岩沥青高强混合料BRAC-16在寒区的应用研究

雷明臣 费燕华

(1.北安至富裕高速公路工程建设指挥部，黑龙江 哈尔滨 150000； 2.江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 211899)

岩沥青高强混合料BRAC-16在寒区的应用研究

雷明臣1费燕华2

(1.北安至富裕高速公路工程建设指挥部，黑龙江 哈尔滨 150000； 2.江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 211899)

·建筑材料及应用·

为了研究高灰分布敦岩沥青(BRA)复合改性沥青胶浆的性能，以及BRA在寒区混合料中的设计应用，首先以SBS改性沥青、BRA和矿粉为原料，在粉胶比1.2的条件下，按照BRA中的灰分对矿粉0%，50%，75%和100%的替换比例，制备出四组改性沥青胶浆，然后通过针入度、软化点、布氏粘度、DSR试验表征四组改性沥青胶浆的性能，确定高灰分岩沥青对SBS改性沥青的改性效果，并以此设计沥青混合料BRAC-16，通过水稳定性实验、高温稳定性实验、低温抗裂性实验表征混合料的高低温和水稳定性能，为岩沥青在我国寒冷地区的推广应用提供参考价值。

岩沥青，SBS改性沥青，沥青混合料，BRAC-16，寒区

1 概述

黑龙江省位于我国的东北部，属于温带大陆性季风气候，是较潮湿的重冰冻地区，随着经济的发展，交通量逐渐增加，重载、超载交通已成为普遍现象[1]。在交通荷载、环境因素的共同作用下，车辙病害是黑龙江省高速公路半刚性基层沥青路面的典型病害之一。采用高强路面是改善路面抗车辙性能的有效手段，通常采用单一种类的高强改性剂制备高强沥青混合料，可以大幅提升沥青路面高温时的强度，改善高温性能[2]。然而，传统的高强改性沥青价格昂贵，施工和易性有待改善。针对单一改性方法的不足，复合改性手段代表着当今改性技术的发展方向，通过将两种以上的改性剂复合使用，可以实现降低成本、提高改性效果的作用[3，4]。本文选取高灰分岩沥青(BRA)和SBS改性沥青为原材料，制备出复合改性沥青，并采用马歇尔法对BRAC-16型复合改性沥青混合料进行室内配合比优化设计。

2 试验结果与分析

用SBS改性沥青、BRA和矿粉为原料，在粉胶比1.2的条件下，按照BRA中的灰分对矿粉0%，50%，75%和100%的替换比例，制备了BRA改性沥青胶浆。不同掺量下沥青常规性能试验结果如图1～图4所示。

1)BRA对沥青胶浆软化点的影响。

从图1中可以看出，对于SBS改性沥青胶浆，替换比例达到75%时，软化点已超过100 ℃，相比较0%替换的SBS改性沥青胶浆，提升了10 ℃以上。

2)BRA对沥青胶浆针入度的影响。

从图2中可以看出，对于SBS改性沥青胶浆，其针入度均随着灰分替代矿粉比例的增加而降低，表明BRA掺入以后提高了沥青胶浆的稠度，改善了抵抗变形的能力。

3)BRA对沥青胶浆粘度的影响。

从图3中可以看出，对于SBS沥青胶浆，在100 ℃时通过添加BRA提高了高温粘度，而在135 ℃和175 ℃时，随着替换比例的增加，粘度反而有所降低，表明BRA可以同时提高SBS沥青胶浆的高温性能和施工和易性，从而降低施工难度。

4)BRA对沥青胶浆流变性能的影响。

从图4可知，对于SBS改性沥青胶浆，其复合模量随着替换比例的增加而增大，进一步验证了BRA可以提高胶浆的高温性能。

3 复合改性BRAC-16配合比设计

3.1 BRAC-16级配设计

3.1.1级配选择

由碾子山海通碎石厂提供的集料，规格为11 mm～18 mm,6 mm～11 mm,3 mm～6 mm和0 mm～3 mm，依次为1号、2号、3号、4号料。岩沥青掺量为集料质量的3.5%，设计三种合成级配，不同级配的通过率如表1所示。

表1 三种合成级配通过率明细

3.1.2试验级配评价

参照以往沥青路面AC-16目标配合比的工程应用情况，选择油石比5.3%(含BRA中折算的可溶沥青)作为三种初试级配的油石比、双面各击实75次成型马歇尔试件。马歇尔试验结果汇总如表2所示。

