岩沥青技术手册

NES天然岩沥青技术手册
山东高速青川天然沥青开发有限公司
2006年11月
现代高等级沥青路面的交通特点是：交通密度大、车轴轴载重、荷载作用间隙短以及高速和渠化。

由于重载和渠化，造成沥青路面产生了严重的车辙和裂缝病害。

为解决高等级路面的车辙和裂缝，对于高等级沥青路面所使用的沥青，必须具有抵抗高温变形和裂缝的性能，而这也正是普通沥青难以达到的，因此应对普通沥青的性能加以改善。

经过广大道路工作者的不懈努力，改性沥青技术日新月异，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改性沥青。

一、NES天然岩沥青改性剂概述
天然沥青是石油在自然界中长期受到地壳挤压并与空气、水接触后逐渐变化而形成的、以天然形态存在的石油沥青，其中常混有一定比例的矿物质。

按其形成的环境不同可以分为湖沥青、岩沥青、海底沥青、油页岩等。

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。

在我国有着天府之国美誉的四川北部龙门山地区，分布着丰富的天然岩沥青矿资源，目前初步探明的储量在300万吨以上，远景储量1000万吨。

NES天然岩沥青是以分子量高达一万的沥青质为主要组成成份，其化学构成为碳（C）81.7%，氢（H）7.5%，氧（O）2.3%，氮（N）1.95%，硫（S）4.4%，铝（Al）1.1%，硅（Si）0.18%及其他金属0.87%。

其中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）的含量较高。

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天然沥青有许多特性。

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。

采用NES天然岩沥青抗车辙路面解决方案，试验后试件表面基本没有轮痕，车辙试验曲线表明1h后变形只有很小，说明具有较强的抗车辙变形能力。

试验路段使用情况比较表明：采用NES天然岩沥青改性剂改性沥青修筑的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
其实天然沥青在原油状态下，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质沥青，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，天然岩沥青是一种天然的化学综合改性剂。

实验数据表明天然岩沥青改性沥青吸附在硅酸岩、石英岩、石灰岩、高岭石和硅铝酸岩表面的能量，都比普通沥青高出数倍，因此，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团（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、粘附性都得到了明显的提高。

天然沥青改性的机理是：将天然沥青加入普通沥青中，由于温度与小分子溶剂的共同作用，使得天然沥青这些分子量很大的胶束破裂，而破裂的胶束上暴露出的许多活性点立刻被普通沥青中的小分子物质所填充、饱和，形成一种全新的组合，最终形成以天然沥青大胶束分子为中心，普通
沥青小分子填充、包围的新的方式。

实质上是在普通沥青中加入了大量的非自发核心物质，这个核心的分子量较普通沥青分子量大，对原基质沥青以小分子量的沥青质为核心的结构进行了改造，其改造程度的大小取决于加入沥青的分子量大小及氮、氧、硫侧链的数量多少。

分子量越大，活性越高，则这种改造程度就越明显，得到的改性沥青技术性能也就越优越。

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》（JTG F40-2004）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、质量保证
公司自创立以来，就对产品的质量十分关注，为保证产品质量，公司制订了详实的《产品质量管理办法》，建立了完善的质量管理体系，将供应合格产品作为公司经营的头等大事。

公司的中心实验室拥有全面进行改性沥青检测的实验设备，能进行从原材料到成品的全套试验，拥有经验丰富的技术人员，有效地将“未检测的产品不得出厂、检测不合格的产品不得出厂”的要求落实到实处。

1、NES岩沥青改性剂质量标准
NES岩沥青改性剂检验标准为厂方企业标准Q/70898088-4.1- 2004，储存条件：阴凉干燥。

2、NES岩沥青改性沥青的标准
由于目前国内尚无天然岩沥青改性沥青的标准，所以根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）第4.6.4条之规定，参考美国试验与材料协会ASTM的改性沥青的技术标准以及特立尼达湖沥青改性沥青质量技术要求，经过试验研究提出技术要求。

天然岩沥青改性沥青的技术要求宜符合下表的规定。

岩沥青改性沥青技术指标
1、表中135℃运动粘度可采用《公路工程沥青及混合料试验规程》（TJT052-----93）中的“沥青布氏旋转粘度试验方法（布洛克菲尔德黏度计算）”进行测定。

若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和，或经试验证明适当提高泵送和温度时保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。

2、老化试验以采用薄膜加热试验（TFOT）方法为准确，允许采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）代替，但必须在报告中说明，且不得作为仲裁结果。

3、本技术要求为针对70号、90号A级基质沥青的改性标准。

关于天然沥青改性沥青实验中应注意的问题说明：
（1）取样一定要有代表性。

若取的是一桶天然岩沥青改性沥青样品或者所取的试样已完全冷却，应该将该沥青全部加热至充分流动，将沥青拌和均匀，然后再取样做实验；沥青应采用烘箱加热，尽量避免电炉直接加热，严禁明火加热；对每份试样应加热后依次浇满所需试模，不宜重复加热使用。

（2）天然岩沥青改性沥青的浇模温度比普通沥青要高，必须达到160℃以上，一般在170-180℃，但是不能超过195℃，浇模或做混合料实验前应充分搅拌至均匀；做软化点实验，必须按照实验规程将试样加热至充分流动后浇注试样环，不允许使用其他方法填满试样环，否则实验结果误差很大；针入度实验中，浇模后应立即用喷灯迅速扫过样品表面形成的气泡以消除气泡；离析实验采用铝管比玻璃试管更方便。

