布敦巖瀝青改性瀝青混合料的室內(nèi)試驗研究

麥宇博林遠(yuǎn)煌

（1廣州市市政集團有限公司市政工程分公司；2廣東省建筑材料研究院）

布敦巖瀝青改性瀝青混合料的室內(nèi)試驗研究

麥宇博1林遠(yuǎn)煌2

（1廣州市市政集團有限公司市政工程分公司；2廣東省建筑材料研究院）

試驗研究了摻加不同比例布敦巖瀝青對基質(zhì)瀝青針入度和軟化點的影響及AC-13C型布敦巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能，結(jié)果表明，布敦巖瀝青改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，布敦巖瀝青能顯著改善和提高瀝青路面性能。

布敦巖瀝青；高溫性能；路面性能

1　前言

布敦巖瀝青（BRA）產(chǎn)自南太平洋印度尼西亞蘇拉威西省布敦島（BUTON）。BRA是石油在巖石夾縫中經(jīng)過長達(dá)億萬年的沉積變化，在熱、壓力、氧化、融媒、細(xì)菌的綜合作用下生成的瀝青類物質(zhì)。BRA是天然瀝青中的一種，其他天然瀝青包括湖瀝青、海底瀝青等。

由于天然瀝青常年與自然環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定，且通常具有非常優(yōu)良的路用性能。天然瀝青不直接作為一種瀝青使用，而是作為人工煉制瀝青的改性劑少量摻配使用，形成改性瀝青，使之優(yōu)良的技術(shù)性能得到最大發(fā)揮。與SBS等人工改性瀝青相比，天然巖瀝青是石油基的固體，與瀝青的相容性非常好，改性后不離析，改性后的瀝青性質(zhì)更穩(wěn)定。大量研究與工程實踐表明，使用天然改性瀝青鋪筑的瀝青路面，具有高使用壽命、高穩(wěn)定性、高抗水損與很強的耐微生物侵蝕的能力、很高的抗疲勞強度，顯著改善和提高瀝青路面性能。本文對布敦巖瀝青及其混合料的性能進行了室內(nèi)試驗研究。

2　BRA瀝青分級指標(biāo)體系的評價

基質(zhì)瀝青采用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#瀝青，BRA的摻加比例分別為0%、20%、30%、40%、50%、100%。（本文中的摻加比例均為外摻法，即BRA摻加量與基質(zhì)瀝青的質(zhì)量比）將基質(zhì)瀝青加熱到135℃，手工攪拌10分鐘左右，使BRA均勻的分散在基質(zhì)瀝青中，避免因BRA含過多的礦物成分而產(chǎn)生離析；然后直接放入170℃烘箱中發(fā)育1個小時，即可澆注瀝青試模。

圖1、圖2結(jié)果表明：隨著BRA含量的增加，混和瀝青的針入度不斷下降，說明混和瀝青的稠度增大，摻加BRA后能使瀝青變硬，抵抗變型能力有所增強；軟化點逐漸升高，說明巖瀝青對提高瀝青的熱穩(wěn)定性有積極貢獻，摻量越大，混和瀝青的熱穩(wěn)定性越高。但BRA含有較多的礦物質(zhì)，試驗結(jié)果會受到影響。

表1　不同BRA摻量下的針入度軟化點試驗結(jié)果對比

圖1　 BRA摻量對針入度的影響

圖2　 BRA摻量對軟化點的影響

3　AC-13C型布敦巖瀝青改性瀝青混合料路用性能研究

3.1原材料試驗

試驗集料選用雷州市草羅嶺采石有限公司的玄武巖集料10～15mm碎石、5～10mm碎石、0～5mm石屑。礦粉采用廣州市從化呂田石芯碳酸鈣粉廠的石灰石礦粉?；|(zhì)瀝青選用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#瀝青，相對密度1.029。（試驗結(jié)果詳見表2、表3）

