了一套成熟的TLA改性沥青技术要求和施工指南，如美国的TLA改性沥青技术要求(ASTMD5710—95)。

我国也在20世纪后期开展了一些TLA湖沥青的研究和应用。交通部公路科研所沈金安研究员分析了TLA的具体成分、掺配工艺及质量标准、国外的应用状况以及国内应用前景，同时还对TLA改性沥青的性能做了分析，结果显示TLA改性沥青在各种气候条件下均具有良好的路用性能和表面功能、使用周期长等优点。长沙理工大学查旭东教授从高温性能、水稳定性、抗疲劳性能、灰分的影响等多个方面对TLA改性沥青进行了系统的研究，研究表明，TLA能够显著提高路面的抗车辙性能、水稳定性和抗疲劳性能，适合应用在我国南方湿热地区的高等级公路沥青路面上。

目前TLA湖沥青的应用非常广泛，具体如下：

(1) 美国乔治华盛顿大桥、林肯隧道、肯尼迪机场等，通过十几年的使用没有明显的病害；

(2) 英国伦敦许多道路的使用寿命已超过30 年。

(3) 德国有几百公里路面在极寒冷气候条件下，表现出很低的温度敏感性和黏结韧性。

(4) 日本本州- 四国的联络桥在高稳和特别繁重的交通条件下，表现出特别优良的动稳定度和抗车辙能力

(5) 运用TLA湖沥青对江阴长江大桥面铺装;

(6) 1999年首先在北京市～张家口的运煤干线公路上铺筑了试验段;

(7) 四川省1999年在成渝高速公路上也铺筑了TLA 改性沥青的试验段，作为维修养护的措施。

（8）2007年广东佛山市一环高速公路。

2.2 岩沥青

岩沥青作为天然沥青的一种，在世界范围内分布较广，常以渗入多孔岩石甚至是未压实的沉积层的形态存在。它是有机物与无机物的混合物，不同产地矿质含量不同，抽提出的沥青含量也各不相同。但这些岩沥青都有一个相同的特点，即在长期地质作用下，抽提沥青中的沥青质、胶质含量高比普通石油沥青高的多，整个沥青胶体体系分子量分布窄，分子量高，一般多在5000乃至10000以上。其元素组成包括C、H、O、N、S、金属元素等。总之，复杂的组成协同作用造成了其天然独特的性质。

岩沥青在国内外的研究与应用。在岩沥青中，以北美岩沥青的应用最为广泛。用它改善道路沥青性能的应用已非常多，尤其是在重交通路段，如在挪威首都奥斯路和澳大利亚新南威尔士州的重载道路都有成功的应用。美国新泽西收费公路交通量达到每天50万的车流量，其中20％是重型货车，使用岩沥青的路面已经超过五年，没有出现明显的车辙和拥抱现象，表现出良好的路用性能。美国岩沥青公司AGC根据40多年来北美岩沥青的研究成果与工程经验，提出了《北美岩沥青施工技术指南》。而我国的交通勘察设计研究院、山东省交通建设工程检测中心、交通部公路科学研究所都做过北美天然岩沥青作为沥青改性剂的研究。河北石家庄市交通局也于1996年初引进美国北美天然岩沥青作为国产石油沥青的改型材料进行研究，在室内实验基础上提出了北美沥青掺配使用的可行性报告。山东省交通科学研究所与山东高速集团对国产天然岩沥青的性能进行了系统的研究，其研究成果获得中国公路学会一等奖，并编制了岩沥青山东省地方标准。

随着岩沥青研究的深入，其应用也越来越广泛，如京福高速公路山东段、河南许亳高速、四川乐宜高速、山东枣临高速，主要用的是国产青川天然岩沥青。

3 应用前景

总结应用TLA改性沥青铺设的路面具有下列特性：

1）提高了高温条件下的动稳定度和承载能力；

2）改善了繁重荷载下的变形抵抗性；

3）改善了寒冷地区及繁重荷载下的开裂抵抗性；

4）使用周期长，可达20年一50年的服务寿命。

之前，影响TLA大范围推广的主要原因是价格因素。不过今天，同聚合物改性沥青相比，两者价格相差不多。再加上TLA改性沥青出色的路用性能和较低的养护费用，在我国湿热地区、重载交通、市政道路和机场道路方面TLA将会有非常好的推广应用前景。然而，目前在TLA的配伍性方面国外所做的研究较少。而我国在TLA及其改性沥青的技术指标、评价指标、施工工艺等方面处于空白状态。随着我国交通建设的发展，还有待于对TLA进行进一步的研究与发展。

岩沥青在国内外已有不少的应用，但大多是室内研究，还有待于进一步的研究和应用，建立一套完整的技术标准。国产岩沥青研究已经逐渐成熟，但在寒冷地区应用尚属空白。所以，无论是对于我国地区交通建设的发展，还是完善岩沥青国家级技术标准，开展岩沥青的应用研究，无疑具有深远的现实意义，其社会经济效益显著。尤其近年来高模量沥青混凝土的研究越来越热，有关研究表明，岩沥青能够显著提高混合料的动静态模量，因此岩沥青在高模量沥青混凝土中的应用前景非常广阔。

综上所述，天然沥青取自天然。具有绿色环保之优点，加上其良好的性能，应用前景十分广阔。

参考文献：

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