巖瀝青技術(shù)手冊

NES天然巖瀝青

技術(shù)手冊山東高速青川天然瀝青開發(fā)有限公司3OHS2006年11月現(xiàn)代高等級瀝青路面的交通特點是：交通密度大、車軸軸載重、荷載作用間隙短以及高速和渠化。由于重載和渠化，造成瀝青路面產(chǎn)生了嚴(yán)重的車轍和裂縫病害。為解決高等級路面的車轍和裂縫，對于高等級瀝青路面所使用的瀝青，必須具有抵抗高溫變形和裂縫的性能，而這也正是普通瀝青難以達到的，因此應(yīng)對普通瀝青的性能加以改善。經(jīng)過廣大道路工作者的不懈努力，改性瀝青技術(shù)日新月異，其中天然瀝青改性瀝青以其優(yōu)異的抗車轍和抗水損害性能得到了廣大公路工作者的認(rèn)可，成為目前國內(nèi)推廣應(yīng)用的熱點改性瀝青。一、NES天然巖瀝青改性劑概述天然瀝青是石油在自然界中長期受到地殼擠壓并與空氣、水接觸后逐漸變化而形成的、以天然形態(tài)存在的石油瀝青，其中?；煊幸欢ū壤牡V物質(zhì)。按其形成的環(huán)境不同可以分為湖瀝青、巖瀝青、海底瀝青、油頁巖等。巖瀝青是石油在地殼運動的擠壓下，從地殼中冒出，存在于山體、巖石裂隙中，經(jīng)過億萬年的蒸發(fā)凝固而形成的固體形態(tài)的天然瀝青。在我國有著天府之國美譽的四川北部龍門山地區(qū)，分布著豐富的天然巖瀝青礦資源，目前初步探明的儲量在300萬噸以上，遠景儲量1000萬噸。NES天然巖瀝青是以分子量高達一萬的瀝青質(zhì)為主要組成成份，其化學(xué)構(gòu)成為碳（C）81.7%，氫（H）7.5%,氧（0）2.3%，氮（N）1.95%,硫（S）4.4%,鋁（Al）1.1%,硅（Si）0.18%及其他金屬0.87%。其中碳（C）、氫（H）、氧（0）、氮（N）、硫（S）的含量較高。由于NES巖瀝青產(chǎn)生于特殊的巖石裂隙中，所受的壓力與溫度條件要比其他天然瀝青高，故聚合程度很高，分子量很大，軟化點較高。因此，NES天然瀝青有許多特性。1、抗車轍試驗和路用實踐證明，NES天然巖瀝青改性劑可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)。采用NES天然巖瀝青抗車轍路面解決方案，試驗后試件表面基本沒有輪痕，車轍試驗曲線表明lh后變形只有很小，說明具有較強的抗車轍變形能力。試驗路段使用情況比較表明：采用NES天然巖瀝青改性劑改性瀝青修筑的路面在抗車轍能力方面優(yōu)于其它改性瀝青修筑的路面面層。2、 抗剝落NES天然瀝青含氮量高，一般為2%左右，較普通瀝青高出幾倍至幾十倍不等。在天然瀝青中，氮元素以官能團形式存在，這種存在使天然瀝青具有很強的浸潤性和對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改善。這有別于摻加有機胺類提高瀝青與集料的粘附性。3、 抗老化、抗高溫NES天然巖瀝青改性劑，本身的軟化點達至300°C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、 耐候性這是因為它抗微生物侵蝕作用很強，并具有在自由表面形成致密光亮保護膜的特點。但內(nèi)部灰分物質(zhì)并不亮，而且很粗，這也是天然瀝青的屬性。天然瀝青的加入極大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，從而延長道路的使用壽命。5、不含蠟其實天然瀝青在原油狀態(tài)下，并非不含蠟，只是在地殼中長期與各種條件作用，使蠟含量急劇降低，并轉(zhuǎn)化成其它形式存在。當(dāng)它加入到普通瀝青中，會把這種特性在重組中一定程度遺傳給基質(zhì)瀝青，進而降低石蠟在瀝青中的危害。二、NES天然瀝青改性瀝青的概述通過把天然巖瀝青的發(fā)達網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)帶入到石油瀝青中，改善了以鍵能較小的氫鍵為主的分子間力，增強了極性鍵，轉(zhuǎn)化了蠟、萘等分子或官能團，并產(chǎn)生了化學(xué)交聯(lián)、聚合生成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大顆粒瀝青聚集體的低密度表面電荷使得它與礦物石料表面的吸附力增強、潤濕性改善，在巖石表面能產(chǎn)生強吸附力，因而獲得良好的路用性能，因此，天然巖瀝青是一種天然的化學(xué)綜合改性劑。