基于GTM的巖瀝青混合料性能研究

邱天龍

摘要：近年來，隨著出行需求的逐漸增長，車流量不斷增大，車輛大型化、重型化的趨勢明顯，因此對瀝青路面不斷提出更新、更高的要求。巖瀝青和基于GTM的瀝青混合料設(shè)計成型方法在道路工程的應(yīng)用均是對瀝青路面性能的極大改善，為安全、高速行車提供了可能，得到了道路研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。

關(guān)鍵詞：GTM；巖瀝青；混合料性能

1原材料與配合比設(shè)計

試驗所采用的瀝青為70#基質(zhì)瀝青、SBS（I—D）改性瀝青和布敦巖瀝青，集料為花崗巖。基質(zhì)瀝青和改性瀝青技術(shù)指標均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40—2004）的要求。巖瀝青滿足印尼國家標準對天然瀝青含量的要求。瀝青混合料采用廣東省成熟的GAC—20型級配。其中0～3mm、3～5mm、5～10mm和10～20mm四檔石料的比例分別為：40：8：6：23，油石比為4.1%。不同瀝青混合料所采用的級配、集料和油石比均相同。瀝青混合料試件的成型采用GTM方法，成型過程中，旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)置為垂直壓力0.8MPa，機器角為0.8。（油壓表），試件成型控制為極限平衡狀態(tài)，試件尺寸為

10×10cm。

2試驗方案

分別以70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青為基底，對巖瀝青摻量為0%、0.3%、1%、2%和3%的幾種不同瀝青的針入度、延度、軟化點、黏附.1生及瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性開展室內(nèi)試驗研究。其中，巖瀝青摻量是指巖瀝青在瀝青混合料中所占的質(zhì)量百分比。摻加巖瀝青的瀝青制備采用“濕法”工藝，注意制備過程中的溫度控制。摻加巖瀝青的瀝青混合料的制備采用“干法”工藝和GTM設(shè)計成型方法。

2.1摻加巖瀝青的瀝青制備

巖瀝青中含有27%的純天然瀝青成分和73%的礦物質(zhì)，將該部分礦物質(zhì)當作礦料處理。首先，計算巖瀝青和基質(zhì)瀝青/SBS改性瀝青的摻配質(zhì)量百分比。基質(zhì)瀝青/SBS改性瀝青高溫融化后稱取固定的質(zhì)量，一邊攪拌一邊將相應(yīng)比例的巖瀝青緩緩添加入其中，攪拌均勻后放回烘箱備用。

2.2摻加巖瀝青的瀝青混合料的制備

摻加巖瀝青的瀝青混合料的制備采用“干法”生產(chǎn)工藝，即：先將預(yù)熱的目標級配集料加入試驗用小拌和機中，然后按摻配比例將巖瀝青加入拌和鍋中拌和30s，再加入基質(zhì)瀝青拌和90s，然后單獨加入礦粉再拌和90s，最后將拌制好的混合料進行試件的成型工作。

3試驗結(jié)果分析

3.1巖瀝青摻量對基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝

瀝青性能的影響分別以70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青為基底，摻入不同比例的巖瀝青，并進行針入度、延度、軟化點和黏附性試驗。隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青的針入度和延度值均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；軟化點值呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。即：隨著巖瀝青的摻入，瀝青的粘度增大、塑性降低、耐熱性能增強。當基質(zhì)瀝青中的巖瀝青摻量為3.0%時，黏附性等級達到5級；但實際試驗過程中，隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青黏附性等級雖未快速提升，但黏附效果不斷改善。SBS改性瀝青中摻加不同比例巖瀝青后的黏附性等級均為5級，若單純考慮巖瀝青摻加對瀝青的影響，SBS改性瀝青中的巖瀝青摻量不必太多。

3.2巖瀝青摻量對瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響

瀝青混凝土受到水損害，會導(dǎo)致坑槽、推擠變形等病害的發(fā)生，直接影響路面使用性能。在3.0%的巖瀝青摻加范圍內(nèi)，隨著巖瀝青摻量的增加，基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度均有不同程度的提高；穩(wěn)定度也呈現(xiàn)較明顯的上升趨勢；摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料的穩(wěn)定度顯著高于摻加巖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料，若單純考慮巖瀝青摻加對水穩(wěn)定性的作用，SBS改性瀝青中的巖瀝青摻量不必太多。

3.3不同巖瀝青摻量的基質(zhì)/SBS改性瀝青

混合料高溫穩(wěn)定性試驗對GTM法成型的不同巖瀝青摻量的基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料試件（“干法”），采用高溫車轍試驗（0 7MPa，60℃）進行高溫穩(wěn)定性試驗研究。摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度明顯高于摻加巖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料，其中，基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料中摻加0.3%的巖瀝青對其動穩(wěn)定度影響不大；但當巖瀝青摻量達到1.0%及以上時，基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均有明顯提高；當巖瀝青摻量達到3.0%時，摻加巖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料的動穩(wěn)定度是不摻加巖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料的2.6倍，摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度是不摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料的1.5倍。因此，巖瀝青的摻加可以顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

4路用性能

（1）2種巖瀝青改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均比基質(zhì)瀝青混合料大幅提高，起到了改善瀝青混合料高溫性能的作用，但相對SBS改性瀝青混合料，動穩(wěn)定度較小，這是因為巖瀝青改善高溫性能的原因是自身含有的瀝青質(zhì)成分較大，提高了瀝青膠結(jié)料的硬度，從而提高了混合料的動穩(wěn)定度，而SBS屬于高分子聚合物改性，與瀝青混合，在瀝青中形成更為穩(wěn)定的格網(wǎng)，提高了瀝青的軟化點，從而改善了混合料的動穩(wěn)定度。（2）2種巖瀝青提高了瀝青混合料低溫彎曲應(yīng)變，同時略大于SBS改性瀝青混合料的低溫彎曲應(yīng)變，這是因為巖瀝青摻入瀝青混合料中，巖瀝青與混合料的配伍性更好，增強了混合料的抗裂強度。（3）通過對比殘留穩(wěn)定度和殘留強度比，2種巖瀝青均改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其中對殘留穩(wěn)定度的提升較大，這還是因為巖瀝青自身組成基本是瀝青質(zhì)與石料，通過加熱后與混合料共混時，配位性較好，增強了混合料內(nèi)部的粘結(jié)性。

5結(jié)論

隨著巖瀝青摻量的增加，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的針入度和延度值均逐漸減小，軟化點值逐漸增大，黏附性效果不斷增強；巖瀝青的摻加可以適當改善基質(zhì)瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，并顯著提高其高溫穩(wěn)定性；摻加巖瀝青的SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性均明顯優(yōu)于摻加巖瀝青的基質(zhì)瀝青混合料，單純考慮巖瀝青摻加對高溫穩(wěn)定性的作用，SBS改性瀝青中的巖瀝青摻量不必太多。綜合考慮成本問題，推薦巖瀝青在基質(zhì)瀝青混合料中的摻量為混合料質(zhì)量的3.0%，在SBS改性瀝青混合料中的摻量為混合料質(zhì)量的1.0%。