表2 三种初试级配马歇尔试验结果

由表2可以看出级配1和级配2体积指标满足要求，级配3体积指标不满足要求，根据工程经验本次设计选择级配2为设计级配。

3.1.3最佳油石比的确定

按设计矿料比例配料，采用五种油石比进行马歇尔试验，试验结果见表3。

表3 BRAC-16设计级配马歇尔试验结果

根据设计经验取油石比5.3%为最佳油石比，其中新添加沥青油石比为4.4%。

3.1.4设计结果

根据上述试验分析，选择级配2为设计级配，矿料比例为1号∶2号∶3号∶4号∶矿粉=33%∶25%∶9%∶30%∶3%，新添加沥青油石比为4.4%，换算总油石比为5.3%，相对应的BRAC-16沥青混合料指标如表4所示。

表4 BRAC-16沥青混合料体积指标

表4中,Pbe为沥青混合料中有效沥青用量，%;Vbe为有效沥青的体积百分率，%;Vg为矿料的体积百分率，%；DA为沥青膜有效厚度，μm。

3.2 BRAC-16沥青混合料性能评价

3.2.1水稳定性检验

从试验结果可以看出设计的BRA改性BRAC-16混合料水稳定性满足要求，见表5，表6。

3.2.2高温稳定性试验

从试验结果可以看出，设计沥青混合料的动稳定度为9 745次/mm，满足改性沥青混合料高温性能要求，见表7。

表5 浸水马歇尔残留稳定度试验结果

表6 冻融劈裂试验结果

表7 车辙动稳定度试验结果

3.2.3低温抗裂性检验

从试验结果可以看出，BRAC-16沥青混合料低温弯曲应变为3 097.6 με，能够满足寒区上面层改性沥青混合料低温弯曲应变大于3 000 με的变形要求，见表8。

表8 小梁弯曲试验结果

4 结语

本文利用BRA掺加SBS改性沥青，制备出复合改性沥青胶浆，并优化AC-16型级配合成岩沥青高强混合料，得到结论如下：

1)随着BRA中灰分对矿粉替换比例的增加，沥青胶浆的针入度降低、软化点升高，高温性能得到提升。

2)对于SBS沥青胶浆，通过添加BRA可以提高100 ℃的粘度，降低135 ℃和175 ℃时的粘度，从而改善施工和易性。

3)通过水稳定性实验、高温稳定性实验、低温抗裂性实验表明，BRA与SBS的复合改性沥青混合料均满足寒区改性沥青混合料的技术要求，可以推广应用。

[1] 毕林昌.重冰冻区长寿命沥青路面设计研究[D].西安：长安大学,2011.

[2] 李国平.Sasobit改性剂在改善路面抗车辙性能中的应用优势[J].科技信息:科学教研,2008(21):49-50.

[3] 邓庆忠,董叔鑫,王光宗,等.岩沥青对SBS改性沥青性能的影响研究[J].石油沥青,2016,30(2):25-28.

[4] 马 进,王都兴,姚 李,等.岩沥青掺量对SBS改性沥青性能的影响研究[J].城市建设理论研究(电子版),2012(8)：74-75.

StudyontheapplicationofBRAC-16inthecoldregionofhigh-strengthmixtureofrockasphalt

LeiMingchen1FeiYanhua2

(1.Bei’an-FuyuExpresswayEngineeringConstructionHeaduarters,Harbin150000,China;2.JiangsuZhongluEngineeringTechnologyInstituteCompany,Nanjing211899,China)

In order to study the properties of the asphalt binder modified by high ash distribution, the design of BRA in mixed materials in cold region, first on SBS modified asphalt, BRA and mineral powder as raw material, under the condition of rubber powder ratio of 1.2, according to the BRA in the ash content of mineral powder 0%, 50%, 75% and 100% of the replacement ratio, the preparation of the four groups of modified asphalt mortar, and then through the penetration, softening point and brinell viscosity, DSR test characterization of four groups of the performance of the modified asphalt mortar of high ash rock asphalt modified effects of SBS modified asphalt, asphalt mixture BRAC-16, then to design through water stability test, high temperature stability, low temperature crack resistance experiments characterization of mixture of moderate water stability performance, for rock asphalt cold areas in our country to offer reference to the popularization and application value.

rock asphalt, SBS modified asphalt, asphalt mixture, BRAC-16, cold area

2017-10-27

雷明臣(1972- )，男，高级工程师

1009-6825(2017)35-0112-02

TU502

A