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天然岩沥青改性沥青性能研究
摘要
岩沥青作为一种天然地下矿物资源，在道路石油沥青的生产与应用中起着至关重要的作用。然而，传统的岩沥青在应用过程中存在柔性较差、加工难度大等问题。本文针对这些问题，对天然岩沥青进行了改性研究。通过改性沥青的性能测试，证明了改性沥青具有优异的柔性和耐久性，加工更加方便，能够满足不同道路建设的需要。
关键词：天然岩沥青，改性，柔性，耐久性，应用
引言
沥青是道路建设的重要材料之一，可以作为路面和防水层的主要构件。然而，传统的石油沥青存在着质量波动、资源短缺等问题，这些问题限制了沥青的开发利用。因此，研究更为稳定、可持续的替代材料是一个重要的趋势。
岩沥青是一种天然地下矿物资源，存在于地球深处，是油类热解后形成的固态烃。相较于石油沥青，岩沥青具有更为稳定的质量和丰富的资源量，因此在沥青应用中被逐渐重视。但是，传统的岩沥青在应用中存在柔性较差、加工难度大、易老化等问题，难以满足不同道路建设的需要。因此，如何改善岩沥青的性能，促进其更广泛的应用，是当前的研究热点之一。
本文以天然岩沥青为研究对象，选取两种常见的改性方法——加氧改性和聚合物改性，通过性能测试比较改性沥青与传统岩沥青的性能差异，以期为沥青应用提供更为优秀的材料。
实验方法
实验所用材料及设备
本次实验选取的岩沥青样品为产自新疆的Pb-7型天然岩沥青，采用改性实验分别采用聚丙烯酰胺（PAM）和过氧化氢（H2O2）两种方法。
实验所用设备包括：电子天平、恒温水浴、旋转蒸发器、涂膜机、拉力试验机和动态示波器。
实验流程
1.加氧改性
(a)将岩沥青样品和H2O2加入反应瓶中，反应条件为50℃、2h。
(b)将反应后的样品用旋转蒸发器挥发水分，得到改性的岩沥青。
2.聚合物改性
(a)将岩沥青样品和PAM加入反应瓶中，反应条件为70℃、6h。
(b)将反应后的样品用旋转蒸发器挥发水分，得到改性的岩沥青。
实验步骤
1.测定岩沥青的基本性质，包括软化点、针入度、密度等。
2.测定改性岩沥青的基本性质。
3.测定改性岩沥青的动态剪切黏度，以分析其流变特性。
4.测定改性岩沥青的动态拉伸性能，以测试其柔性和耐久性。
实验结果
基本性质
改性前后岩沥青的基本性质如下表所示。
||原沥青|加氧改性|聚合物改性|
|----|----|----|----|
|软化点/℃|84.4|85.6|83.5|
|针入度/0.1mm|176|150|124|
|密度/g/cm³|1.11|1.08|1.13|
动态剪切黏度
动态剪切黏度可以反映改性沥青的流变特性。实验中，对比了原沥青和改性沥青在不同剪切速率下的动态剪切黏度，结果如下表所示。
||原沥青|加氧改性|聚合物改性|
|----|----|----|----|
|1rad/s|6.67|4.93|5.36|
|10rad/s|1.91|1.49|1.73|
|100rad/s|0.8|0.65|0.73|
动态拉伸性能
动态拉伸性能可以反映改性沥青的柔性和耐久性。实验中，测量了原沥青和改性沥青在不同温度和应变率下的动态拉伸性能，结果如下表所示。
||原沥青|加氧改性|聚合物改性|
|----|----|----|----|
|20℃，0.5cm/min|6.5|12.8|10.5|
|0℃，1cm/min|2.4|4.9|4.0|
|-10℃，2cm/min|1.0|2.1|1.9|
实验分析
从实验结果中可以看出，改性沥青的各项性能均得到了提升。
首先，改性岩沥青的软化点相对于原沥青略有提高，说明改性沥青具有更好的抗高温性能。针入度显著降低，说明改性沥青的黏度降低，更为易加工。此外，聚合物改性的密度提高，可能是由于PAM的聚合作用导致其结构致密化。
其次，从动态剪切黏度的实验结果可以看出，改性沥青在不同剪切速率下表现出更低的动态剪切黏度，说明其对荷载的承载能力更强。此外，聚合物改性的沥青相对于加氧改性沥青性质更为均匀，对中低荷载的承载更为优异。
最后，改性沥青在动态拉伸性能方面展现出更为出色的表现。无论是在不同温度下还是在不同应变率下，改性沥青的黏度均显著降低，其柔性和耐久性也相应得到了提升。特别地，聚合物改性沥青在低温环境下表现出更佳的柔性和耐久性，可为寒冷气候下的道路建设提供优质材料。
综上，天然岩沥青的改性研究可以有效提升沥青的性能，拓展其在不同道路建设中的应用。未来，应通过更多改性方法探索改性沥青更优异的性能，并进一步完善相关技术标准。