濕法加工BRA改性瀝青混合料性能研究

張立敏

(安徽省公路工程檢測中心；橋梁與隧道工程檢測安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230051)

0 引 言

布敦巖瀝青(BRA)具有氮分子含量較高、含樹膠及不含蠟等優(yōu)點，并具有良好的“半聚合”作用及耐候性。目前國內(nèi)主要通過干法工藝將布敦巖瀝青作為瀝青混合料的外加改性劑使用，加入方式基本同礦粉，但由于布敦巖瀝青軟化點較高、熔融性較差，在干法工藝應(yīng)用過程中，短時間內(nèi)無法使BRA與混合料充分融合，從而導(dǎo)致混合料性能大打折扣，造成布敦巖瀝青在推廣應(yīng)用過程中遇到不小的挫折。濕法工藝則是將布敦巖瀝青作為基質(zhì)瀝青的改性劑使用，讓基質(zhì)瀝青先于布敦巖瀝青融合，變成改性瀝青。此工藝具有質(zhì)量穩(wěn)定、性能突出的優(yōu)點，更適應(yīng)于工程應(yīng)用。因此，濕法工藝是布敦巖瀝青推廣應(yīng)用的發(fā)展方向。

1 試驗準(zhǔn)備

首先將經(jīng)過高溫處理活性激發(fā)后的布敦巖瀝青按不同摻配比例與70號A級基質(zhì)瀝青在140～149 ℃下低溫熔合15～20 min，在此過程中需充分?jǐn)嚢瑁箮r瀝青逐漸充分地分散在基質(zhì)瀝青中；然后將熔合后的巖瀝青改性瀝青在140～149 ℃下以1 000～1 500 r/min的轉(zhuǎn)速剪切磨至細(xì)度為120目以下，制備得到BRA改性瀝青。BRA摻量(外摻)分別為0、10%、20%、30%、40%，按照上述摻量進行試驗研究。

2 配合比設(shè)計

布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青混合料配合比設(shè)計步驟參考瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，但由于布敦巖瀝青灰分含量大，故在配合比設(shè)計之初，應(yīng)將其灰分含量考慮進去，替換部分礦粉含量，具體計算公式為：替換的礦粉質(zhì)量=布敦巖瀝青摻量×灰分含量×瀝青含量。譬如油石比為5%，礦粉計算摻量為3%，布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青中布敦巖瀝青摻量為20%，布敦巖瀝青灰分含量為61.7%，則實際的礦粉摻量應(yīng)為：3%-20%×61.7%×(5%/(1+5%))=2.4%。本次選擇了國內(nèi)應(yīng)用廣泛的AC-13C和AC-20C兩種類型的級配進行布敦巖瀝青(BRA)混合料性能相關(guān)試驗研究，油石比分別選用5.2%、4.6%，礦料級配曲線如下圖所示。

圖1 兩種類型礦料級配曲線

3 室內(nèi)試驗研究

以0、10%、 20%、 30%、 40%布敦巖瀝青摻量的 BRA 改性瀝青為瀝青膠結(jié)劑，分別采用上述相同AC-13C和AC-20C型的礦料用量比例及油石比,研究BRA改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損害性能，試驗結(jié)果見表1、表2。

表1 AC-13C瀝青混合料的性能試驗結(jié)果

表2 AC-20C瀝青混合料性能試驗結(jié)果

4 工程應(yīng)用實踐

根據(jù)室內(nèi)試驗的研究結(jié)果，于2017年在安徽省六安、淮南、宿州三個市分別選取了一個路段作為布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青混合料的試驗路段，并對其進行了跟蹤監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表3～表8。

表3 各試驗段平整度檢測結(jié)果

表4 各試驗段構(gòu)造深度檢測結(jié)果

表5 各試驗段擺式摩擦系數(shù)檢測結(jié)果

表6 各試驗段車轍深度檢測結(jié)果

表7 各試驗段滲水系數(shù)檢測結(jié)果

表8 各試驗段路面外觀檢查結(jié)果

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)以上結(jié)果分析，BRA改性瀝青混合料動穩(wěn)定度隨著BRA摻量的增加而逐漸提高。相對于基質(zhì)瀝青，BRA摻量(外摻)分別為10%、20%、30%、40%的AC-13C瀝青混合料的動穩(wěn)定度分別提高了56.7%、92.1%、109.5%和130.9%,AC-20C瀝青混合料的動穩(wěn)定度分別提高了52.7%、83.1%、98.1%和133.3%，表明濕法制備的BRA改性瀝青能夠明顯改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。這主要是由于布敦巖瀝青自身的軟化點較高，布敦巖瀝青具有“半聚合作用”，布敦巖瀝青中所含瀝青的分子量高達9 000，而基質(zhì)瀝青的分子量僅為3 000，巨大的分子量使得布敦巖瀝青的內(nèi)聚力增加。

(2)濕法加工的BRA改性瀝青能夠明顯改善瀝青混合料的抗水損害能力，隨著BRA摻量的增加其瀝青混合料抗水損害性能先增加，當(dāng)摻量為30%時達到峰值，繼續(xù)加大摻量其抗水損害能力則降低，但仍能滿足規(guī)范要求。

(3)通過工后半年的監(jiān)測結(jié)果來看，各試驗段路面表面平整、密實，均未見明顯病害；各路用性能指標(biāo)略有衰減，仍均能夠滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

(4)對比監(jiān)測結(jié)果，布敦巖瀝青試驗段在路面的平整度、滲水、構(gòu)造深度、擺式摩擦系數(shù)等幾個指標(biāo)上與普通瀝青混凝土路面相差不大。但是工后半年，三條布敦巖瀝青試驗路段的車轍深度測值未見明顯衰減，衰減最大值為0.3 mm；而普通瀝青路段的車轍深度明顯衰減，衰減最大值達到1.9 mm。這說明BRA改性瀝青混合料的抗車轍性能明顯優(yōu)于普通瀝青混凝土。