岩沥青改性沥青混合料的试验及应用研究

王 飞

（海南公路工程有限公司,海南 东方 572000）

0 引言

岩沥青是一种天然石油沥青，化学性能稳定，含有较多的沥青质且对矿物质的吸附能力强[1]。已有相关研究表明，岩沥青可以有效改善普通基质沥青路面的高温、水稳定及抗疲劳性能[2-3]。目前，国外常用的岩沥青有产自北美的5U 岩沥青、产自印尼的BRA 岩沥青，国内常用的有产自四川的青川岩沥青，产自新疆的乌尔禾岩沥青[4]。但目前国内外对国产青川岩沥青缺乏系统的研究，工程应用中多采用经验法确定掺量，缺乏理论依据。

该文基于AC-13 级配，对不同掺量下岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究，并对实际应用效果进行分析。

1 室内试验

1.1 试验材料

（1）沥青：基质沥青采用中海70 号沥青，岩沥青采用国产青川岩沥青，两种沥青的性能检测结果分别如表1~2 所示。

表1 70 号基质沥青相关性能

表2 岩沥青主要性能指标

（2）集料。集料选用石灰岩碎石，矿料为石灰岩粉末，相关性能见表3。

表3 集料性能检测结果

1.2 配合比设计

（1）级配设计。选用AC-13 型级配，级配设计如表4 所示。

表4 AC-13 级配设计

（2）确定最佳油石比。初选3.5%~6.0%为初始油石比，以0.5%作为油石比间隔分别制备试件进行马歇尔试验，不同油石比下的试验结果如表5 所示。分析表5 所示各指标与油石比的关系得到最佳油石比为4.7%，其所对应的体积参数见表6。

表5 马歇尔试验结果

表6 最佳油石比对应马歇尔体积参数

1.3 试验方案

结合工程应用经验及相关研究[6-7]，该次试验中岩沥青的掺量分别取5%、7.5%及10%，参照相关规范[8]进行试验，试验方案见表7。

表7 室内试验方案

2 室内试验结果分析

2.1 高温稳定性

车辙试验结果见图1。

图1 不同沥青混合料车辙试验结果

由图1 可知，岩沥青掺量分别为5%、7.5%、10%时，相对于基质沥青混合料，动稳定度分别增长了6.67%、139.74%、63.93%，掺量为7.5%时，高温稳定性能最佳，提升最为显著。观察图1 动稳定度变化幅度可知，掺入岩沥青后，混合料的高温稳定性先增后降，当掺量由0%提高到5%时，动稳定度仅增长了6.67%，随后当掺量由5%提升到7.5%后，动稳定增长了124.73%，高温稳定性成倍提升，但当掺量大于7.5%后，高温稳定性开始降低。因此，考虑高温稳定性能，岩沥青最佳掺量宜控制在7.5%作用。

2.2 低温抗裂性

低温小梁弯曲试验结果见图2。

图2 不同沥青混合料小梁弯曲试验结果

由图2 可知，相比于基质沥青混合料，岩沥青掺量分别为5%、7.5%、10%时，弯拉破坏应变分别增长了4.41%、8.14%、-6.21%，掺量为7.5%时，低温抗裂性能最佳，有较好的提升；掺入岩沥青后，混合料的弯拉破坏应变先增后降，当岩掺量大于7.5%，弯拉破坏应变出现大幅度降低，甚至低于基质沥青混合料，不满足规范[5]规定的弯拉破坏应变≥2 500 με 的要求。

2.3 水稳定性

冻融劈裂试验结果见图3。

图3 冻融劈裂试验结果

由表3 可知，冻融劈裂强度比随岩沥青掺量增加先增后降，当掺量分别为5%、7.5%、10%时，冻融劈裂强度比分别增长了4.41%、8.14%、0.33%，当掺量为7.5%时，水稳定性能最佳。当掺量大于7.5%后，水稳定性开始降低，掺量达到10%后，此时水稳定性能与基质沥青混合料相当，无明显改善效果。

2.4 抗疲劳性能

疲劳试验结果如表8 所示。

表8 疲劳试验结果（200 με 应变水平）

由表8 可知，相比于基质沥青混合料，当掺量分别为5%、7.5%、10%时，疲劳次数分别提升了79.01%、130.39%、97.02%，疲劳性能得到了显著提升；掺入岩沥青后，疲劳性能先增后降，并在岩沥青掺量为7.5%时达到最大值。因此，考虑疲劳性能，岩沥青的掺量不宜超过7.5%。

3 工程应用

3.1 工程概况

某新建高速公路全长134.362 km，双向6 车道（宽30 m），路面上面层采用青川岩改性沥青混合料，具体路面结构见图4。施工现场，岩沥青掺量取7.5%，现场所采用的级配、油石比设计均同室内试验。施工过程中严格参照设计与规范要求进行施工与检测。

图4 沥青路面结构形式

3.2 路面性能检测

施工现场，对拌和楼内的拌和料随机抽样进行检测，相关检测结果见表9。

表9 施工现场拌和料抽样检测结果

表9 表明现场所拌混合料的相关性能检测结果符合设计与规范要求，同时与前述室内试验所得结果基本一致。该高速公路完成施工后，对该公路进行了验收检测，结果见表10。

表10 路面性能验收检测结果

表10 表明该新建公路的相关性能验收检测结果均在规范要求范围内，性能良好。该公路通车2 年内，对其进行了持续观测，观测发现该公路所处区域常年高温多雨，且承受了较大的车流量及重载交通，但通车两年内未出现明显车辙与裂缝，路面平整度较高，长期路用性能优异。

3.3 经济效益分析

对具体生产实际与市场价格进行调查分析后，得到国内常用的几种改性沥青成本对比情况如表11 所示。

表11 改性沥青成本对标

由表11 可知，相较于其他类改性沥青，国产青川岩改性沥青的价格最低。以该次工程应用为实例，铺筑长100 km、宽30 m、厚18 cm 的沥青路面所需沥青为68 000 t。相对于SBS 改性沥青、TLA 改性，采用青川岩改性沥青后，总成本分别降低（5 202~5 419.6）万元、（6 834~13 668）万元，在保证路面各项使用性能的基础上，总成本得到了有效控制，经济效益显著。

4 结论

该文基于AC-13 级配，对不同掺量下岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究，并对实际应用效果与经济效益进行了分析，得出以下主要结论。

（1）在普通基质沥青混合中掺入一定量的岩沥青后，混合料的高温性能与抗疲劳性能提升十分显著，水稳定性能与低温抗裂性也得到了较好提升，各项性能均在岩沥青掺量为7.5%时达到最佳值。

（2）工程应用表明：采用青川岩沥青改性沥青混合料进行路面铺筑后，道路的长期路用性能优异，实际应用效果良好。

（3）相比于SBS 改性沥青、TLA 改性沥青，青川岩改性沥青具备明显的价格优势，经济效益显著。

（4）综合性能与经济效益考虑，建议在实际应用中，青川岩沥青的最佳掺量取7.5%左右。