关于天然岩沥青改性沥青混合料试验与应用前景分析

【摘要】近年来，我国高等级沥青路面得到了快速发展。但随着高等级公路大流量、大轴载交通特点的突出，沥青路面在高温和持续荷载作用下，产生显著的永久变形并累积形成车辙，所以车辙是目前沥青面层需要解决的首要问题。经过广大公路工作者的努力，改性沥青技术已得到不断提高，其中天然沥青改性沥青以其优异的抗车辙和抗水损害性能得到了广大公路工作者的认可。本文通过对NES天然岩沥青改性沥青砼试验分析表明，用天然岩沥青改性沥青砼铺筑的路面，改善了抗车辙、抗高温性能，具有优良的综合路用性能，值得推广应用。

【关键词】天然岩沥青改性沥青 试验 应用

前言

近年来，我国高等级公路上的大流量、大轴载交通特点越来越突出，沥青路面在高温和持续荷载作用下，产生显著的永久变形并累积形成车辙，使路面过早变形，有的路段通车后第一个夏季就产生50～70mm车辙，使路面平整度变差。究其原因，其中相当一部分是由于沥青混合料设计和材料选用不当造成的。目前尤其在我国南方地区，车辙和水损害已成为本地区沥青路面的主要破坏形式，占沥青路面产生病害类型的70%以上。而沥青结合料是一种温度敏感性材料，在交通量一定的情况下，温度升高可降低材料的模量和抗剪强度，使沥青面层抗永久变形能力降低。经过广大道路工作者的不懈努力，改性沥青技术已得到日新月异地提高，其中天然沥青改性沥青以其优异的抗车辙和抗水损害性能得到了广大公路工作者的认可，成为目前国内推广应用的热点。下面通过对NES天然岩沥青改性沥青砼及试验进行分析，总结出天然岩沥青改性沥青砼铺筑的综合路用性能及应用价值。

一、NES天然岩沥青改性剂概述

岩沥青是石油在地壳运动的挤压下，从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂隙中，经过亿万年的蒸发凝固而形成的固体形态的天然沥青。在我国四川北部龙门山地区，分布着丰富的天然岩沥青矿资源。

由于NES岩沥青产生于特殊的岩石裂隙中，所受的压力与温度条件要比其他天然沥青高，故聚合程度很高，分子量很大，软化点较高。因此，NES天然沥青有许多特点和优点。

1、抗车辙

试验和路用实践证明，NES天然岩沥青改性剂可有效提高沥青路面的抗车辙能力，推迟路面车辙的产生，降低车辙深度和疲劳剪切裂纹的出现。路面在抗车辙能力方面优于其它改性沥青修筑的路面面层。

2、抗剥落

NES天然沥青含氮量高，一般为2%左右，较普通沥青高出几倍至几十倍不等。在天然沥青中，氮元素以官能团形式存在，这种存在使天然沥青具有很强的浸润性和对自由氧化基的高抵抗性，特别是与集料的粘附性及抗剥离性得到明显改善。这有别于掺加有机胺类提高沥青与集料的粘附性。

3、抗老化、抗高温

NES天然岩沥青改性剂，本身的软化点达到300℃以上，加入到基质沥青后，使其具有良好的抗高温、抗老化性能。

4、耐候性

这是因为它抗微生物侵蚀作用很强，并具有在自由表面形成致密光亮保护膜的特点。但内部灰分物质并不亮，而且很粗，这也是天然沥青的属性。天然沥青的加入极大改善了普通沥青的耐候性和抗紫外线能力，提高沥青路面的耐久性，减缓沥青老化速度，从而延长道路的使用寿命。

5、不含蜡

其实天然沥青自然存在中并非不含蜡，只是在地壳中长期与各种条件作用，使蜡含量急剧降低，并转化成其它形式存在。当它加入到普通沥青中，会把这种特性在重组中一定程度遗传给基础沥青，进而降低石蜡在沥青中的危害。

二、NES天然沥青改性沥青的概述

通过把天然岩沥青的发达网状结构带入到石油沥青中，改善了以键能较小的氢键为主的分子间力，增强了极性键，转化了蜡、萘等分子或官能团，并产生了化学交联、聚合生成大分子网状结构，大颗粒沥青聚集体的低密度表面电荷使得它与矿物石料表面的吸附力增强、润湿性改善，在岩石表面能产生强吸附力，因而获得良好的路用性能，因此可认为天然沥青是一种天然的化学综合改性剂。

实验数据表明其吸附自由能在硅酸岩、石英岩、石灰岩、高岭石和硅铝酸岩表面的吸附能量，都比普通沥青高出数倍，具有良好的抗剥落能力。同时还含有多种能促进石油沥青中的活性基因（羧基、羰基、醛、萘）交联聚合的有机链，增强了沥青的内聚力，比普通沥青的抗流动性、抗氧化性、黏附性都得到了明显的提高。天然沥青改性沥青的混合料的路用性能全部符合《公路改性沥青路面施工技术规范》所要求的技术指标，其中抗车辙能力和路面的抗拉应力得到了显著提高。

三、天然沥青改性沥青在高等级公路中的应用

NES天然沥青改性沥青在我国高等级公路中广泛运用，从前期改性沥青室内试验、配合比设计，到进行改性沥青现场加工以及改性沥青混合料生产，以及试验路全部铺筑到推广，都取得了很好的效果。

改性沥青混合料配比时，采用主骨料空隙填充法进行级配组成设计，设计思路为既要保证主骨料骨架嵌挤结构的形成，又要保证细集料和矿粉及改性沥青形成的胶浆对主骨架的空隙充分填充，以形成密实骨架结构。

根据马歇尔试验结果，最佳油石比为4.8%，此时沥青膜厚度为8.0?m，马歇尔模数为5.2 KN/mm，沥青饱和度为67.5%，表明沥青混合料形成了嵌挤密实的骨架结构，满足规范密实级配沥青混合料马歇尔技术标准。

摊铺施工时，可采用江苏徐州生产的徐工牌RP-751型摊铺机作业，初压用英格索兰13t双钢轮碾压2-3遍，分别为前进振动，后退静压；复压用三明重工20T轮胎压路机静压6遍；终压用10T宽幅双钢轮压路机静压2遍。对松铺厚度、碾压顺序、碾压遍数、碾压速度及温度均设专人检查，控制摊铺、碾压设置，根据实际情况及时调整。

试验路施工完成后，路面密实平整，边角和施工段接缝处理较好，没有发现路面推挤、轮迹、坑洞和脱落现象。

四、应用性能的评价：

根据施工和取样试验数据表明天然岩沥青改性沥青比普通沥青吸附能量在岩石材料表面高出数倍，具有良好的抗剥落能力；同时比普通石油沥青的抗流动性、抗氧化性、黏附性都得到了明显提高。与其他沥青相比，天然岩沥青改性沥青的黏度和软化点也显著增加。另经抽样试验数据表明其沥青面层的抗车辙能力、抗拉应力、抗老化能力都得到了显著提高，可延长公路的使用寿命，具有良好的推广应用价值。