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 唐淦

 （上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司道路橋梁設(shè)計(jì)研究院上海200092）

摘要  以布敦巖瀝青作為改性劑，70號(hào)基質(zhì)瀝青作為基礎(chǔ)瀝青，進(jìn)行試驗(yàn)室內(nèi)的布敦巖瀝青改性瀝青的生產(chǎn)制備，對(duì)AC-13C和AC-20C 2種代表性級(jí)配瀝青混合料的技術(shù)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)3% BRA最佳摻量的改性瀝青混合料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：①BRA的摻入對(duì)瀝青混合料高溫性能和水穩(wěn)定性的改善效果明顯，不同礦料級(jí)配組成對(duì)BRA改性瀝青混合料的路用性能影響較大；②低劑量BRA的摻入對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性能的改善效果并不明顯；③3.0%BRA最佳摻量下改性瀝青混合料的各項(xiàng)力學(xué)性能比基質(zhì)瀝青混合料有了大幅度的提高，適用于各氣候地區(qū)公路路面結(jié)構(gòu)層的鋪筑。

關(guān)鍵詞  布敦巖瀝青  高溫穩(wěn)定性  低溫性能  水穩(wěn)定性

 布敦巖瀝青( Buton rock asphalt，BRA)是一種天然瀝青，被廣泛用作典型瀝青路面混合料的改性劑。目前對(duì)BRA改性瀝青混合料的研究，大多僅關(guān)注BRA改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，對(duì)其他如低溫性能的研究相對(duì)缺乏，且沒有形成相對(duì)一致的結(jié)論。同時(shí)國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)BRA改性瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測(cè)方法和技術(shù)指標(biāo)等并不統(tǒng)一，導(dǎo)致布敦巖瀝青的推廣應(yīng)用在國(guó)內(nèi)受到了各方面的限制。

 為了更為充分合理的利用BRA改性瀝青混合料進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的鋪筑，本文以布敦巖瀝青作為改性劑，以70號(hào)基質(zhì)瀝青作為基礎(chǔ)瀝青，對(duì)代表性級(jí)配混合料的路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，確定最佳摻量，并針對(duì)最佳摻量進(jìn)行了一系列的力學(xué)性能試驗(yàn)，總結(jié)歸納BRA改性瀝青混合料的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性。

1材料制備

1.1試驗(yàn)材料與礦料級(jí)配

試驗(yàn)采用布敦巖瀝青作為改性劑，中海油70號(hào)基質(zhì)瀝青作為基礎(chǔ)瀝青，其相關(guān)技術(shù)性質(zhì)分別見表1和表2。研究選用AC-13C和AC-20C 2種代表性級(jí)配，見表3。粗細(xì)集料均采用石灰?guī)r集料。由于BRA顆粒中的天然瀝青及礦物質(zhì)成分可以替代部分的基質(zhì)瀝青和礦粉，本文按照劉巖的計(jì)算方法確定代表性級(jí)配的最佳瀝青用量，得到AC-13C和AC-20C級(jí)配各自對(duì)應(yīng)的最佳油石比為4. 6%和4.35%。

1.2BRA改性瀝青混合料的試件制備

研究中選擇“干法”工藝作為BRA改性瀝青混合料室內(nèi)拌和工藝。根據(jù)BRA改性瀝青的粘溫曲線及施工拌和及其壓實(shí)溫度粘度要求范圍，得到“干法”拌和實(shí)驗(yàn)過程溫度控制見表4。BRA改性瀝青拌和方式：將計(jì)算好的BRA巖瀝青用量與集料混在一起干拌60 s，使巖瀝青粉末均勻分布于集料之間，然后將基質(zhì)瀝青按照預(yù)定質(zhì)量加入，拌和90 s；最后加入礦粉，再一起攪拌60 s，即可倒人試模中插搗和擊實(shí)成型。

2 BRA改性瀝青混合料的技術(shù)性能

2.1高溫穩(wěn)定性

車轍試驗(yàn)按規(guī)范中的規(guī)定，采用車動(dòng)穩(wěn)定度作為BRA改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。可知：①各級(jí)配的BRA改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均比普通瀝青混合料要大，遠(yuǎn)高于規(guī)范針對(duì)夏季炎熱氣候區(qū)關(guān)于改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度最高要求(2 800次／mm)；②AC-13C級(jí)配對(duì)應(yīng)的動(dòng)穩(wěn)定度隨著BRA摻量的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，在3%附近出現(xiàn)極值；③AC-20C級(jí)配對(duì)應(yīng)的動(dòng)穩(wěn)定度隨著BRA摻量的增大呈現(xiàn)出先緩慢增長(zhǎng)后迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。相比無(wú)摻入的情況，3%摻量的動(dòng)穩(wěn)定度得到了107. 46%的增量，然而4%摻量的動(dòng)穩(wěn)定度相比3%的情況僅得到了31. 37%的增量，說(shuō)明通過添加高摻量BRA來(lái)改善AC-20C級(jí)配高溫性能的意義不大；④AC-13C級(jí)配對(duì)應(yīng)的總變形量在3%摻量時(shí)出現(xiàn)最低值，對(duì)AC-20C級(jí)配而言，當(dāng)摻量大于2. 5%后，其對(duì)應(yīng)的車轍總變形量下降速度加快。

2.2低溫抗裂性能

小梁低溫彎曲試驗(yàn)按規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行，采用低溫彎曲破壞的最大彎拉應(yīng)變作為評(píng)價(jià)BRA改性瀝青混合料的低溫抗裂性能。試驗(yàn)溫度為-10℃，試驗(yàn)結(jié)果見圖3和圖4。

