濕法加工BRA改性瀝青混合料性能研究

張立敏

(安徽省公路工程檢測中心；橋梁與隧道工程檢測安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230051)

0 引 言

布敦巖瀝青(BRA)具有氮分子含量較高、含樹膠及不含蠟等優點，并具有良好的“半聚合”作用及耐候性。目前國內主要通過干法工藝將布敦巖瀝青作為瀝青混合料的外加改性劑使用，加入方式基本同礦粉，但由于布敦巖瀝青軟化點較高、熔融性較差，在干法工藝應用過程中，短時間內無法使BRA與混合料充分融合，從而導致混合料性能大打折扣，造成布敦巖瀝青在推廣應用過程中遇到不小的挫折。濕法工藝則是將布敦巖瀝青作為基質瀝青的改性劑使用，讓基質瀝青先于布敦巖瀝青融合，變成改性瀝青。此工藝具有質量穩定、性能突出的優點，更適應于工程應用。因此，濕法工藝是布敦巖瀝青推廣應用的發展方向。

1 試驗準備

首先將經過高溫處理活性激發后的布敦巖瀝青按不同摻配比例與70號A級基質瀝青在140～149 ℃下低溫熔合15～20 min，在此過程中需充分攪拌，使巖瀝青逐漸充分地分散在基質瀝青中；然后將熔合后的巖瀝青改性瀝青在140～149 ℃下以1 000～1 500 r/min的轉速剪切磨至細度為120目以下，制備得到BRA改性瀝青。BRA摻量(外摻)分別為0、10%、20%、30%、40%，按照上述摻量進行試驗研究。

2 配合比設計

布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青混合料配合比設計步驟參考瀝青路面施工技術規范的相關規定，但由于布敦巖瀝青灰分含量大，故在配合比設計之初，應將其灰分含量考慮進去，替換部分礦粉含量，具體計算公式為：替換的礦粉質量=布敦巖瀝青摻量×灰分含量×瀝青含量。譬如油石比為5%，礦粉計算摻量為3%，布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青中布敦巖瀝青摻量為20%，布敦巖瀝青灰分含量為61.7%，則實際的礦粉摻量應為：3%-20%×61.7%×(5%/(1+5%))=2.4%。本次選擇了國內應用廣泛的AC-13C和AC-20C兩種類型的級配進行布敦巖瀝青(BRA)混合料性能相關試驗研究，油石比分別選用5.2%、4.6%，礦料級配曲線如下圖所示。

圖1 兩種類型礦料級配曲線

3 室內試驗研究

以0、10%、 20%、 30%、 40%布敦巖瀝青摻量的 BRA 改性瀝青為瀝青膠結劑，分別采用上述相同AC-13C和AC-20C型的礦料用量比例及油石比,研究BRA改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損害性能，試驗結果見表1、表2。

表1 AC-13C瀝青混合料的性能試驗結果

表2 AC-20C瀝青混合料性能試驗結果

4 工程應用實踐

根據室內試驗的研究結果，于2017年在安徽省六安、淮南、宿州三個市分別選取了一個路段作為布敦巖瀝青(BRA)改性瀝青混合料的試驗路段，并對其進行了跟蹤監測，監測結果見表3～表8。

表3 各試驗段平整度檢測結果

表4 各試驗段構造深度檢測結果

表5 各試驗段擺式摩擦系數檢測結果

表6 各試驗段車轍深度檢測結果

表7 各試驗段滲水系數檢測結果

表8 各試驗段路面外觀檢查結果

5 結 論

(1)根據以上結果分析，BRA改性瀝青混合料動穩定度隨著BRA摻量的增加而逐漸提高。相對于基質瀝青，BRA摻量(外摻)分別為10%、20%、30%、40%的AC-13C瀝青混合料的動穩定度分別提高了56.7%、92.1%、109.5%和130.9%,AC-20C瀝青混合料的動穩定度分別提高了52.7%、83.1%、98.1%和133.3%，表明濕法制備的BRA改性瀝青能夠明顯改善瀝青混合料的高溫穩定性能。這主要是由于布敦巖瀝青自身的軟化點較高，布敦巖瀝青具有“半聚合作用”，布敦巖瀝青中所含瀝青的分子量高達9 000，而基質瀝青的分子量僅為3 000，巨大的分子量使得布敦巖瀝青的內聚力增加。

(2)濕法加工的BRA改性瀝青能夠明顯改善瀝青混合料的抗水損害能力，隨著BRA摻量的增加其瀝青混合料抗水損害性能先增加，當摻量為30%時達到峰值，繼續加大摻量其抗水損害能力則降低，但仍能滿足規范要求。

(3)通過工后半年的監測結果來看，各試驗段路面表面平整、密實，均未見明顯病害；各路用性能指標略有衰減，仍均能夠滿足相應規范要求。

(4)對比監測結果，布敦巖瀝青試驗段在路面的平整度、滲水、構造深度、擺式摩擦系數等幾個指標上與普通瀝青混凝土路面相差不大。但是工后半年，三條布敦巖瀝青試驗路段的車轍深度測值未見明顯衰減，衰減最大值為0.3 mm；而普通瀝青路段的車轍深度明顯衰減，衰減最大值達到1.9 mm。這說明BRA改性瀝青混合料的抗車轍性能明顯優于普通瀝青混凝土。