實驗數(shù)據(jù)表明天然巖瀝青改性瀝青吸附在硅酸巖、石英巖、石灰?guī)r、高嶺石和硅鋁酸巖表面的能量，都比普通瀝青高出數(shù)倍，因此，具有良好的抗剝落能力。同時還含有多種能促進石油瀝青中的活性基團（羧基、羰基、醛、萘）交聯(lián)聚合的有機鏈，增強了瀝青的內(nèi)聚力，比普通瀝青的抗流動性、抗氧化性、粘附性都得到了明顯的提高。天然瀝青改性的機理是：將天然瀝青加入普通瀝青中，由于溫度與小分子溶劑的共同作用，使得天然瀝青這些分子量很大的膠束破裂，而破裂的膠束上暴露出的許多活性點立刻被普通瀝青中的小分子物質(zhì)所填充、飽和，形成一種全新的組合，最終形成以天然瀝青大膠束分子為中心，普通瀝青小分子填充、包圍的新的方式。實質(zhì)上是在普通瀝青中加入了大量的非自發(fā)核心物質(zhì)，這個核心的分子量較普通瀝青分子量大，對原基質(zhì)瀝青以小分子量的瀝青質(zhì)為核心的結(jié)構(gòu)進行了改造，其改造程度的大小取決于加入瀝青的分子量大小及氮、氧、硫側(cè)鏈的數(shù)量多少。分子量越大，活性越高，則這種改造程度就越明顯，得到的改性瀝青技術(shù)性能也就越優(yōu)越。天然瀝青改性瀝青的混合料的路用性能全部符合《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）所要求的技術(shù)指標(biāo)，其中抗車轍能力和路面的抗拉應(yīng)力得到了顯著提高。三、質(zhì)量保證公司自創(chuàng)立以來，就對產(chǎn)品的質(zhì)量十分關(guān)注，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，公司制訂了詳實的《產(chǎn)品質(zhì)量管理辦法》，建立了完善的質(zhì)量管理體系，將供應(yīng)合格產(chǎn)品作為公司經(jīng)營的頭等大事。公司的中心實驗室擁有全面進行改性瀝青檢測的實驗設(shè)備，能進行從原材料到成品的全套試驗，擁有經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，有效地將“未檢測的產(chǎn)品不得出廠、檢測不合格的產(chǎn)品不得出廠”的要求落實到實處。1、NES巖瀝青改性劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)NES巖瀝青改性劑檢驗標(biāo)準(zhǔn)為廠方企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/70898088-4.1-2004，儲存條件：陰涼干燥。檢測項目質(zhì)量要求檢測方法外觀黑棕色目視比較粒度D90(um)<18JL-1166激光粒度分布測試儀含水量（％）<2.00T0612氯仿瀝青A（%）三40.00SY/T5118-1995灰份（％）<15.00T0164閃點（°C）三260T06112、NES巖瀝青改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)由于目前國內(nèi)尚無天然巖瀝青改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)，所以根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）第4.6.4條之規(guī)定，參考美國試驗與材料協(xié)會ASTM的改性瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及特立尼達湖瀝青改性瀝青質(zhì)量技術(shù)要求，經(jīng)過試驗研究提出技術(shù)要求。