 由圖3、圖4可知：①各級(jí)配的BRA改性瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變均比普通瀝青混合料要大；②相比無(wú)摻入的情況，2% BRA摻量下各級(jí)配的最大彎拉應(yīng)變僅得到了小于10%的增量，說(shuō)明低劑量BRA對(duì)改善瀝青混合料低溫抗裂性能的效果不明顯；③各級(jí)配對(duì)應(yīng)的最大彎拉應(yīng)變隨著BRA摻量的增大呈現(xiàn)出階梯式的增長(zhǎng)趨勢(shì)；④當(dāng)BRA摻量在2.5%～3%時(shí)，最大彎拉應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率加快，隨后摻量對(duì)低溫抗裂性能的改善效果開始緩慢；⑤相比無(wú)摻入的情況，各級(jí)配在3%摻量下的最大彎拉應(yīng)變得到了40%以上的增量，都高于規(guī)范針對(duì)冬季嚴(yán)寒區(qū)關(guān)于瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變值(3 000);4%摻量下的最大彎拉應(yīng)變相比3%的情況僅得到了小于16%的增量，說(shuō)明通過添加高摻量BRA來(lái)改善BRA改性瀝青混合料的低溫抗裂性能的意義不大；⑥各級(jí)配瀝青混合料的勁度模量隨著BRA摻量的增加而不斷減小，呈現(xiàn)逐漸變緩的趨勢(shì)，改性后瀝青混合料的勁度模量降低，所能承受的最大應(yīng)力提高，抵抗破壞的能力增強(qiáng)。

2.3水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(yàn)按規(guī)范中規(guī)定進(jìn)行，采用瀝青混合料試件的凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)性。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

 由表5可見，①BRA的摻人能明顯提高AC-13C的水穩(wěn)定性能，但是對(duì)AC-20C級(jí)配的意義不大；②AC-13C級(jí)配的TSR隨著BRA摻量的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，并在3%摻量下取得最大的TSR，為90. 2%，高于規(guī)范針對(duì)潮濕或濕潤(rùn)地區(qū)要求瀝青混合料的最低TSR(85%)；③相比無(wú)摻人情況，AC-20C級(jí)配的TSR僅得到了小于4%的增長(zhǎng)，總體水平接近90%。

 各項(xiàng)技術(shù)性能試驗(yàn)表明：BRA的摻入對(duì)瀝青混合料各項(xiàng)性能的改善效果明顯，整體性能相比無(wú)摻人情況有了很大的提高；對(duì)本研究的2種代表性級(jí)配而言，從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度考慮，最佳BRA摻量為3%。

3 BRA改性瀝青混合料的力學(xué)性能

3.1劈裂強(qiáng)度

本文參照規(guī)范中瀝青混合料劈裂試驗(yàn)的要求，分別成型3%摻量下2種代表性級(jí)配的BRA改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料馬歇爾試件，進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

 由表6可見，對(duì)比無(wú)摻人情況，摻量3. 0%對(duì)應(yīng)的AC-13C和AC-20C的劈裂強(qiáng)度都獲得了40%以上的增幅。

3.2抗壓回彈模量

瀝青混合料的抗壓回彈模量是我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，其取值合理與否，關(guān)系到路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)的合理性。本文按照規(guī)范中單軸壓縮試驗(yàn)（圓柱體法）的要求，用靜壓法分別成型3%摻量下2種代表性級(jí)配的BRA改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料圓柱體試件(直徑為(100±2)m，高度為(100±2)mm)。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

 由表7可見，對(duì)比無(wú)摻人情況，摻量3. 0%對(duì)應(yīng)的AC-13C和AC-20C的抗壓回彈模量分別獲得了37%和42%的增幅，試驗(yàn)測(cè)值遠(yuǎn)高于規(guī)范推薦值。

3.3抗剪強(qiáng)度

瀝青路面的車轍是壓縮和剪切變形二者共同作用的結(jié)果，而對(duì)于壓實(shí)度較好或剛開放交通的瀝青路面而言，車轍的形成則主要是剪切變形而非壓縮變形。瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度是材料的本身屬性，因此，需要給予瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度足夠的重視。本文按照規(guī)范，采用MTS試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單軸貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度60。C，加載速率1 mm／min，用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法分別成型3%摻量下2種代表性級(jí)配的BRA改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料圓柱體試件(直徑為(150±2)m，高度為(115±2)mm)，進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表8，對(duì)比無(wú)摻人情況，摻量3.0%對(duì)應(yīng)的AC-13C和AC-20C的抗剪模量分別獲得了26%和37%的增幅。

 各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)表明：3. 0% BRA最佳摻量下改性瀝青混合料的各項(xiàng)力學(xué)性能比基質(zhì)瀝青混合料有了大幅度的提高，這意味著BRA巖瀝青混合料可以有效地增強(qiáng)路面的抗變形能力，提高瀝青路面承擔(dān)交通荷載的能力，間接提高瀝青路面的使用壽命。

4結(jié)語(yǔ)

 (1)相比普通瀝青混合料，BRA改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。

 (2)低劑量BRA的摻人對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性能的改善效果并不明顯，表現(xiàn)為：2% BRA摻量下各級(jí)配的最大彎拉應(yīng)變僅得到了小于10%的增量；當(dāng)摻量達(dá)到3%時(shí)，各級(jí)配的最大彎拉應(yīng)變能獲得40%以上的增量。

 (3)相比普通瀝青混合料，3%BRA改性瀝青混合料具有更高的劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量和抗剪強(qiáng)度，適合用于各氣候地區(qū)公路路面結(jié)構(gòu)層的鋪筑。