BRA改性AC-20瀝青混合料的最佳摻量及路用性能研究

劉國正，趙凌曉

（長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南長沙 410007）

BRA改性AC-20瀝青混合料的最佳摻量及路用性能研究

劉國正，趙凌曉

（長沙市公路橋梁建設有限責任公司，湖南長沙 410007）

為研究布敦巖瀝青（BRA）混合料的性能，并確定BRA的最佳摻量，通過試驗對不同摻量的BRA改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、普通瀝青混合料的水穩定性、低溫抗裂性及高溫穩定性等路用性能進行對比分析。結果表明，BRA改性瀝青混合料具有良好的水穩定性和高溫穩定性；根據不同摻量下AC-20混合料各性能指標的變化規律，推薦BRA摻量為3%，此時其水穩定性、高溫穩定性與SBS改性瀝青混合料基本持平或稍優，但低溫性能相對較差，特別適用于溫度較高的地區。

公路；布敦巖瀝青（BRA）；瀝青混合料；最佳摻量；路用性能

由于聚合物改性瀝青（如SBR、SBS）在施工工藝和改性設備等方面要求較高，且聚合物改性劑和基質瀝青之間存在離析的問題，在一定程度上限制了聚合物改性瀝青路面在中國的應用。近些年來，專家學者們越來越重視天然巖瀝青在中國交通建設中的應用研究，特別是在諸多物理、化學改性劑中備受關注的布敦巖瀝青（BRA）。

BRA主要由瀝青（22%～28%）和石灰巖類礦物質構成，呈淺褐色。由于BRA是在自然條件下經長期物理變化形成的，其性質極其穩定、耐久性能好，作為石油瀝青的改性劑可起到良好的效果。同時BRA中具有粒徑很小的與石灰巖性質相似的礦粒，對瀝青具有很好的吸收性，有利于加強礦料與瀝青之間的粘結和粘附作用，在印度尼西亞具有活性劑之稱，是一種普遍應用的道路交通材料。但由于JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》未對天然瀝青提出施工技術要求，這在一定程度上阻礙了布敦巖瀝青在中國道路工程建設中的推廣與應用。為此，該文通過試驗對不同摻量下的BRA改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和普通瀝青混合料的路用性能進行對比，研究BRA的改性效果，確定其最佳摻量。

1　混合料設計

1.1 原材料

選用殼牌A級70號瀝青、殼牌SBS改性瀝青，BRA采用干法工藝進行摻配，摻量分別取0、2%、3%、4%（BRA占混合料的質量百分比）。瀝青的技術指標檢驗結果見表1、表2，BRA性能檢測結果見表3，均符合現行規范的要求。

表1　殼牌A級70號瀝青的技術指標

續表1

表2　殼牌SBS改性瀝青的技術指標

表3　BRA性能檢驗結果

采用豐順石場的角巖粗集料，為10～20、5～10 mm碎石；細集料采用豐順石場的角巖0～3mm石屑。集料檢測結果見表4～6，其各項指標均符合現行規范的要求。

1.2級配和最佳油石比

AC-20混合料礦料級配為10～20mm碎石∶5～10mm碎石∶0～3mm石屑∶礦粉∶水泥=50 ∶14∶30∶4∶2，其中0～3mm石屑100%除塵。由于把BRA中的灰分看作礦粉，BRA改性瀝青AC -20混合料設計中僅對礦料級配稍作調整，其余與SBS改性瀝青AC-20混合料一樣。BRA改性瀝青AC-20混合料的合成級配見表7。按照規范要求，采用馬歇爾試驗配合比設計方法確定BRA改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、普通瀝青混合料的最佳油石比，分別為4.8%（為便于試驗結果對比，不同摻量的BRA改性瀝青混合料統一采用4.8%油石比）、4.79%和4.9%，目標空隙率為4.5%。

表4　集料性能檢測結果

表5　細集料性能檢測結果

2　混合料性能試驗研究

2.1 水穩定性能

采用浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗測試瀝青混合料的水穩定性能，試驗結果見表8。

由表8可知：BRA改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、普通瀝青混合料的殘留穩定度均滿足規范要求，且增加BRA的摻量，馬歇爾穩定度、浸水馬歇爾穩定度均有所增加，殘留穩定度有所減小，但變化幅度均不大；BRA摻量為3%時，BRA改性瀝青混合料的馬歇爾穩定度與浸水馬歇爾穩定度值均稍大于SBS改性瀝青混合料；BRA摻量從2%逐漸增加到4%時，劈裂抗拉強度逐漸增大；BRA摻量為2%、3%、4%時的凍融劈裂抗拉強度分別比普通瀝青混合料提高47%、61%、75%，且當BRA摻量大于2%時，其劈裂抗拉強度稍優于SBS改性瀝青混合料。

表6　粗、細集料篩分結果

級配類型通過下列篩孔（mm）的質量百分率/% 26.5　19　16　13.2　9.5　4.752.361.18　0.6　0.3　0.150.075合成級配　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　不同瀝青混合料水穩定性試驗結果

2.2高溫穩定性能

采用以動穩定度為指標的車轍試驗方法對BRA改性瀝青混合料、普通瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的高溫穩定性能進行對比分析，試驗結果見表9。

由表9可知：BRA改性瀝青混合料的動穩定度隨著BRA摻量的提高而逐漸提高；添加2%、3%、4%BRA的混合料的動穩定度分別比普通瀝青混合料提高120%、192%、208%，但仍不及SBS改性瀝青；SBS改性瀝青混合料的動穩定度比普通瀝青混合料提高303%。

表9　不同瀝青混合料的動穩定度試驗結果

2.3低溫抗裂性能

采用低溫彎曲試驗評價AC-20混合料的低溫抗裂性能，試驗結果見表10和圖1。

表10　不同瀝青混合料的低溫抗裂性能試驗結果

圖1　BRA改性瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

圖1表明：增加BRA的摻量，BRA改性瀝青混合料的低溫抗裂性能逐漸降低，添加2%、3%、4% BRA的AC-20型瀝青混合料的破壞應變分別比普通瀝青混合料降低1.86%、4.38%、15.36%，且降低比例隨著摻量的增加而增大；破壞時的彎曲勁度模量則分別比普通瀝青混合料增加4.2%、13. 9%、34.6%。BRA改性瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯低于SBS改性瀝青混合料。

3　結論

混合料的水穩定性，添加2%、3%、4%BRA的AC -20型瀝青混合料的水穩定性與SBS改性瀝青混合料、普通瀝青混合料差別不大，均符合規范要求。

（2）添加2%、3%、4%BRA的瀝青混合料的動穩定度分別比普通瀝青混合料提高120%、192%、208%，但不及SBS改性瀝青混合料。

（3）增加BRA的摻量，BRA改性瀝青混合料的瀝青低溫抗裂性能逐漸降低，添加2%、3%、4% BRA的AC-20型瀝青混合料的破壞應變分別比普通瀝青混合料降低1.86%、4.38%、15.36%，且降低比例隨摻量的增加而增大。

（4）基于不同摻量下AC-20混合料各性能指標的變化規律，推薦BRA的摻量為3%，此時其水穩定性能、高溫穩定性能與SBS改性瀝青混合料基本持平或稍優，但低溫性能相對較差，故特別適用于溫度較高的地區。

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（1）根據馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂比評價

U416.217

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1671-2668（2016）04-0074-04

2016-02-11