湿法加工布敦岩沥青的工程应用

钮英才，田苗苗，李亚非，刘书君

（1.内蒙古公路交通投资发展有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010；2.交通运输部科学研究院，北京 100029）

0 引 言

岩沥青路面材料具有较高的路用性能，尤其高温稳定性、抗水损坏和耐久性能较好［1］，其使用性能类似于SBS改性沥青，综合造价却大幅低于SBS改性沥青。同时，岩沥青是一种天然材料，与沥青融合度较高且不需要化学加工，免去了SBS等聚合物与基质沥青改性的过程，更加绿色环保［2］。

岩沥青的使用方法可分为湿法和干法2种［3］，前者将天然布敦岩沥青作为基质沥青的改性剂使用，即先将岩沥青与基质沥青融合成为岩沥青改性沥青，再将改性沥青与集料拌合使用；后者将天然岩沥青作为混合料的外掺剂使用，在基质沥青与集料的拌合过程中撒入岩沥青颗粒，共同拌合成混合料［4］。干法岩沥青在中国已应用多年，由于其短时间内无法与混合料充分融合，使得岩沥青混合料的使用性能大打折扣［5］。相对而言，湿法工艺具有质量易控、性能稳定的优点［6］，更适合于工程应用，因此，采用湿法工艺是促进岩沥青推广应用的重要手段。本文依托实际工程（路面类型为AC-13型、采用二级公路设计标准）对岩沥青混合料配合比设计及路用性能进行研究。

1 湿法岩沥青混合料配合比设计

1.1 原材料

沥青采用韩国江阴生产的双龙基质沥青，岩沥青采用湖北正康天然沥青科技有限公司生产的岩沥青；粗细集料采用石灰岩，规格分别为10～15mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm；矿粉采用六安市交通实业有限公司生产的矿粉。集料和基质沥青的技术指标满足规范要求，见表1、2。

表1 集料性能检测结果

表2 基质沥青技术要求及检测结果

1.2 集料级配设计

采用水洗法对集料进行筛分，对各档集料进行试配，矿料合成级配试验结果见图1、表3。

图1 合成级配曲线

其中，为保证沥青路面面层具有较好的高温稳定性和抗疲劳能力，降低因空隙率过大导致沥青路面早期水损害现象，在本次配合比设计过程中，空隙率设计为4.5%。

1.3 最佳油石比的确定

试件采用双面击实75次成型，目标空隙率设计为4.5%，其他指标均参照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对 AC-13型密级配沥青混合料的技术要求。

表3 AC-13矿料合成级配试验结果

在配合比设计过程中，岩沥青掺量一般宜为基质沥青掺量的10%～30%，同时结合项目所在地区的气候和交通等条件，对岩沥青掺量进行适当调整。本次试验采用外掺30%岩沥青制备布敦岩沥青改性沥青成品。沥青加热温度为150℃～155℃，石料加热温度为155℃～160℃，拌合温度为155℃～160℃，击实温度为150℃～155℃。马歇尔试验结果及技术要求见表4，沥青混合料最大理论相对密度采用实测法测定。

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中油石比的计算方法，确定最佳油石比为5.2%。对最佳油石比下的试件进行马歇尔试验，各项指标均满足规范要求，试验结果见表5。

2 湿法岩沥青混合料路用性能验证

铺筑试验路，对“湿法”岩沥青混合料的高温稳定性、水稳性能进行检测，采用动稳定度试验评价高温性能，以冻融劈裂试验与浸水马歇尔残留稳定度试验评价水稳性能，试验结果如表6、7所示。

表4 沥青混合料马歇尔试验结果

表5 最佳油石比试件马歇尔试验结果

表6 车辙试验结果

3 湿法岩沥青加工工艺

布敦岩沥青产于印度尼西亚布敦岛，由侏罗纪海生动物化石沉积而成，其具有沥青含量高、含氮量高、含树脂、不含蜡等特点，因采用干法施工工艺存在拌合均匀性等施工变异性问题，应用效果不理想，没有发挥布敦岩沥青的最大效益。

本文将岩沥青磨细并活化，再将活化后的岩沥青与基质沥青混溶，经过胶体磨研磨生产岩沥青改性沥青。该工艺将岩沥青与基质沥青充分融合，有效促进了岩沥青极性官能团与基质沥青中活性基团（羰基、醛、羧基、萘等）的交联聚合，改善基质沥青分子的排列方式和网状结构（结点和强度），使得岩沥青改性沥青的抗氧化性、流动性、黏附性和感温性等明显提高，进而提高岩沥青改性沥青混合料的抗高温、抗水损坏及抗疲劳性能。

本试验布敦岩沥青（掺加比例30%）与基质沥青经活化改性处理后，改性沥青技术指标如表8所示。岩沥青改性沥青湿法加工流程如图2所示。

表8 布敦岩沥青改性沥青的基本指标试验结果

图2 岩沥青改性沥青湿法加工流程

岩沥青改性沥青活化湿法加工工艺为：通过加热系统将基质沥青预热至150℃～160℃后，泵送至沥青罐中，同时将已经过破碎、脱水等活化处治的布墩岩沥青干粉提升至入料口且缓慢加入基质沥青中，搅拌0.5～1h；随后将预混料泵入自主研发的胶体磨内，进行充分研磨，将岩沥青颗粒磨至100目以下，使其均匀地悬浮在基质沥青中，进而得到岩沥青改性沥青；最后，将制备好的布墩岩沥青改性沥青移入贮存罐内，进行合理的储存，以备后用。

综上所述，岩沥青改性沥青活化湿法加工流程为：岩沥青的计量与添加、岩沥青与基质沥青预混及活化岩沥青的制备、混合物经过研磨设备研磨、岩沥青改性沥青的制备与储存。

4 结 语

（1）经过配合比设计，10～15mm集料、5～10 mm集料、3～5mm集料、0～3mm集料、矿粉的比例为24∶35∶5∶32∶4，最佳油石比为5.2%。

（2）湿法加工岩沥青改性沥青的混合料动稳定度、冻融劈裂残留强度比、浸水马歇尔残留稳定度检验结果均满足规范要求。其中，动稳定度试验结果与SBS改性沥青混合料的技术指标相似（依据工程经验，SBS改性沥青混合料动稳定度一般在4 000次·mm－1左右），远高于普通沥青混合料的技术指标，说明使用岩沥青达到了改善沥青路面高温性能的目的。

（3）本次配合比设计采用AC-13密级配沥青混合料，为防止施工过程中混合料离析，摊铺时应严格控制原材料级配。同时，建议施工时加强碾压，以保证沥青混合料下面层的压实度。

（4）通过实体工程的应用证明，湿法工艺将活化后的布敦岩沥青改性沥青添加到基质沥青中，所制备的布敦岩沥青改性沥青抗高温稳定性能显著提高，布敦岩沥青改性沥青混合料施工和易性较好，适合于规模化生产。