AC-20布敦岩改性沥青混合料的路用性能研究

AC-20布敦岩改性沥青混合料的路用性能研究
发表时间：2019-03-29T10:48:33.127Z 来源：《防护工程》2018年第35期作者：徐琦
[导读] 本文通过70#基质沥青混合料、BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的对比试验，评价布敦岩沥青混合料的路用性能。

成都市双流区公路养护段四川成都 610000
摘要：为研究布敦岩沥青改性沥青的路用性能，以壳牌70#作为基质沥青，布敦岩沥青作为外掺剂制备改性沥青混合料，利用国产车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等不同试验方法，与70#基质沥青混合料、BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料对比分析。

结果表明，布敦岩沥青可以有效的改善沥青的高温稳定性和抗水损害能力，随着布敦岩沥青掺量的增加，沥青混合料的高温稳定性和水稳定性都有所提高，当掺量为60％时，BRA改性沥青混合料高温稳定性、抗水损害能力强于SBS改性沥青混合料，水稳定性接近SBS改性沥青混合料。

关键词：布敦岩沥青；岩改性沥青混合料；掺量；路用性能
引言
布敦岩沥青（Buton Rock Asphalt，简称BRA）是一种产于南太平洋印度尼西亚苏拉威西岛东南部布敦岛海底的沥青矿，是一种经过了上千万年沉积的天然岩沥青，其主要由天然沥青和石灰岩矿物质组成，其中沥青含量约为20％～40％，经开采加工后，一般呈粒径小于3mm的深褐色细颗粒状。

由于矿物质粒度较细，吸附能力较强，因此其具有增强沥青与集料粘附性的作用，在印尼被称之为沥青活性剂（董智勇，2013；查旭东，2017）。

目前，我国已将天然岩沥青作为一种特殊的改性沥青纳入规范，但仍缺乏相应的技术标准以及混合料的设计要求，对其改性效果的评价，亦未形成统一的标准和方法，这在一定程度上影响了布敦岩沥青分推广与应用（钟科，2006）。

为此本文通过70#基质沥青混合料、BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的对比试验，评价布敦岩沥青混合料的路用性能。

1试验方案与试验材料
1.1试验方案
考虑到BRA改性沥青混合料主要运用到高等级公路中面层，因此选用AC-20C型沥青混合料。

为便于对70#基质沥青混合料、BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料相关的试验结果进行对比分析，以上三类沥青混合料均采用AC-20C型。

首先根据工程经验设计一个合理的AC-20C矿料级配，然后使用70#基质沥青作为胶结料，确定出AC-20C型沥青混合料的最佳油石比，同时作为各掺量BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的最佳油石比。

1.2试验材料
试验所用矿质集料有石灰岩粗集料、石灰岩机制砂、石灰岩磨制矿粉，其常规性能指标及测试结果如表1至表3所示。

表1 粗集料技术指标及试验结果
由表1至表3可知，本文试验所用石灰岩粗集料、石灰岩机制砂、石灰岩磨制矿粉的相关指标均满足规范要求。

1.3 BRA改性沥青混合料拌和工艺
BRA改性沥青混合料的配合比设计按照规范（JTG E20-2011）执行。

天然岩沥青改性沥青混合料配合比设计中，应注意扣除天然岩沥
青中的矿物质成分，应按照实际比例计人矿粉。

在计算基质沥青用量时，按照“天然沥青掺量×沥青含量”确定替换基质沥青的质量，将该部分沥青与基质沥青合并作为沥青混凝土胶结料。

考虑到施工单位多采用“干法”工艺，并且岩沥青改性沥青易分层离析。

因此本文拌和BRA改性沥青混合料时也采用“干法”工艺。

按照下述方法在试验室拌制BRA改性沥青混合料：用烘箱将集料加热至预定温度、倒人拌锅，先将BRA和热集料干拌30s，然后加入预定用量的沥青拌和90s，最后加入矿粉，再拌和90S。

2矿料级配和最佳油石比的确定 2.1矿料级配
试验按照规范（JTGF40-2004）的要求，对沥青混合料配合比进行设计，采用的AC-20C型矿料级配曲线见图1。

根据各指标关系，求OAC1
由表5知，随BRA掺量的增加，BRA改性沥青混合料稳定度有增大的趋势，而其流值有减小的趋势。

可以认为，BRA改性沥青混合料强度大于70#基质沥青混合料，但其达到最大破坏荷载时的变形低于70#基质沥青混合料。

3 结果与讨论
3.1高温稳定性试验
混合料的高温稳定性能是指沥青混合料路面在夏季持续高温的条件下，沥青路面在大量交通荷载情况下不产生如车辙、拥包、推移等变形破坏引起的路面病害。

