布敦巖瀝青在高速公路養護工程中的應用研究

鄭國榮 唐國奇

（1.湖南省高速公路建設開發有限公司 長沙 410000； 2.交通運輸部公路科學研究院 北京 100088）

在各種物理、化學改性瀝青中，巖瀝青改性瀝青以其與基質瀝青良好的配伍性和持久的耐老化性越來越受到國內外公路技術部門的重視［1］。實踐證明摻加巖瀝青后，瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩性等各項指標均有較大提高，而且摻加巖瀝青的施工工藝簡單，工程造價合理［2］。采用巖瀝青改性瀝青，對減少路面早期破壞，提高路面服務性能都具有重要的現實意義，值得推廣使用。

1 布敦巖瀝青改性瀝青膠漿的性能

巖瀝青的摻量直接影響了瀝青的路用性能，也對工程的經濟性產生巨大影響，選擇恰當而經濟的摻量成為巖瀝青在實際工程中推廣應用的關鍵。筆者著重對0%，25%，50%，75%，100%5種摻量的巖瀝青對A-70石油瀝青針入度、軟化點以及流變性能的影響進行試驗研究。

1.1 巖瀝青摻量對針入度的影響

針入度是國際上經常用來測定瀝青稠度的一種指標，通常瀝青稠度越高，其粘度越高，可以在一定程度上反應瀝青的高溫性能。但不同瀝青的感溫性不同，25℃的針入度不能夠反映瀝青在夏季高溫60℃左右時的流變特性，簡單采用針入度指標評價瀝青的高溫穩定性具有很大的局限性［3］。本研究還將結合其他技術指標共同評定巖瀝青對混合后瀝青技術性能的影響，不同摻量巖瀝青對針入度影響的測試結果見表1。

表1 不同摻量巖瀝青對針入度的影響

試驗結果顯示，隨著巖瀝青用量的增加，混和瀝青的針入度不斷下降，說明混和瀝青的稠度越來越大。從變化趨勢上看，不論哪一種試驗條件下，50%以內巖瀝青摻量時，針入度減小的趨勢較緩，50%以上巖瀝青摻量時，針入度變化更加顯著。

老化試驗結果表明，不論是短期老化還是長期老化，從總的趨勢上看，隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青老化前后的針入度比逐漸增大，表明巖瀝青對提高瀝青的耐老化能力是有幫助的。巖瀝青是石油在自然條件下，經過千百萬年在溫度、壓力、氣體、無機物觸媒、微生物及水分的綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質，性質特別穩定，具有優良的耐久性。

1.2 巖瀝青摻量對軟化點的影響

在理論上，軟化點是一個等粘溫度，反映了瀝青的粘度特性［4］。軟化點高意味著瀝青的等粘溫度高，瀝青混合料的高溫穩定性更好，不同摻量巖瀝青軟化點的試驗結果見表2。

表2 不同摻量巖瀝青對軟化點的影響

數據表明，隨著巖瀝青摻加比例的提高，軟化點逐漸升高，說明巖瀝青對提高瀝青的熱穩定性有積極貢獻，摻量越大，混和瀝青的熱穩定性越高。另外，老化試驗結果表明，不論是短期老化還是長期老化，從總的趨勢上看，隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青老化前后的軟化點升高幅度逐漸減小，說明巖瀝青對提高瀝青的耐老化能力是有幫助的，這與針入度試驗結果相一致。

1.3 巖瀝青對瀝青流變特性的影響

瀝青的粘度反映了由瀝青的粘性抵抗造成的能量損失，瀝青路面高溫工作時的粘度越大，預示高溫穩定性越好［5］。瀝青路面高溫工作溫度一般在60℃左右，重點考察60℃左右的粘度，試驗結果見表3。

表3 巖瀝青對60℃粘度的影響 ／（Pa·s）

試驗結果表明，摻加巖瀝青后，混和瀝青60℃左右的粘度明顯增大，且巖瀝青由50%提高到100%時，粘度增加更顯著，高溫穩定性較好。

2 巖瀝青改性瀝青混合料路用性能

巖瀝青的摻量直接影響了混合料的路用性能，也對工程的經濟性產生巨大影響，選擇合適而經濟的摻量成為巖瀝青在實際工程中推廣應用的關鍵［6］。通過研究巖瀝青的不同摻量對混合料高溫性能、水穩定性和低溫性能的影響，從而可以指導工程實踐。

2.1 巖瀝青改性瀝青混合料的高溫性能

混合料的高溫性能采用高溫車轍試驗評價，不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗結果見表4。

表4 不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗結果

由表4可見：①隨著巖瀝青摻量的增加，混合料的動穩定度DS逐漸增加，而增長速率逐漸減慢，巖瀝青摻量由10%增加到15%時，DS增加了37.9%；巖瀝青摻量由15%增加到18%時，DS增加了24.2%，但是，巖瀝青的摻量由20%增加到25%時，動穩定度僅增加了5.9%；②當巖瀝青摻量為18%時，DS大于2 800次，已經滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》對夏炎區的技術要求。

2.2 巖瀝青改性瀝青混合料的抗水損害性能

目前常用的檢驗瀝青混合料水穩定性的試驗方法有浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果見表5。

