巖瀝青改性瀝青混合料的試驗(yàn)及應(yīng)用研究

王 飛

（海南公路工程有限公司,海南 東方 572000）

0 引言

巖瀝青是一種天然石油瀝青，化學(xué)性能穩(wěn)定，含有較多的瀝青質(zhì)且對礦物質(zhì)的吸附能力強(qiáng)[1]。已有相關(guān)研究表明，巖瀝青可以有效改善普通基質(zhì)瀝青路面的高溫、水穩(wěn)定及抗疲勞性能[2-3]。目前，國外常用的巖瀝青有產(chǎn)自北美的5U 巖瀝青、產(chǎn)自印尼的BRA 巖瀝青，國內(nèi)常用的有產(chǎn)自四川的青川巖瀝青，產(chǎn)自新疆的烏爾禾巖瀝青[4]。但目前國內(nèi)外對國產(chǎn)青川巖瀝青缺乏系統(tǒng)的研究，工程應(yīng)用中多采用經(jīng)驗(yàn)法確定摻量，缺乏理論依據(jù)。

該文基于AC-13 級配，對不同摻量下巖瀝青改性瀝青混合料進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

（1）瀝青：基質(zhì)瀝青采用中海70 號瀝青，巖瀝青采用國產(chǎn)青川巖瀝青，兩種瀝青的性能檢測結(jié)果分別如表1~2 所示。

表1 70 號基質(zhì)瀝青相關(guān)性能

表2 巖瀝青主要性能指標(biāo)

（2）集料。集料選用石灰?guī)r碎石，礦料為石灰?guī)r粉末，相關(guān)性能見表3。

表3 集料性能檢測結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

（1）級配設(shè)計(jì)。選用AC-13 型級配，級配設(shè)計(jì)如表4 所示。

表4 AC-13 級配設(shè)計(jì)

（2）確定最佳油石比。初選3.5%~6.0%為初始油石比，以0.5%作為油石比間隔分別制備試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，不同油石比下的試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示。分析表5 所示各指標(biāo)與油石比的關(guān)系得到最佳油石比為4.7%，其所對應(yīng)的體積參數(shù)見表6。

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表6 最佳油石比對應(yīng)馬歇爾體積參數(shù)

1.3 試驗(yàn)方案

結(jié)合工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究[6-7]，該次試驗(yàn)中巖瀝青的摻量分別取5%、7.5%及10%，參照相關(guān)規(guī)范[8]進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案見表7。

表7 室內(nèi)試驗(yàn)方案

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 高溫穩(wěn)定性

車轍試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖1 可知，巖瀝青摻量分別為5%、7.5%、10%時，相對于基質(zhì)瀝青混合料，動穩(wěn)定度分別增長了6.67%、139.74%、63.93%，摻量為7.5%時，高溫穩(wěn)定性能最佳，提升最為顯著。觀察圖1 動穩(wěn)定度變化幅度可知，摻入巖瀝青后，混合料的高溫穩(wěn)定性先增后降，當(dāng)摻量由0%提高到5%時，動穩(wěn)定度僅增長了6.67%，隨后當(dāng)摻量由5%提升到7.5%后，動穩(wěn)定增長了124.73%，高溫穩(wěn)定性成倍提升，但當(dāng)摻量大于7.5%后，高溫穩(wěn)定性開始降低。因此，考慮高溫穩(wěn)定性能，巖瀝青最佳摻量宜控制在7.5%作用。

2.2 低溫抗裂性

低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由圖2 可知，相比于基質(zhì)瀝青混合料，巖瀝青摻量分別為5%、7.5%、10%時，彎拉破壞應(yīng)變分別增長了4.41%、8.14%、-6.21%，摻量為7.5%時，低溫抗裂性能最佳，有較好的提升；摻入巖瀝青后，混合料的彎拉破壞應(yīng)變先增后降，當(dāng)巖摻量大于7.5%，彎拉破壞應(yīng)變出現(xiàn)大幅度降低，甚至低于基質(zhì)瀝青混合料，不滿足規(guī)范[5]規(guī)定的彎拉破壞應(yīng)變≥2 500 με 的要求。

