基于布敦岩沥青（BRA）的改性沥青特性试验研究

刘威

【摘 要】我国大部分高速公路多为沥青路面，随着交通量的增大道路承受荷载的能力需求也需要大大的提升，为消除道路车辙、剥落、坑槽等一系列病害，寻求提高改性沥青路用性能指标、延长道路使用寿命的方法，开展了基于BRA布敦岩沥青的改性沥青特性试验研究。

【关键词】BRA布敦岩沥青；BRA改性沥青；动态模量；元素成分

【Abstract】Most of the highway in our country for asphalt pavement，bear load capacity with the increase of traffic demand is greatly increased，to eliminate the road rut，peeling，pit slot，such as disease，seeking to improve modified asphalt performance indicators，prolong the service life of road， carried out based on the cloth BRA，rock asphalt modified asphalt properties of experimental research.

【Key words】BRA Asphalt；Marshall Test；Dynamic Modulus；Element Composition

0 引言

岩沥青是石油在岩石缝隙中经过很长时间的沉积、变化，在热、压力、氧化、细菌等自然条件综合作用下形成的沥青类物质[1]。岩沥青属于天然沥青，天然沥青还包括湖沥青、海底沥青等。岩沥青在国外有许多代表性产品，包括位于印度尼西亚布敦岛岩沥青，美国盛产的北美天然岩沥青（见图1）、瑞士瓦勒德特朗弗斯地区的沙特尔和意大利的拉古萨。在国内新疆境内的克拉玛依、四川青川（见图2）、甘肃等很多地区，也发现了储备量很大的天然岩沥青矿。

1 岩类改性沥青国内外研究现状

随着人类社会的进步，我们对各类公路工程应用中的改性材料有了更加完善的认识[2]，因为前几年的石油价格较低，各类聚合物作为石油下游的产品，其改性技术得到了推广应用。现在市场上最常用改性技术的为SBS改性技术，但是随着油价的一步步提升，其改性成本也成了我们需要考虑的重要因素，因此天然沥青的改性技术也越来越引起业内广泛的关注。国内使用最为广泛的天然沥青为BRA布敦岩沥青，BRA改性和SBS改性只是沥青改性条件不同，其他工程条件均大致相同，在非特定条件下的改性沥青混凝土工程中都可以应用。

2 BRA改性沥青实验研究方案

BRA改性沥青混合料实验方案设计如下。1）BRA湿法改性沥青混合料。湿法改性先将BRA倒入沥青中混融6min、再倒入粗细骨料搅拌1.5min、再倒入矿粉搅拌1.5min。2）BRA干法改性沥青混合料。干法是将BRA同矿料加热倒入搅拌锅预拌1min，倒入A-70#沥青拌合1.5min，再倒入矿粉拌合1.5min。3）对比性实验-SBS改性沥青混合料。

3 BRA改性沥青与天然沥青的对比

天然沥青一般分为两种类型：开釆出来系纯净或仅含少量矿物质的天然沥青（比如格鲁吉亞地区的天然沥青）；从沥青岩石（主要为砂岩）中使用水或其他溶剂提取出的的天然沥青（比如巴希洛夫、原苏联苏古洛夫等地区的天然沥青）。我们同时表明，沥青岩为含沥青的岩石，沥青粉为磨细后沥青岩。含有岩沥青的改性沥青有诸多优点（与未加入岩沥青的基质沥青比较而言）：高温稳定性能好，即在高温条件下改性沥青的抗流动变形能力较强，改性沥青的高温稳定性的性能可以延长道路的使用寿命和提高道路抵抗车载负荷的能力。天然岩沥青加入改性沥青后，它的闪燃温度明显提高。改性沥青添加天然岩沥青后可以增加其软化点。除了上述优点之外，因天然岩沥青可以更好的与基质沥青相溶，从而避免了一系列的拌合不均现象。不同产地、不同原油来源的基质沥青，其改性效果也会有所相同。不同天然沥青对不同基质沥青的胶化效果是不相同的。

