唐淦
（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司道路桥梁设计研究院上海200092）
摘要 以布敦岩沥青作为改性剂，70号基质沥青作为基础沥青，进行试验室内的布敦岩沥青改性沥青的生产制备，对AC-13C和AC-20C 2种代表性级配沥青混合料的技术性能进行了试验研究，并对3% BRA最佳掺量的改性沥青混合料进行力学性能试验。结果表明：①BRA的掺入对沥青混合料高温性能和水稳定性的改善效果明显，不同矿料级配组成对BRA改性沥青混合料的路用性能影响较大；②低剂量BRA的掺入对沥青混合料低温抗裂性能的改善效果并不明显；③3.0%BRA最佳掺量下改性沥青混合料的各项力学性能比基质沥青混合料有了大幅度的提高，适用于各气候地区公路路面结构层的铺筑。
关键词 布敦岩沥青 高温稳定性 低温性能 水稳定性
布敦岩沥青( Buton rock asphalt，BRA)是一种天然沥青，被广泛用作典型沥青路面混合料的改性剂。目前对BRA改性沥青混合料的研究，大多仅关注BRA改性沥青混合料的高温稳定性，对其他如低温性能的研究相对缺乏，且没有形成相对一致的结论。同时国内规范对BRA改性沥青混合料的组成设计、质量检测方法和技术指标等并不统一，导致布敦岩沥青的推广应用在国内受到了各方面的限制。
为了更为充分合理的利用BRA改性沥青混合料进行路面结构的铺筑，本文以布敦岩沥青作为改性剂，以70号基质沥青作为基础沥青，对代表性级配混合料的路用性能进行了试验研究，确定最佳掺量，并针对最佳掺量进行了一系列的力学性能试验，总结归纳BRA改性沥青混合料的优缺点及其适用性。
1材料制备
1.1试验材料与矿料级配
试验采用布敦岩沥青作为改性剂，中海油70号基质沥青作为基础沥青，其相关技术性质分别见表1和表2。研究选用AC-13C和AC-20C 2种代表性级配，见表3。粗细集料均采用石灰岩集料。由于BRA颗粒中的天然沥青及矿物质成分可以替代部分的基质沥青和矿粉，本文按照刘岩的计算方法确定代表性级配的最佳沥青用量，得到AC-13C和AC-20C级配各自对应的最佳油石比为4. 6%和4.35%。
1.2BRA改性沥青混合料的试件制备
研究中选择“干法”工艺作为BRA改性沥青混合料室内拌和工艺。根据BRA改性沥青的粘温曲线及施工拌和及其压实温度粘度要求范围，得到“干法”拌和实验过程温度控制见表4。BRA改性沥青拌和方式：将计算好的BRA岩沥青用量与集料混在一起干拌60 s，使岩沥青粉末均匀分布于集料之间，然后将基质沥青按照预定质量加入，拌和90 s；最后加入矿粉，再一起搅拌60 s，即可倒人试模中插捣和击实成型。
2 BRA改性沥青混合料的技术性能
2.1高温稳定性
车辙试验按规范中的规定，采用车动稳定度作为BRA改性沥青混合料的高温稳定性的评价指标。试验结果见图1和图2。可知：①各级配的BRA改性沥青混合料动稳定度均比普通沥青混合料要大，远高于规范针对夏季炎热气候区关于改性沥青混合料的动稳定度最高要求(2 800次／mm)；②AC-13C级配对应的动稳定度随着BRA掺量的增大呈现出先增后减的趋势，在3%附近出现极值；③AC-20C级配对应的动稳定度随着BRA掺量的增大呈现出先缓慢增长后迅速增长的趋势。相比无掺入的情况，3%掺量的动稳定度得到了107. 46%的增量，然而4%掺量的动稳定度相比3%的情况仅得到了31. 37%的增量，说明通过添加高掺量BRA来改善AC-20C级配高温性能的意义不大；④AC-13C级配对应的总变形量在3%掺量时出现最低值，对AC-20C级配而言，当掺量大于2. 5%后，其对应的车辙总变形量下降速度加快。
2.2低温抗裂性能
小梁低温弯曲试验按规范中的规定进行，采用低温弯曲破坏的最大弯拉应变作为评价BRA改性沥青混合料的低温抗裂性能。试验温度为-10℃，试验结果见图3和图4。