车辙的产生使得沥青路面的使用寿命缩短，即路面平整度下降，危及行车安全（赵苏，2014），国内车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动性变形能力的常用方法，是模拟实际车轮荷载在路面上行走而产生车辙的工程试验方法。

因此沥青混合料的抗车辙性能可以较为直观的反应混合料的高温稳定性能。

为检测沥青混合料的抗车辙能力，按最佳油石比采用轮碾法成型车辙板试件，实验结果见表6 表6 沥青混合料车辙试验结果
表6知，随着BRA掺量的增加，沥青混合料45min变形量、60min变形量逐渐减小，动稳定度DS逐渐增加。

可以认为，BRA改性沥青混合料高温稳定性明显优于70#基质沥青混合料；随着BRA掺量的增加，沥青混合料高温稳定性将进一步增强。

3.2水稳性能试验
目前我国沥青混凝土路面水损坏普遍较严重，是沥青混凝土路面早期破坏的主要形式之一。

造成这种早期水损坏现象的原因是多种的，如沥青混合料水稳定性不足、沥青混合料矿料级配不合理、沥青路面密水性差。

因此，对沥青混合料的水稳定性进行研究尤其重要。

本文利用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验两种试验方法，分析70#基质沥青混合料、不同掺量BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料的水稳定性，为实际工程应用提供参考。

试验结果见表7和8。

表7 沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验结果
由表7知，随BRA掺量的增加，沥青混合料浸水马歇尔试验浸水残留稳定度逐渐增加，能够满足南方多雨地区对其水稳定性的要求。

70#基质沥青混合料未浸水前稳定度为9.58kN，浸水后稳定度降低到7.59kN，残留稳定度为79.23%，还略低于规范要求的80%。

SBS改性沥青混合料未浸水前稳定度为12.35kN，浸水后稳定度降低到12.33kN，残留稳定度为99.84%，远高于80%。

由表8知，随着BRA掺量的增加，冻融前后劈裂抗拉强度、冻融劈裂强度比均逐渐增加。

可以认为，BRA改性沥青混合料的水稳定性、抗水损害能力强于70#基质沥青混合料，弱于SBS改性沥青混合料。

4 结论
1）高温稳定性试验表明，BRA改性沥青混合料高温稳定性、抗水损害能力明显强于70#基质沥青混合料，且随着BRA掺量的增加，BRA改性沥青混合料的高温性能和抗水损害能力都在不断提高。

2）水稳定试验中的冻融劈裂试验和浸水马歇尔稳定度试验结果均表明，各掺量BRA改性沥青混合料水稳定性优于70#基质沥青混合料。

且随着BRA掺量的增加，BRA改性沥青混合料水稳定性都逐渐接近SBS改性沥青混合料。

3）BRA相对于SBS改性剂价格更便宜，对施工设备没有太高要求。

虽然BRA改性沥青低温性能差于70#基质沥青、SBS改性沥青，但BRA改性沥青高温性能、水稳定性明显优于70#基质沥青，也不逊色于SBS改性沥青。

因此，为充分发挥BRA改性沥青优势，建议在我国南方高温、多雨地区使用。

参考文献：
[1]查旭东，童恋.印尼布敦岩沥青改性沥青性能研究[J].长沙交通学院学报，2007（04）：28-32.
[2]董智勇，邢定峰，赵锁奇，黄文辉.印度尼西亚布敦岛天然岩沥青溶剂抽提工艺研究[J].化学与生物工程，2013，30（02）：87-90.
[3]钟科. 岩沥青路用性能研究[D].交通部公路科学研究院，2006.
[4]中华人民共和国交通运部. 2014.JT/T860.5–2014. 中华人民共和国交通运输行业标准沥青混合料改性添加剂第5部分：天然沥青[S].北京：人民交通出版社.
[5]赵苏，孔德宇，于保阳，涂旭.AC-13布敦岩改性沥青混合料的路用性能[J].科技导报，2014，32（20）：27-32.。