湿法加工BRA改性沥青混合料性能研究

张立敏

(安徽省公路工程检测中心；桥梁与隧道工程检测安徽省重点实验室，安徽 合肥 230051)

0 引 言

布敦岩沥青(BRA)具有氮分子含量较高、含树胶及不含蜡等优点，并具有良好的“半聚合”作用及耐候性。目前国内主要通过干法工艺将布敦岩沥青作为沥青混合料的外加改性剂使用，加入方式基本同矿粉，但由于布敦岩沥青软化点较高、熔融性较差，在干法工艺应用过程中，短时间内无法使BRA与混合料充分融合，从而导致混合料性能大打折扣，造成布敦岩沥青在推广应用过程中遇到不小的挫折。湿法工艺则是将布敦岩沥青作为基质沥青的改性剂使用，让基质沥青先于布敦岩沥青融合，变成改性沥青。此工艺具有质量稳定、性能突出的优点，更适应于工程应用。因此，湿法工艺是布敦岩沥青推广应用的发展方向。

1 试验准备

首先将经过高温处理活性激发后的布敦岩沥青按不同掺配比例与70号A级基质沥青在140～149 ℃下低温熔合15～20 min，在此过程中需充分搅拌，使岩沥青逐渐充分地分散在基质沥青中；然后将熔合后的岩沥青改性沥青在140～149 ℃下以1 000～1 500 r/min的转速剪切磨至细度为120目以下，制备得到BRA改性沥青。BRA掺量(外掺)分别为0、10%、20%、30%、40%，按照上述掺量进行试验研究。

2 配合比设计

布敦岩沥青(BRA)改性沥青混合料配合比设计步骤参考沥青路面施工技术规范的相关规定，但由于布敦岩沥青灰分含量大，故在配合比设计之初，应将其灰分含量考虑进去，替换部分矿粉含量，具体计算公式为：替换的矿粉质量=布敦岩沥青掺量×灰分含量×沥青含量。譬如油石比为5%，矿粉计算掺量为3%，布敦岩沥青(BRA)改性沥青中布敦岩沥青掺量为20%，布敦岩沥青灰分含量为61.7%，则实际的矿粉掺量应为：3%-20%×61.7%×(5%/(1+5%))=2.4%。本次选择了国内应用广泛的AC-13C和AC-20C两种类型的级配进行布敦岩沥青(BRA)混合料性能相关试验研究，油石比分别选用5.2%、4.6%，矿料级配曲线如下图所示。

图1 两种类型矿料级配曲线

3 室内试验研究

以0、10%、 20%、 30%、 40%布敦岩沥青掺量的 BRA 改性沥青为沥青胶结剂，分别采用上述相同AC-13C和AC-20C型的矿料用量比例及油石比,研究BRA改性沥青混合料的高温性能、低温性能、抗水损害性能，试验结果见表1、表2。

表1 AC-13C沥青混合料的性能试验结果

表2 AC-20C沥青混合料性能试验结果

4 工程应用实践

根据室内试验的研究结果，于2017年在安徽省六安、淮南、宿州三个市分别选取了一个路段作为布敦岩沥青(BRA)改性沥青混合料的试验路段，并对其进行了跟踪监测，监测结果见表3～表8。

表3 各试验段平整度检测结果

表4 各试验段构造深度检测结果

表5 各试验段摆式摩擦系数检测结果

表6 各试验段车辙深度检测结果

表7 各试验段渗水系数检测结果

表8 各试验段路面外观检查结果

5 结 论

(1)根据以上结果分析，BRA改性沥青混合料动稳定度随着BRA掺量的增加而逐渐提高。相对于基质沥青，BRA掺量(外掺)分别为10%、20%、30%、40%的AC-13C沥青混合料的动稳定度分别提高了56.7%、92.1%、109.5%和130.9%,AC-20C沥青混合料的动稳定度分别提高了52.7%、83.1%、98.1%和133.3%，表明湿法制备的BRA改性沥青能够明显改善沥青混合料的高温稳定性能。这主要是由于布敦岩沥青自身的软化点较高，布敦岩沥青具有“半聚合作用”，布敦岩沥青中所含沥青的分子量高达9 000，而基质沥青的分子量仅为3 000，巨大的分子量使得布敦岩沥青的内聚力增加。

(2)湿法加工的BRA改性沥青能够明显改善沥青混合料的抗水损害能力，随着BRA掺量的增加其沥青混合料抗水损害性能先增加，当掺量为30%时达到峰值，继续加大掺量其抗水损害能力则降低，但仍能满足规范要求。

(3)通过工后半年的监测结果来看，各试验段路面表面平整、密实，均未见明显病害；各路用性能指标略有衰减，仍均能够满足相应规范要求。

(4)对比监测结果，布敦岩沥青试验段在路面的平整度、渗水、构造深度、摆式摩擦系数等几个指标上与普通沥青混凝土路面相差不大。但是工后半年，三条布敦岩沥青试验路段的车辙深度测值未见明显衰减，衰减最大值为0.3 mm；而普通沥青路段的车辙深度明显衰减，衰减最大值达到1.9 mm。这说明BRA改性沥青混合料的抗车辙性能明显优于普通沥青混凝土。