由图3、图4可知：①各级配的BRA改性沥青混合料的最大弯拉应变均比普通沥青混合料要大；②相比无掺入的情况，2% BRA掺量下各级配的最大弯拉应变仅得到了小于10%的增量，说明低剂量BRA对改善沥青混合料低温抗裂性能的效果不明显；③各级配对应的最大弯拉应变随着BRA掺量的增大呈现出阶梯式的增长趋势；④当BRA掺量在2.5%～3%时，最大弯拉应变增长速率加快，随后掺量对低温抗裂性能的改善效果开始缓慢；⑤相比无掺入的情况，各级配在3%掺量下的最大弯拉应变得到了40%以上的增量，都高于规范针对冬季严寒区关于沥青混合料的最大弯拉应变值(3 000);4%掺量下的最大弯拉应变相比3%的情况仅得到了小于16%的增量，说明通过添加高掺量BRA来改善BRA改性沥青混合料的低温抗裂性能的意义不大；⑥各级配沥青混合料的劲度模量随着BRA掺量的增加而不断减小，呈现逐渐变缓的趋势，改性后沥青混合料的劲度模量降低，所能承受的最大应力提高，抵抗破坏的能力增强。
2.3水稳定性
冻融劈裂试验按规范中规定进行，采用沥青混合料试件的冻融劈裂强度比(TSR)来评价沥青混合料的水稳性。试验结果见表5。
由表5可见，①BRA的掺人能明显提高AC-13C的水稳定性能，但是对AC-20C级配的意义不大；②AC-13C级配的TSR随着BRA掺量的增大呈现出先增大后减小的趋势，并在3%掺量下取得最大的TSR，为90. 2%，高于规范针对潮湿或湿润地区要求沥青混合料的最低TSR(85%)；③相比无掺人情况，AC-20C级配的TSR仅得到了小于4%的增长，总体水平接近90%。
各项技术性能试验表明：BRA的掺入对沥青混合料各项性能的改善效果明显，整体性能相比无掺人情况有了很大的提高；对本研究的2种代表性级配而言，从经济技术角度考虑，最佳BRA掺量为3%。
3 BRA改性沥青混合料的力学性能
3.1劈裂强度
本文参照规范中沥青混合料劈裂试验的要求，分别成型3%掺量下2种代表性级配的BRA改性沥青混合料和基质沥青混合料马歇尔试件，进行劈裂试验。试验结果见表6。
由表6可见，对比无掺人情况，掺量3. 0%对应的AC-13C和AC-20C的劈裂强度都获得了40%以上的增幅。
3.2抗压回弹模量
沥青混合料的抗压回弹模量是我国公路沥青路面设计中的重要设计参数，其取值合理与否，关系到路面结构厚度设计的合理性。本文按照规范中单轴压缩试验（圆柱体法）的要求，用静压法分别成型3%掺量下2种代表性级配的BRA改性沥青混合料和基质沥青混合料圆柱体试件(直径为(100±2)m，高度为(100±2)mm)。试验结果见表7。
由表7可见，对比无掺人情况，掺量3. 0%对应的AC-13C和AC-20C的抗压回弹模量分别获得了37%和42%的增幅，试验测值远高于规范推荐值。
3.3抗剪强度
沥青路面的车辙是压缩和剪切变形二者共同作用的结果，而对于压实度较好或刚开放交通的沥青路面而言，车辙的形成则主要是剪切变形而非压缩变形。沥青混合料的抗剪强度是材料的本身属性，因此，需要给予沥青混合料的抗剪强度足够的重视。本文按照规范，采用MTS试验机进行单轴贯入试验，试验温度60。C，加载速率1 mm／min，用旋转压实法分别成型3%掺量下2种代表性级配的BRA改性沥青混合料和基质沥青混合料圆柱体试件(直径为(150±2)m，高度为(115±2)mm)，进行抗剪强度试验。试验结果见表8，对比无掺人情况，掺量3.0%对应的AC-13C和AC-20C的抗剪模量分别获得了26%和37%的增幅。
各项力学性能试验表明：3. 0% BRA最佳掺量下改性沥青混合料的各项力学性能比基质沥青混合料有了大幅度的提高，这意味着BRA岩沥青混合料可以有效地增强路面的抗变形能力，提高沥青路面承担交通荷载的能力，间接提高沥青路面的使用寿命。
4结语
(1)相比普通沥青混合料，BRA改性沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。
(2)低剂量BRA的掺人对沥青混合料低温抗裂性能的改善效果并不明显，表现为：2% BRA掺量下各级配的最大弯拉应变仅得到了小于10%的增量；当掺量达到3%时，各级配的最大弯拉应变能获得40%以上的增量。
(3)相比普通沥青混合料，3%BRA改性沥青混合料具有更高的劈裂强度、抗压回弹模量和抗剪强度，适合用于各气候地区公路路面结构层的铺筑。