3.2AC-13C型瀝青混合料級配的確定

根據(jù)各種礦料的篩分級配結(jié)果，結(jié)合混合料級配要求，用EXCEL計算各礦料配比組成，其合成級配見表4、表5。

3.3最佳油石比的確定

3.3.1基質(zhì)瀝青混合料油石比的確定

試驗采用高富70#瀝青，按3個不同油石比制備試件進行馬歇爾試驗(擊實溫度控制在145～155℃)，結(jié)果見表6。按確定最佳油石比的步驟，從表7中可以得到：OACmin=4.8%,OACmax=5.1%；a1=5.5，a2=4.5,a3=4.8，故OAC1=4.9%；OAC2=(OACmin+OACmax)/2=4.9%。綜合考慮，選取最佳油石比OAC為4.9%。

3.3.2布敦巖瀝青改性（直投法）瀝青混合料油石比的確定

拌合方式：先將未加熱的巖瀝青和加熱到190℃的集料干拌30S，以使巖瀝青均勻分散在礦料中。然后將加熱到160℃的AH-70#瀝青按照預(yù)定用量加入，拌合90S，最后加入礦粉，再拌合90S。所得混合料在170℃恒溫，然后擊實75次。（表7為布敦巖瀝青室內(nèi)試驗時的溫度控制）

表2　集料混合料試驗結(jié)果

表3　集料混合料篩分試驗結(jié)果

表4　 AC-13C型瀝青混合料合成級配

表5　 AC-13C型瀝青混合料組配計算結(jié)果

抽提試驗表明，布敦巖瀝青中大約含有20%的純?yōu)r青，其余80%為礦物成分，所以可以認(rèn)為BRA巖瀝青中含20%純?yōu)r青，因此計算最大理論相對密度時應(yīng)轉(zhuǎn)化為實際值。（表8）

按確定最佳油石比的步驟，從表9通過作圖法可以得到：摻加3%BRA改性瀝青混合料最佳油石比為4.73%；摻加4%BRA改性瀝青混合料最佳油石比為4.72%。則車轍試驗所用級配見表10。

表6　基質(zhì)瀝青混合料配合比設(shè)計馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表7　 BRA巖瀝青室內(nèi)試驗時的溫度控制

表9　 AC-13C型瀝青混合料配合比設(shè)計馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表10　 AC-13C車轍試驗所用級配

3.4瀝青混合料高溫穩(wěn)定性檢驗

為了檢驗瀝青混合料的抗車轍能力，按最佳油石比分別制備標(biāo)準(zhǔn)試件，在60℃、0.7MPa的試驗條件下進行車轍試驗，結(jié)果見表11。

3.5試驗結(jié)果分析

從表6、表9、表11可知，采用布敦巖瀝青改性的瀝青混合料具有優(yōu)良的使用性能：

⑴馬歇爾試驗的各項指標(biāo)都達(dá)到規(guī)范的要求，其中，BRA改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度在18kN以上，遠(yuǎn)高于規(guī)范要求的7.5kN和基質(zhì)瀝青混合料的15.5kN。

⑵高溫穩(wěn)定性好：由表11可知，摻加3%和4%BRA巖瀝青改性瀝青混合料車轍結(jié)果遠(yuǎn)大于2800次，已經(jīng)滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》1-4區(qū)改性瀝青的技術(shù)要求；摻加4%BRA巖瀝青改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度要比摻加3%BRA巖瀝青的大1317次/mm，從45min車轍變形量來看，摻加4%BRA改性瀝青混合料要比基質(zhì)瀝青混合料和摻加3%BRA改性瀝青混合料的車轍變形量要小得多。

表11　 AC-13C車轍試驗結(jié)果

4　結(jié)論

⑴摻加BRA的基質(zhì)瀝青能隨摻量的增大，針入度不斷下降，軟化點逐漸升高，但BRA含有較多的礦物質(zhì)，試驗結(jié)果會受到影響；

⑵BRA摻加使瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度明顯增大，得出的結(jié)果要比技術(shù)規(guī)范的≥7.5KN要大很多；

⑶摻加BRA的AC-13C瀝青混合料60℃車轍試驗結(jié)果符合改性瀝青的規(guī)范要求，說明布敦巖瀝青確實能顯著改善和提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能；BRA摻加量為4%（相對于礦物質(zhì)）時抗車轍效果最好?！?/p>

[1]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[3]JTG E42-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通