布敦岩沥青改性沥青混合料的室内试验研究

2016-12-07麦宇博林远煌

广东建材 2016年11期

关键词：油石车辙集料

麦宇博林远煌

（1广州市市政集团有限公司市政工程分公司；2广东省建筑材料研究院）

布敦岩沥青改性沥青混合料的室内试验研究

麦宇博1林远煌2

（1广州市市政集团有限公司市政工程分公司；2广东省建筑材料研究院）

试验研究了掺加不同比例布敦岩沥青对基质沥青针入度和软化点的影响及AC-13C型布敦岩沥青改性沥青混合料的路用性能，结果表明，布敦岩沥青改性沥青混合料具有优良的高温稳定性能，布敦岩沥青能显著改善和提高沥青路面性能。

布敦岩沥青；高温性能；路面性能

1　前言

布敦岩沥青（BRA）产自南太平洋印度尼西亚苏拉威西省布敦岛（BUTON）。BRA是石油在岩石夹缝中经过长达亿万年的沉积变化，在热、压力、氧化、融媒、细菌的综合作用下生成的沥青类物质。BRA是天然沥青中的一种，其他天然沥青包括湖沥青、海底沥青等。

由于天然沥青常年与自然环境共存，性质特别稳定，且通常具有非常优良的路用性能。天然沥青不直接作为一种沥青使用，而是作为人工炼制沥青的改性剂少量掺配使用，形成改性沥青，使之优良的技术性能得到最大发挥。与SBS等人工改性沥青相比，天然岩沥青是石油基的固体，与沥青的相容性非常好，改性后不离析，改性后的沥青性质更稳定。大量研究与工程实践表明，使用天然改性沥青铺筑的沥青路面，具有高使用寿命、高稳定性、高抗水损与很强的耐微生物侵蚀的能力、很高的抗疲劳强度，显著改善和提高沥青路面性能。本文对布敦岩沥青及其混合料的性能进行了室内试验研究。

2　BRA沥青分级指标体系的评价

基质沥青采用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#沥青，BRA的掺加比例分别为0%、20%、30%、40%、50%、100%。（本文中的掺加比例均为外掺法，即BRA掺加量与基质沥青的质量比）将基质沥青加热到135℃，手工搅拌10分钟左右，使BRA均匀的分散在基质沥青中，避免因BRA含过多的矿物成分而产生离析；然后直接放入170℃烘箱中发育1个小时，即可浇注沥青试模。

图1、图2结果表明：随着BRA含量的增加，混和沥青的针入度不断下降，说明混和沥青的稠度增大，掺加BRA后能使沥青变硬，抵抗变型能力有所增强；软化点逐渐升高，说明岩沥青对提高沥青的热稳定性有积极贡献，掺量越大，混和沥青的热稳定性越高。但BRA含有较多的矿物质，试验结果会受到影响。

表1　不同BRA掺量下的针入度软化点试验结果对比

图1　 BRA掺量对针入度的影响

图2　 BRA掺量对软化点的影响

3　AC-13C型布敦岩沥青改性沥青混合料路用性能研究

3.1原材料试验

试验集料选用雷州市草罗岭采石有限公司的玄武岩集料10～15mm碎石、5～10mm碎石、0～5mm石屑。矿粉采用广州市从化吕田石芯碳酸钙粉厂的石灰石矿粉。基质沥青选用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#沥青，相对密度1.029。（试验结果详见表2、表3）

3.2AC-13C型沥青混合料级配的确定

根据各种矿料的筛分级配结果，结合混合料级配要求，用EXCEL计算各矿料配比组成，其合成级配见表4、表5。

3.3最佳油石比的确定

3.3.1基质沥青混合料油石比的确定

试验采用高富70#沥青，按3个不同油石比制备试件进行马歇尔试验(击实温度控制在145～155℃)，结果见表6。按确定最佳油石比的步骤，从表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%。综合考虑，选取最佳油石比OAC为4.9%。

3.3.2布敦岩沥青改性（直投法）沥青混合料油石比的确定

拌合方式：先将未加热的岩沥青和加热到190℃的集料干拌30S，以使岩沥青均匀分散在矿料中。然后将加热到160℃的AH-70#沥青按照预定用量加入，拌合90S，最后加入矿粉，再拌合90S。所得混合料在170℃恒温，然后击实75次。（表7为布敦岩沥青室内试验时的温度控制）

表2　集料混合料试验结果

表3　集料混合料筛分试验结果

表4　 AC-13C型沥青混合料合成级配

表5　 AC-13C型沥青混合料组配计算结果

抽提试验表明，布敦岩沥青中大约含有20%的纯沥青，其余80%为矿物成分，所以可以认为BRA岩沥青中含20%纯沥青，因此计算最大理论相对密度时应转化为实际值。（表8）

按确定最佳油石比的步骤，从表9通过作图法可以得到：掺加3%BRA改性沥青混合料最佳油石比为4.73%；掺加4%BRA改性沥青混合料最佳油石比为4.72%。则车辙试验所用级配见表10。

表6　基质沥青混合料配合比设计马歇尔稳定度试验结果

表7　 BRA岩沥青室内试验时的温度控制

表9　 AC-13C型沥青混合料配合比设计马歇尔稳定度试验结果

表10　 AC-13C车辙试验所用级配

3.4沥青混合料高温稳定性检验

为了检验沥青混合料的抗车辙能力，按最佳油石比分别制备标准试件，在60℃、0.7MPa的试验条件下进行车辙试验，结果见表11。

3.5试验结果分析

从表6、表9、表11可知，采用布敦岩沥青改性的沥青混合料具有优良的使用性能：

⑴马歇尔试验的各项指标都达到规范的要求，其中，BRA改性沥青混合料的马歇尔稳定度在18kN以上，远高于规范要求的7.5kN和基质沥青混合料的15.5kN。

⑵高温稳定性好：由表11可知，掺加3%和4%BRA岩沥青改性沥青混合料车辙结果远大于2800次，已经满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》1-4区改性沥青的技术要求；掺加4%BRA岩沥青改性沥青混合料的动稳定度要比掺加3%BRA岩沥青的大1317次/mm，从45min车辙变形量来看，掺加4%BRA改性沥青混合料要比基质沥青混合料和掺加3%BRA改性沥青混合料的车辙变形量要小得多。