BRA改性AC-20沥青混合料的最佳掺量及路用性能研究

刘国正，赵凌晓

（长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南长沙 410007）

BRA改性AC-20沥青混合料的最佳掺量及路用性能研究

刘国正，赵凌晓

（长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南长沙 410007）

为研究布敦岩沥青（BRA）混合料的性能，并确定BRA的最佳掺量，通过试验对不同掺量的BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料、普通沥青混合料的水稳定性、低温抗裂性及高温稳定性等路用性能进行对比分析。结果表明，BRA改性沥青混合料具有良好的水稳定性和高温稳定性；根据不同掺量下AC-20混合料各性能指标的变化规律，推荐BRA掺量为3%，此时其水稳定性、高温稳定性与SBS改性沥青混合料基本持平或稍优，但低温性能相对较差，特别适用于温度较高的地区。

公路；布敦岩沥青（BRA）；沥青混合料；最佳掺量；路用性能

由于聚合物改性沥青（如SBR、SBS）在施工工艺和改性设备等方面要求较高，且聚合物改性剂和基质沥青之间存在离析的问题，在一定程度上限制了聚合物改性沥青路面在中国的应用。近些年来，专家学者们越来越重视天然岩沥青在中国交通建设中的应用研究，特别是在诸多物理、化学改性剂中备受关注的布敦岩沥青（BRA）。

BRA主要由沥青（22%～28%）和石灰岩类矿物质构成，呈浅褐色。由于BRA是在自然条件下经长期物理变化形成的，其性质极其稳定、耐久性能好，作为石油沥青的改性剂可起到良好的效果。同时BRA中具有粒径很小的与石灰岩性质相似的矿粒，对沥青具有很好的吸收性，有利于加强矿料与沥青之间的粘结和粘附作用，在印度尼西亚具有活性剂之称，是一种普遍应用的道路交通材料。但由于JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》未对天然沥青提出施工技术要求，这在一定程度上阻碍了布敦岩沥青在中国道路工程建设中的推广与应用。为此，该文通过试验对不同掺量下的BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料和普通沥青混合料的路用性能进行对比，研究BRA的改性效果，确定其最佳掺量。

1　混合料设计

1.1 原材料

选用壳牌A级70号沥青、壳牌SBS改性沥青，BRA采用干法工艺进行掺配，掺量分别取0、2%、3%、4%（BRA占混合料的质量百分比）。沥青的技术指标检验结果见表1、表2，BRA性能检测结果见表3，均符合现行规范的要求。

表1　壳牌A级70号沥青的技术指标

续表1

表2　壳牌SBS改性沥青的技术指标

表3　BRA性能检验结果

采用丰顺石场的角岩粗集料，为10～20、5～10 mm碎石；细集料采用丰顺石场的角岩0～3mm石屑。集料检测结果见表4～6，其各项指标均符合现行规范的要求。

1.2级配和最佳油石比

AC-20混合料矿料级配为10～20mm碎石∶5～10mm碎石∶0～3mm石屑∶矿粉∶水泥=50 ∶14∶30∶4∶2，其中0～3mm石屑100%除尘。由于把BRA中的灰分看作矿粉，BRA改性沥青AC -20混合料设计中仅对矿料级配稍作调整，其余与SBS改性沥青AC-20混合料一样。BRA改性沥青AC-20混合料的合成级配见表7。按照规范要求，采用马歇尔试验配合比设计方法确定BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料、普通沥青混合料的最佳油石比，分别为4.8%（为便于试验结果对比，不同掺量的BRA改性沥青混合料统一采用4.8%油石比）、4.79%和4.9%，目标空隙率为4.5%。

表4　集料性能检测结果

表5　细集料性能检测结果

2　混合料性能试验研究

2.1 水稳定性能

采用浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验测试沥青混合料的水稳定性能，试验结果见表8。

由表8可知：BRA改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料、普通沥青混合料的残留稳定度均满足规范要求，且增加BRA的掺量，马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度均有所增加，残留稳定度有所减小，但变化幅度均不大；BRA掺量为3%时，BRA改性沥青混合料的马歇尔稳定度与浸水马歇尔稳定度值均稍大于SBS改性沥青混合料；BRA掺量从2%逐渐增加到4%时，劈裂抗拉强度逐渐增大；BRA掺量为2%、3%、4%时的冻融劈裂抗拉强度分别比普通沥青混合料提高47%、61%、75%，且当BRA掺量大于2%时，其劈裂抗拉强度稍优于SBS改性沥青混合料。

表6　粗、细集料筛分结果

级配类型通过下列筛孔（mm）的质量百分率/% 26.5　19　16　13.2　9.5　4.752.361.18　0.6　0.3　0.150.075合成级配　100　96.484.766.653.442.034.322.215.611.3　8.0　5.4上限　100　95.075.062.052.038.028.020.015.010.0　6.0　4.0下限　100100.090.080.072.058.046.034.027.020.014.0　8.0

表8　不同沥青混合料水稳定性试验结果

2.2高温稳定性能

采用以动稳定度为指标的车辙试验方法对BRA改性沥青混合料、普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料的高温稳定性能进行对比分析，试验结果见表9。

由表9可知：BRA改性沥青混合料的动稳定度随着BRA掺量的提高而逐渐提高；添加2%、3%、4%BRA的混合料的动稳定度分别比普通沥青混合料提高120%、192%、208%，但仍不及SBS改性沥青；SBS改性沥青混合料的动稳定度比普通沥青混合料提高303%。

表9　不同沥青混合料的动稳定度试验结果

2.3低温抗裂性能

采用低温弯曲试验评价AC-20混合料的低温抗裂性能，试验结果见表10和图1。

表10　不同沥青混合料的低温抗裂性能试验结果

图1　BRA改性沥青混合料低温弯曲试验结果

图1表明：增加BRA的掺量，BRA改性沥青混合料的低温抗裂性能逐渐降低，添加2%、3%、4% BRA的AC-20型沥青混合料的破坏应变分别比普通沥青混合料降低1.86%、4.38%、15.36%，且降低比例随着掺量的增加而增大；破坏时的弯曲劲度模量则分别比普通沥青混合料增加4.2%、13. 9%、34.6%。BRA改性沥青混合料的低温抗裂性能明显低于SBS改性沥青混合料。

3　结论

混合料的水稳定性，添加2%、3%、4%BRA的AC -20型沥青混合料的水稳定性与SBS改性沥青混合料、普通沥青混合料差别不大，均符合规范要求。

（2）添加2%、3%、4%BRA的沥青混合料的动稳定度分别比普通沥青混合料提高120%、192%、208%，但不及SBS改性沥青混合料。

（3）增加BRA的掺量，BRA改性沥青混合料的沥青低温抗裂性能逐渐降低，添加2%、3%、4% BRA的AC-20型沥青混合料的破坏应变分别比普通沥青混合料降低1.86%、4.38%、15.36%，且降低比例随掺量的增加而增大。

（4）基于不同掺量下AC-20混合料各性能指标的变化规律，推荐BRA的掺量为3%，此时其水稳定性能、高温稳定性能与SBS改性沥青混合料基本持平或稍优，但低温性能相对较差，故特别适用于温度较高的地区。

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（1）根据马歇尔残留稳定度和冻融劈裂比评价

U416.217

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1671-2668（2016）04-0074-04

2016-02-11