（3）做沥青混合料实验时，试件成型温度比普通沥青要高，马歇尔实验击实温度一般为170℃。

四、天然岩沥青改性沥青混合料的施工要求
天然岩沥青改性沥青是一种物理、化学改性沥青，正确使用可以显著提高沥青面层的抗车辙能力，增强耐久性、抗老化能力，延长公路的使用寿命。

与基质沥青相比，天然岩沥青改性沥青的粘度和软化点显著增加，天然岩沥青改性沥青的运输储存和路面面层施工有一些与基质沥青不同的要求，只有正确使用才能达到优良的效果。

1．运输的技术要求
天然岩沥青改性沥青的运输车辆的沥青罐要清洁，不含基质沥青、化
学物质、原油等严重影响天然岩沥青改性沥青产品质量的残余物；在生产工厂装车温度一般为160-170℃，运到混合料拌和场的温度不低于130℃。

2．沥青拌和场储存的技术要求
热拌厂储存沥青的罐体（空罐）第一次储存天然岩沥青改性沥青前，应对罐内进行检查，不能残存其他沥青或渣滓，空罐体未泵入沥青前，应对罐体进行预先加热。

天然岩沥青改性沥青的储存温度应保持在160-180℃，沥青热拌厂应尽量少储存天然岩沥青改性沥青，做到随进随用，用时多存，不用时少存，保证沥青的温度。

当一天的施工任务完成之后，应尽量用完罐中的沥青，或者给沥青罐加满沥青，或把剩余的少量沥青，抽到其他储存罐内，以减少沥青与空气接触的表面积，从而防止沥青老化。

沥青拌和厂储存罐大部分为卧式，为保证天然岩沥青改性沥青的均匀性，最理想的是在储存罐顶部安装搅拌器，或用储存罐中自带的搅拌器，搅拌器每2小时搅拌一次，搅拌时间每次30分钟。

3．拌和、运输的技术要求
为保证沥青混合料的质量更稳定，应做到拌和后的混合料均匀一致，无细料和粗料分离及花白、结成团块的现象。

由于天然岩沥青改性沥青混合料的施工温度要求较高，建议拌和温度高于160℃，沥青加热到约180℃，出料温度在175-185℃，其余要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）5.4节的技术要求。

集料应该干燥。

料堆可用塑料布覆盖，下面不能有积水。

在雨季时，若料堆里含有过多水分，应优先使用料堆上部的集料，同时可采取增高集料加热温度、增加加热时间、延长干拌
时间等方法去除水分。

若拌出的沥青混合料含有水分，在摊铺碾压易泛油且不易压实，严重影响了沥青路面的服务性能和寿命。

沥青混合料的运输车必须加盖蓬布或其他保温材料，以最短的时间装车运至摊铺机前卸料，防止结合料表面结硬，为确保摊铺连续以及平整度大小符合技术规范要求，必须保证摊铺机前至少两辆车等待卸料，决不能出现摊铺机等车的现象。

其余要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）5.5节的技术要求。

4．摊铺的技术要求
天然岩沥青改性沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，提高面层平整度。

为提高路面的平整度，表面层宜采用摊铺前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。

天然岩沥青改性沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减小。

进而确保路面的最终平整度。

其余要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）5.6节的技术要求。

5、碾压的技术要求
对于SMA和其他类型嵌挤式混合料，建议初压温度范围在170℃左右，最终碾压温度不低于150℃，非嵌挤密级配碾压时若混合料赶料严重，可适当降低压实温度。

其余要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）5.7节的技术要求。

对于嵌挤式混合料，天然岩沥青改性沥青混合料的压实工艺本着以下原则进行：按照高温压实、高频低幅、跟踪碾压。

混合料摊铺以后，大吨位强震动压路机须紧跟摊铺机的后面，只有在高温条件下碾压才能取得良
好的效果，压实速度控制在3千米/小时，碾压速度均衡，倒退时关闭振动，方向要逐渐的改变，不许拧着弯行走，对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压，消除碾压接头轮迹。

绝不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动位置、突然刹车或停车休息。

当采用高频低幅的压实方法，频率越高对表面层的压实效果越好，对下层的影响越小。

有关压实机械的配备及压实遍数，需要通过做实验段确定，实验段过程还应该建立相应的压实工艺及核子密度仪读数与路面芯样密度关系。

SMA混合料在压实机械上要求采用重吨位（自重大于11吨）的双钢轮压路机，应注意观察是否有提浆和骨料被压碎的现象，来决定是采用静压还是震压，压实几遍为宜。

具体的压实工艺应根据实验段的结果来确定。

6、天然岩沥青改性沥青混合料的质量控制
对于沥青面层混合料，现场的压实效果应采用空隙率和压实度双向控制。

空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准，测试按照“沥青路面混合料最大相对密度试验（真空法）（T0711-93）”进行。

表面层沥青混合料压实度的实验，以实测芯样为准。

宜使用标定后的核子密度仪与钻芯测量结合进行跟踪观测。

为保证结果的准确性，核子密度仪测试时可以采取铺沙或者洒水的办法进行测试。

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