表5 浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果

由表5可見，隨著巖瀝青摻量的增加，巖瀝青改性瀝青混合料的穩定度和劈裂強度也逐漸增加，當巖瀝青摻量超過20%后，巖瀝青改性瀝青混合料穩定度和劈裂強度的增長較為緩慢，表明摻加過多的巖瀝青對混合料抗水損害性能的貢獻不大，經濟性不高。巖瀝青的摻量對殘留穩定度和劈裂強度比的影響較小，殘留穩定度均大于85%，劈裂強度比均大于84%。

2.3 巖瀝青改性瀝青混合料的低溫抗裂性能

低溫下瀝青混合料可看作彈性材料，其破壞過程是一個能量耗散的過程。瀝青混合料的應變能密度臨界值指標是混合料臨界彎拉應變和彎拉強度2個指標的綜合，用它來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能更加科學。本次試驗溫度為－10℃，加載速率50 mm／min。試驗采用30 mm×35 mm×250 mm的小梁試件，試驗結果見表6。

表6 瀝青混凝土低溫小梁試驗結果

由表6可見，隨著巖瀝青摻量的增加，彎拉強度、彎拉應變和應變能密度均呈現增加的趨勢，而應變能密度的增長率逐漸減小；另一方面，當巖瀝青摻量由18%增加到20%時，彎拉強度增加，彎拉應變反而有所減小，若僅憑彎拉強度或彎拉應變來評價混合料的低溫性能，就會出現矛盾的結果，而此時彎曲應變能密度增加了9.5%，客觀地說明了巖瀝青摻量的增加對低溫抗裂性能的改善作用。

3 布敦巖瀝青在高速公路養護工程中的應用

3.1 工程概況

在某高速公路下行K15＋680～K16＋560行車道和K 27＋490～K 28＋000行車道的養護工程中鋪筑了1.4 k m的巖瀝青中、上面層試驗路。本次試驗段中，采用韓國SK70號道路石油瀝青和印尼布敦巖瀝青，中面層采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青拌和AC-20C型級配的混合料，最佳油石比為4.3%；上面層也采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青制備AC-13C型級配的瀝青混合料，最佳油石比為4.8%。從2種混合料的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗、小梁彎曲試驗等指標來看，摻加巖瀝青的AC-20C型瀝青混合料和AC-13C型瀝青混合料的抗水損害、高溫性能、低溫性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40－2004）的要求。

3.2 試驗路性能觀測

在養護工程項目巖瀝青試驗段施工后1個月，對試驗段路面性能進行了首次觀測，主要技術指標的檢測結果見表7。

表7 巖瀝青試驗段1個月后的檢測結果

第二次觀測是在施工完成后1年，主要對路表滲水系數、構造深度和摩擦系數進行了檢測，測試結果見表8。在2年后，進行了第三次觀測，測試結果見表9。現場觀測發現，下行K 27＋490～K 28＋000行車道除了車道中部有明顯的施工離析帶外，無車轍、坑槽、表面滑溜等病害；而同期施工的前后路段已進行了微表處車轍填補。下行K15＋680～K16＋560行車道和前后路段一樣有較明顯的基層反射裂縫，無其他病害。

表8 巖瀝青試驗段1年后的檢測結果

表9 巖瀝青試驗段2年后的檢測結果

由3次觀測的結果可以看出：①試驗路面巖瀝青改性瀝青混合料密實、抗滑，滲水系數、構造深度和摩擦系數均符合規范要求；②在夏季高溫、冬春雨雪和大量的交通荷載作用下，路面泌水和抗滑性能衰減較少；③現場觀測發現，巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能與SBS改性瀝青混合料的性能相仿，前者具有更加優良的耐高溫性能，路面永久變形較小。

4 結論

（1）隨著巖瀝青用量的增加，混和瀝青的針入度不斷下降，瀝青老化前后的針入度比增大，動粘度也增加，表明巖瀝青對提高瀝青的熱穩定性和耐老化能力有積極的貢獻，而且巖瀝青具有較好的高溫穩定性。

（2）從不同巖瀝青摻量混合料的高溫車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗和低溫彎曲試驗的測試結果來看，隨著巖瀝青摻量的增加，混合料的動穩定度、穩定度、劈裂強度都逐漸增加，彎拉強度、彎拉應變和彎曲應變能密度均呈現增加的趨勢，但當摻量由20%增加到25%時，各性能指標變化較小，在工程應用中建議巖瀝青的摻量范圍為20%～25%。

（3）從高速公路養護工程中巖瀝青混合料的應用來看，摻加20%巖瀝青中、上面層瀝青混合料的各項指標滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40－2004）的要求，具有優良的高溫性能和水穩定性，可以大規模地應用于高速公路瀝青路面，而且具有較好的性價比。

［1］ 緒 東，董全海.巖瀝青應用與研究進展［J］.北方交通，2007（6）：136-139.

［2］ 黃文通，徐國元.布敦巖瀝青混合料路用性能的試驗研究［J］.華南理工大學學報：自然科學版，2012，40（2）：87-91.

［3］ 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學原理及應用［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］ 鄒桂蓮，郭林泉，虞將苗.布敦巖瀝青混合料路用性能研究［J］.公路與汽運，2010（1）：78-80.

［5］ 周國強.布敦巖瀝青及混合料路用性能的試驗和研究［J］.石油瀝青，2011，25（4）：41-44.

［6］ 王火明，王書杰，王振龍.BRA改性瀝青及其混合料路用性能試驗研究［J］.公路交通技術，2011（5）：48-52.