4 BRA改性沥青特性试验分析

4.1 动态模量试验方法

通过试验可以得到3个参数：复数模量E*、动态模量|E*|和相位角φ。粘弹性材料的应力、应变特性用来表示。复数模量为一个复数，动态模量是复数模量的模，用来描述材料抵抗变形的能力。材料粘性部分和弹性部分的相对大小由相位角φ确定，完全弹性材料φ=0°，完全粘性材料的相位角φ=90°，相位角随着材料粘性增加而增加[3]。

4.2 动态模量试验成果

动态模量由试验达到稳定状态时的应力幅值和应变幅值的比值确定（见图3至图4），即沥青混合料的动态模量与加载频率正相关。

5 结论

改性沥青充分利用了现有的矿产资源，对资源综合利用起到了良性循环的作用，促进了我国岩沥青开采矿业的发展。目前，国内高速公路正在大力建设，沥青产业的发展得到了大力提升。随着改性沥青在公路建设中的大面积推广使用，不仅能扩大改性沥青的市场，还为岩沥青开采业的发展扩大了空间。国内生产的天然岩改性沥青提高了公路建设发展水平，降低了建设成本。相比而言，用天然岩改性沥青铺设的公路，其路面性能、使用寿命都有很大提升，从而也减少了之后的维修与养护费用。通过BRA改性沥青的实验研究，我们更加深刻的认识了这类岩沥青，以满足我国将来日益增长的公路建设需求，为我国公路建设事业的发展做出贡献。

通过BRA改性沥青及其改性沥青混合料试验研究可得到以下结论：

1）BRA能有效改善基质沥青的高温性能、感温性能和老化性能，使路面在高温条件下，能够经受荷载的作用而保持结构和性能的稳定，不影响其使用性能，延缓了沥青路面的老化。

2）随BRA掺量的增加，BRA 改性沥青混合料动稳定度、马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比增大，破坏应变减小，破坏劲度模量增大，混合料高温稳定性、水稳定性显著改善，低温抗裂性有所降低。考虑到高温稳定性和抗水损能力两种重要指标，BRA改性沥青更适用于我国南部地区。

3）BRA可以很大程度上提高沥青路面的使用寿命和减少早期路面车辙破坏。

4）BRA矿产资源丰富，价格低廉，对我们国家公路的发展建设、环境保护都有很大帮助。路面性能的0 引言

岩沥青是石油在岩石缝隙中经过很长时间的沉积、变化，在热、压力、氧化、细菌等自然条件综合作用下形成的沥青类物质[1]。岩沥青属于天然沥青，天然沥青还包括湖沥青、海底沥青等。岩沥青在国外有许多代表性产品，包括位于印度尼西亚布敦岛岩沥青，美国盛产的北美天然岩沥青（见图1）、瑞士瓦勒德特朗弗斯地区的沙特尔和意大利的拉古萨。在国内新疆境内的克拉玛依、四川青川（见图2）、甘肃等很多地区，也发现了储备量很大的天然岩沥青矿。

1 岩类改性沥青国内外研究现状

随着人类社会的进步，我们对各类公路工程应用中的改性材料有了更加完善的认识[2]，因为前几年的石油价格较低，各类聚合物作为石油下游的产品，其改性技术得到了推广应用。现在市场上最常用改性技术的为SBS改性技术，但是随着油价的一步步提升，其改性成本也成了我们需要考虑的重要因素，因此天然沥青的改性技术也越来越引起业内广泛的关注。国内使用最为广泛的天然沥青为BRA布敦岩沥青，BRA改性和SBS改性只是沥青改性条件不同，其他工程条件均大致相同，在非特定条件下的改性沥青混凝土工程中都可以应用。

2 BRA改性沥青实验研究方案

BRA改性沥青混合料实验方案设计如下。1）BRA湿法改性沥青混合料。湿法改性先将BRA倒入沥青中混融6min、再倒入粗细骨料搅拌1.5min、再倒入矿粉搅拌1.5min。2）BRA干法改性沥青混合料。干法是将BRA同矿料加热倒入搅拌锅预拌1min，倒入A-70#沥青拌合1.5min，再倒入矿粉拌合1.5min。3）对比性实验-SBS改性沥青混合料。