天然巖瀝青改性瀝青的技術(shù)要求宜符合下表的規(guī)定。巖瀝青改性瀝青技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)單位技術(shù)要求試驗方法針入度25C,100g,5s0.1mm30-50T0604針入度4C,200g,60s0.1mm卡12T0604軟化點TR&B,不小于C52T0606運動粘度135C，不大于Pa.s0.70T0625/T0619閃點，不小于C260T0611溶解度（三氯乙烯），不小于%98.0T0607離析，48h軟化點差，不大于C2.5T0661TFOT（或RTFOT）后殘留量質(zhì)量變化，不大于%±0.5T0610/T0609殘留針入度比25C，不小于%61T06111、表中135°C運動粘度可采用《公路工程瀝青及混合料試驗規(guī)程》（TJT052 93）中的“瀝青布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗方法（布洛克菲爾德黏度計算）”進行測定。若在不改變改性瀝青物理力學(xué)性質(zhì)并符合安全條件的溫度下易于泵送和拌和，或經(jīng)試驗證明適當(dāng)提高泵送和溫度時保證改性瀝青的質(zhì)量，容易施工，可不要求測定。2、 老化試驗以采用薄膜加熱試驗（TFOT）方法為準(zhǔn)確，允許采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（RTFOT）代替，但必須在報告中說明，且不得作為仲裁結(jié)果。3、 本技術(shù)要求為針對70號、90號A級基質(zhì)瀝青的改性標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于天然瀝青改性瀝青實驗中應(yīng)注意的問題說明：（1）取樣一定要有代表性。若取的是一桶天然巖瀝青改性瀝青樣品或者所取的試樣已完全冷卻，應(yīng)該將該瀝青全部加熱至充分流動，將瀝青拌和均勻，然后再取樣做實驗；瀝青應(yīng)采用烘箱加熱，盡量避免電爐直接加熱，嚴(yán)禁明火加熱；對每份試樣應(yīng)加熱后依次澆滿所需試模，不宜重復(fù)加熱使用。（2）天然巖瀝青改性瀝青的澆模溫度比普通瀝青要高，必須達到160°C以上，一般在170-180°C，但是不能超過195°C，澆?；蜃龌旌狭蠈嶒炃皯?yīng)充分?jǐn)嚢柚辆鶆?；做軟化點實驗，必須按照實驗規(guī)程將試樣加熱至充分流動后澆注試樣環(huán)，不允許使用其他方法填滿試樣環(huán)，否則實驗結(jié)果誤差很大；針入度實驗中，澆模后應(yīng)立即用噴燈迅速掃過樣品表面形成的氣泡以消除氣泡；離析實驗采用鋁管比玻璃試管更方便。（3）做瀝青混合料實驗時，試件成型溫度比普通瀝青要高，馬歇爾實驗擊實溫度一般為170C。四、天然巖瀝青改性瀝青混合料的施工要求天然巖瀝青改性瀝青是一種物理、化學(xué)改性瀝青，正確使用可以顯著提高瀝青面層的抗車轍能力，增強耐久性、抗老化能力，延長公路的使用壽命。與基質(zhì)瀝青相比，天然巖瀝青改性瀝青的粘度和軟化點顯著增加，天然巖瀝青改性瀝青的運輸儲存和路面面層施工有一些與基質(zhì)瀝青不同的要求，只有正確使用才能達到優(yōu)良的效果。1．運輸?shù)募夹g(shù)要求天然巖瀝青改性瀝青的運輸車輛的瀝青罐要清潔，不含基質(zhì)瀝青、化學(xué)物質(zhì)、原油等嚴(yán)重影響天然巖瀝青改性瀝青產(chǎn)品質(zhì)量的殘余物；在生產(chǎn)工廠裝車溫度一般為160-170°C，運到混合料拌和場的溫度不低于130°C。2．瀝青拌和場儲存的技術(shù)要求熱拌廠儲存瀝青的罐體(空罐)第一次儲存天然巖瀝青改性瀝青前，應(yīng)對罐內(nèi)進行檢查，不能殘存其他瀝青或渣滓，空罐體未泵入瀝青前，應(yīng)對罐體進行預(yù)先加熱。天然巖瀝青改性瀝青的儲存溫度應(yīng)保持在160-180C，瀝青熱拌廠應(yīng)盡量少儲存天然巖瀝青改性瀝青，做到隨進隨用，用時多存，不用時少存，保證瀝青的溫度。