摘 要
选用组分结构合理、性质合适的基质沥青，与硬质沥青母粒作原料，通过调合法开发生产出50号沥青产品。按照交通部JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》和SHRP性能评价体系，对工业生产的50号沥青及其混合料进行了性能评价。结果表明：50号沥青具有较好的高低温性能、抗老化性能以及较小的感温性，SHRP性能等级为PG64-22,其混合料具有较好的高温性能、水稳定性和低温性能。
关键词 基质沥青 | 硬质沥青母粒 | 50号沥青 | 性能评价 随着经济的发展，交通量的急速增加，重载、超载、高温使车辙成为国内沥青路面主要病害形式之一。通过研究表明，沥青路面在车辆荷载作用下，中、下面层容易产生压缩变形，因此，提高中、下面层的抗车辙能力成为解决车辙问题的关键技术之一，在沥青路面中下面层采用硬质沥青代替传统70号沥青，能有效提高沥青路面的高温抗变形能力。其中50号沥青作为硬质沥青的一种，具有黏稠度较大、针入度较小等特点，是解决沥青路面车辙病害经济合理的一种途径。 技术指标 一般来说，硬质沥青是指黏稠度相对较大的重交沥青，具有针入度小、黏稠度大、劲度大、软化点高、延度小的特点，其高温性能优良，温度敏感性好，低温性能略差，该种沥青在国外(尤其在欧洲)有比较成功的应用。随着沥青生产技术的发展，当前国内已经能够生产针入度较低的硬质沥青，但受生产条件等制约，硬质沥青在我国的生产不多，其应用也相对较少，但是50号、30号沥青已成为近几年关注的重点。本研究中50号沥青产品以某高速设计规范的50号沥青产品质量要求为技术指标，并与交通部JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》道路石油沥青技术要求中50A沥青技术指标进行对比，见表1。 从表1中对比可知：除延度指标外，某高速设计规范的50号沥青产品技术指标与50A沥青一样，且增加了沥青性能分级要求：PG64-16,对沥青材料的选择和评价方面更为科学、全面。 试验部分 原料 本研究采用基质沥青、硬质沥青母粒作原料，调合法进行50号沥青产品的开发。其中基质沥青原料技术指标要符合表2要求；硬质沥青母粒：软化点117℃,190℃黏度为4.8Pa.s。 工艺过程 采用调合法开发生产50号沥青，主要将硬质沥青母粒加入到基质沥青中，经搅拌发育制备成混合均匀、性质稳定的产品，关键为控制好硬质沥青母粒加入方式和工艺温度，避免沥青老化，确保产品性质合格。 结果分析与讨论 基质沥青原料的影响 不是所有的基质沥青都能与硬质沥青母粒调合生产50号沥青，在选择基质沥青时，必须根据硬质沥青母粒组分结构与性质，考虑以下因素。 (1)选择合适的基质沥青 基质沥青不一定要求满足道路石油沥青A级标准，甚至部分渣油都可作为调合原料。基质沥青通过硬质沥青母粒调合后，针入度会降低，软化点会缓慢升高，延度会衰减，抗老化性能和高温性能均为改善提高。因此，调合生产50号沥青，要求基质沥青原料满足一定的要求，见表2,特别是针入度、软化点、延度指标必须满足一定的范围要求。 (2)基质沥青的组分结构要合理 沥青的四组分及其对沥青性质的贡献是调合的理论依据。按照沥青胶体结构理论，沥青是以沥青质为核心，依次吸附或溶解胶质、芳香分、饱和分的分散体系见沥青中饱和分含量不宜太多，否则塑性较差，感温性差；芳香分、胶质可使塑性得到改善，尤其是低温延度提高；沥青质可使沥青的黏度增大，对感温性有利，提高高温性能；蜡的存在干扰沥青的胶体结构，对沥青质量不利。性能好的道路沥青，这四个组分之间要合理匹配，且蜡含量要有一定的限制。