3 BRA改性沥青与天然沥青的对比

天然沥青一般分为两种类型：开釆出来系纯净或仅含少量矿物质的天然沥青（比如格鲁吉亚地区的天然沥青）；从沥青岩石（主要为砂岩）中使用水或其他溶剂提取出的的天然沥青（比如巴希洛夫、原苏联苏古洛夫等地区的天然沥青）。我们同时表明，瀝青岩为含沥青的岩石，沥青粉为磨细后沥青岩。含有岩沥青的改性沥青有诸多优点（与未加入岩沥青的基质沥青比较而言）：高温稳定性能好，即在高温条件下改性沥青的抗流动变形能力较强，改性沥青的高温稳定性的性能可以延长道路的使用寿命和提高道路抵抗车载负荷的能力。天然岩沥青加入改性沥青后，它的闪燃温度明显提高。改性沥青添加天然岩沥青后可以增加其软化点。除了上述优点之外，因天然岩沥青可以更好的与基质沥青相溶，从而避免了一系列的拌合不均现象。不同产地、不同原油来源的基质沥青，其改性效果也会有所相同。不同天然沥青对不同基质沥青的胶化效果是不相同的。

4 BRA改性沥青特性试验分析

4.1 动态模量试验方法

通过试验可以得到3个参数：复数模量E*、动态模量|E*|和相位角φ。粘弹性材料的应力、应变特性用来表示。复数模量为一个复数，动态模量是复数模量的模，用来描述材料抵抗变形的能力。材料粘性部分和弹性部分的相对大小由相位角φ确定，完全弹性材料φ=0°，完全粘性材料的相位角φ=90°，相位角随着材料粘性增加而增加[3]。

4.2 动态模量试验成果

动态模量由试验达到稳定状态时的应力幅值和应变幅值的比值确定（见图3至图4），即沥青混合料的动态模量与加载频率正相关。

图3 BRA改性沥青混合料动态模量

图4 SBS改性沥青混合料动态模量试验结果

5 结论

改性沥青充分利用了现有的矿产资源，对资源综合利用起到了良性循环的作用，促进了我国岩沥青开采矿业的发展。目前，国内高速公路正在大力建设，沥青产业的发展得到了大力提升。随着改性沥青在公路建设中的大面积推广使用，不仅能扩大改性沥青的市场，还为岩沥青开采业的发展扩大了空间。国内生产的天然岩改性沥青提高了公路建设发展水平，降低了建设成本。相比而言，用天然岩改性沥青铺设的公路，其路面性能、使用寿命都有很大提升，从而也减少了之后的维修与养护费用。通过BRA改性沥青的实验研究，我们更加深刻的认识了这类岩沥青，以满足我国将来日益增长的公路建设需求，为我国公路建设事业的发展做出贡献。

通过BRA改性沥青及其改性沥青混合料试验研究可得到以下结论：

1）BRA能有效改善基质沥青的高温性能、感温性能和老化性能，使路面在高温条件下，能够经受荷载的作用而保持结构和性能的稳定，不影响其使用性能，延缓了沥青路面的老化。

2）随BRA掺量的增加，BRA 改性沥青混合料动稳定度、马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比增大，破坏应变减小，破坏劲度模量增大，混合料高温稳定性、水稳定性显著改善，低温抗裂性有所降低。考虑到高温稳定性和抗水损能力两种重要指标，BRA改性沥青更适用于我国南部地区。

3）BRA可以很大程度上提高沥青路面的使用寿命和减少早期路面车辙破坏。

4）BRA矿产资源丰富，价格低廉，对我们国家公路的发展建设、环境保护都有很大帮助。路面性能的提高，使用寿命的延长，都表现出了BRA的独特优势。除此之外的其他性能，还需要我们进行下一步探讨。

【参考文献】

[1]曹亚东，严军，曹祖光，等.BRA天然岩沥青的性能及应用研究[J].上海建设科技，2005（1）：53-55.

[2]交通部公路科学研究所.BRA天然岩沥青路用性能研究报告[R].北京：交通部公路科学研究所，2001.

[3]杜群乐，王庆凯，王国清.BRA岩改性沥青路用性能评价的研究[J].公路，2005（8）：133-135.

[责任编辑：田吉捷]