當(dāng)一天的施工任務(wù)完成之后，應(yīng)盡量用完罐中的瀝青，或者給瀝青罐加滿瀝青，或把剩余的少量瀝青，抽到其他儲存罐內(nèi)，以減少瀝青與空氣接觸的表面積，從而防止瀝青老化。瀝青拌和廠儲存罐大部分為臥式，為保證天然巖瀝青改性瀝青的均勻性，最理想的是在儲存罐頂部安裝攪拌器，或用儲存罐中自帶的攪拌器，攪拌器每2小時攪拌一次，攪拌時間每次30分鐘。3．拌和、運輸?shù)募夹g(shù)要求為保證瀝青混合料的質(zhì)量更穩(wěn)定，應(yīng)做到拌和后的混合料均勻一致，無細料和粗料分離及花白、結(jié)成團塊的現(xiàn)象。由于天然巖瀝青改性瀝青混合料的施工溫度要求較高，建議拌和溫度高于160°C,瀝青加熱到約180°C,出料溫度在175-185C，其余要求應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)5.4節(jié)的技術(shù)要求。集料應(yīng)該干燥。料堆可用塑料布覆蓋，下面不能有積水。在雨季時，若料堆里含有過多水分，應(yīng)優(yōu)先使用料堆上部的集料，同時可采取增高集料加熱溫度、增加加熱時間、延長干拌時間等方法去除水分。若拌出的瀝青混合料含有水分，在攤鋪碾壓易泛油且不易壓實，嚴(yán)重影響了瀝青路面的服務(wù)性能和壽命。瀝青混合料的運輸車必須加蓋蓬布或其他保溫材料，以最短的時間裝車運至攤鋪機前卸料，防止結(jié)合料表面結(jié)硬，為確保攤鋪連續(xù)以及平整度大小符合技術(shù)規(guī)范要求，必須保證攤鋪機前至少兩輛車等待卸料，決不能出現(xiàn)攤鋪機等車的現(xiàn)象。其余要求應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)5.5節(jié)的技術(shù)要求。4．?dāng)備伒募夹g(shù)要求天然巖瀝青改性瀝青混合料在攤鋪時應(yīng)盡量連續(xù)不斷的施工，以減少攤鋪機和壓路機的停頓，提高面層平整度。為提高路面的平整度，表面層宜采用攤鋪前后保持相同高差的雪橇式攤鋪厚度控制方式。天然巖瀝青改性瀝青混合料在高溫狀態(tài)下主要是靠粗集料的嵌擠作用，可適當(dāng)提高夯錘振搗頻率，使剩余壓實系數(shù)減小。進而確保路面的最終平整度。其余要求應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)5.6節(jié)的技術(shù)要求。5、碾壓的技術(shù)要求對于SMA和其他類型嵌擠式混合料，建議初壓溫度范圍在170°C左右，最終碾壓溫度不低于150C，非嵌擠密級配碾壓時若混合料趕料嚴(yán)重，可適當(dāng)降低壓實溫度。其余要求應(yīng)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)5.7節(jié)的技術(shù)要求。對于嵌擠式混合料，天然巖瀝青改性瀝青混合料的壓實工藝本著以下原則進行：按照高溫壓實、高頻低幅、跟蹤碾壓?；旌狭蠑備佉院?，大噸位強震動壓路機須緊跟攤鋪機的后面，只有在高溫條件下碾壓才能取得良好的效果，壓實速度控制在3千米/小時，碾壓速度均衡，倒退時關(guān)閉振動，方向要逐漸的改變，不許擰著彎行走，對每一道碾壓起點或終點可稍微扭彎碾壓，消除碾壓接頭輪跡。絕不允許在新鋪瀝青混合料上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、左右移動位置、突然剎車或停車休息。當(dāng)采用高頻低幅的壓實方法，頻率越高對表面層的壓實效果越好，對下層的影響越小。有關(guān)壓實機械的配備及壓實遍數(shù)，需要通過做實驗段確定，實驗段過程還應(yīng)該建立相應(yīng)的壓實工藝及核子密度儀讀數(shù)與路面芯樣密度關(guān)系。SMA混合料在壓實機械上要求采用重噸位（自重大于11噸）的雙鋼輪

壓路機，應(yīng)注意觀察是否有提漿和骨料