因此，组分结构合理的基质沥青原料才能与硬质沥青母粒调制出合格的50号沥青产品。本研究中的原料基质沥青与硬质沥青母粒的四组分含量见图1。 在实际应用中，四组分的比例只能是调合的初步依据，要想得到目标产物一50号沥青，必须对基质沥青、硬质沥青母粒进行配伍试验，才能确定合适的基质沥青与两者的调合比例。 硬质沥青母粒添加量的影晌 (1)对调合沥青针入度与软化点的影响 基质沥青与硬质沥青母粒调合制50号沥青，随着硬质沥青母粒添加量的增加，调合沥青针入度减小，软化点缓慢增加，见图2所示。 (2)对调合沥青延度的影响 基质沥青与硬质沥青母粒调合制50号沥青，随着硬质沥青母粒添加量的增加，调合沥青延度不断衰减，直至延度一拉就断，见图3所示。 (3)对调合沥青60℃动力黏度的影响 基质沥青与硬质沥青母粒调合制50号沥青，随着硬质沥青母粒添加量的增加，调合沥青60℃动力黏度不断增大，见图4所示。 工业生产 某厂采用基质沥青、硬质沥青母粒作原料在工业装置上进行生产应用，调合生产的50号沥青产品性质完全符合表l中某高速设计规范的50号沥青产品质量要求。 采用调合法生产50号沥青，关键为控制好硬质沥青母粒加入方式和工艺温度，使硬质沥青母粒更好地熔融，与基质沥青形成稳定的胶体体系，且必须避免沥青老化，确保产品质量，工艺示意图如图5。 性能评价 某高速公路材料部相关人员进行50号沥青现场采样，并将样品委托于湖南省交通建设质量监督试验检测中心进行了质量检测。 性质指标检测 湖南省交通建设质量监督试验检测中心对50号沥青产品指标检测结果见表 3,从表3可知，50号沥青产品完全符合某高速设计规范的50号沥青产品质量要求。 由表3可知，工业生产的50号沥青，其反映高温性能的主要指标：软化点、60℃动力黏度均比技术指标要求有较明显的富裕，表明该沥青具有良好的高温稳定性，有利千提高路面的抗车辙能力；沥青10℃延度、15℃延度和老化后延度、针入度比均较好，表明该沥青低温性能、抗老化性能好；针入度指数(PI)适中，表明其具有良好的感温性能。 SHRP性能等级评价 湖南省交通建设质量监督试验检测中心对50号沥青产品进行了SHRP性能等级评价，结果见表4。从表4可知，50号沥青产品SHRP性能等级为PG64-22,符合某高速设计规范的50号沥青SHRP性能等级要求。 混合料性能评价 本研究采用车辙试验评价沥青混合料的高温性能，采用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。经研究评价，50号沥青混合料具有良好的高温性能，水稳定性和低温性能指标也都满足规范要求，可适合于应用高等级公路的中、下面层，补强路面结构，解决由千高温和重载所造成的车辙等病害，延长沥青路面使用寿命。 结论 a)并不是所有的基质沥青都能与硬质沥青母粒调合生产50号沥青，基质沥青必须满足：一是基质沥青组分结构要合理，二是基质沥青性质指标要合适，特别是针入度、软化点、延度指标要满足一定的范围要求。在实际中，必须通过配伍试验才能确定合适的基质沥青与两者的调合比例。 b)基质沥青与硬质沥青母粒调合制得的50号沥青，随着硬质沥青母粒添加量的增加，调合沥青针入度降低，软化点缓慢增加，延度不断衰减，60℃动力黏度不断增大，这是由于硬质沥青母粒的增加，使沥青的组分相应变重，特别是沥青质含量的增加。 c)采用基质沥青、硬质沥青母粒作原料调合制得的50号沥青产品，具有较好的高低温性能、抗老化性能以及较小的感温性，SHRP性能等级为PG64-22,其混合料具有较好的高温性能，水稳定性和低温性能指标也都满足规范要求，可适合于应用我国夏热及夏炎热地区的高等级公路中、下面层，补强路面结构。