2.3 水穩(wěn)定性

凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，凍融劈裂強(qiáng)度比隨巖瀝青摻量增加先增后降，當(dāng)摻量分別為5%、7.5%、10%時，凍融劈裂強(qiáng)度比分別增長了4.41%、8.14%、0.33%，當(dāng)摻量為7.5%時，水穩(wěn)定性能最佳。當(dāng)摻量大于7.5%后，水穩(wěn)定性開始降低，摻量達(dá)到10%后，此時水穩(wěn)定性能與基質(zhì)瀝青混合料相當(dāng)，無明顯改善效果。

2.4 抗疲勞性能

疲勞試驗(yàn)結(jié)果如表8 所示。

表8 疲勞試驗(yàn)結(jié)果（200 με 應(yīng)變水平）

由表8 可知，相比于基質(zhì)瀝青混合料，當(dāng)摻量分別為5%、7.5%、10%時，疲勞次數(shù)分別提升了79.01%、130.39%、97.02%，疲勞性能得到了顯著提升；摻入巖瀝青后，疲勞性能先增后降，并在巖瀝青摻量為7.5%時達(dá)到最大值。因此，考慮疲勞性能，巖瀝青的摻量不宜超過7.5%。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某新建高速公路全長134.362 km，雙向6 車道（寬30 m），路面上面層采用青川巖改性瀝青混合料，具體路面結(jié)構(gòu)見圖4。施工現(xiàn)場，巖瀝青摻量取7.5%，現(xiàn)場所采用的級配、油石比設(shè)計(jì)均同室內(nèi)試驗(yàn)。施工過程中嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)與規(guī)范要求進(jìn)行施工與檢測。

圖4 瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

3.2 路面性能檢測

施工現(xiàn)場，對拌和樓內(nèi)的拌和料隨機(jī)抽樣進(jìn)行檢測，相關(guān)檢測結(jié)果見表9。

表9 施工現(xiàn)場拌和料抽樣檢測結(jié)果

表9 表明現(xiàn)場所拌混合料的相關(guān)性能檢測結(jié)果符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，同時與前述室內(nèi)試驗(yàn)所得結(jié)果基本一致。該高速公路完成施工后，對該公路進(jìn)行了驗(yàn)收檢測，結(jié)果見表10。

表10 路面性能驗(yàn)收檢測結(jié)果

表10 表明該新建公路的相關(guān)性能驗(yàn)收檢測結(jié)果均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，性能良好。該公路通車2 年內(nèi)，對其進(jìn)行了持續(xù)觀測，觀測發(fā)現(xiàn)該公路所處區(qū)域常年高溫多雨，且承受了較大的車流量及重載交通，但通車兩年內(nèi)未出現(xiàn)明顯車轍與裂縫，路面平整度較高，長期路用性能優(yōu)異。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

對具體生產(chǎn)實(shí)際與市場價格進(jìn)行調(diào)查分析后，得到國內(nèi)常用的幾種改性瀝青成本對比情況如表11 所示。

表11 改性瀝青成本對標(biāo)

由表11 可知，相較于其他類改性瀝青，國產(chǎn)青川巖改性瀝青的價格最低。以該次工程應(yīng)用為實(shí)例，鋪筑長100 km、寬30 m、厚18 cm 的瀝青路面所需瀝青為68 000 t。相對于SBS 改性瀝青、TLA 改性，采用青川巖改性瀝青后，總成本分別降低（5 202~5 419.6）萬元、（6 834~13 668）萬元，在保證路面各項(xiàng)使用性能的基礎(chǔ)上，總成本得到了有效控制，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

該文基于AC-13 級配，對不同摻量下巖瀝青改性瀝青混合料進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對實(shí)際應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）在普通基質(zhì)瀝青混合中摻入一定量的巖瀝青后，混合料的高溫性能與抗疲勞性能提升十分顯著，水穩(wěn)定性能與低溫抗裂性也得到了較好提升，各項(xiàng)性能均在巖瀝青摻量為7.5%時達(dá)到最佳值。

（2）工程應(yīng)用表明：采用青川巖瀝青改性瀝青混合料進(jìn)行路面鋪筑后，道路的長期路用性能優(yōu)異，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

（3）相比于SBS 改性瀝青、TLA 改性瀝青，青川巖改性瀝青具備明顯的價格優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（4）綜合性能與經(jīng)濟(jì)效益考慮，建議在實(shí)際應(yīng)用中，青川巖瀝青的最佳摻量取7.5%左右。