巖瀝青高強混合料BRAC-16在寒區(qū)的應用研究

雷明臣 費燕華

(1.北安至富裕高速公路工程建設指揮部，黑龍江 哈爾濱 150000； 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 211899)

巖瀝青高強混合料BRAC-16在寒區(qū)的應用研究

雷明臣1費燕華2

(1.北安至富裕高速公路工程建設指揮部，黑龍江 哈爾濱 150000； 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 211899)

·建筑材料及應用·

為了研究高灰分布敦巖瀝青(BRA)復合改性瀝青膠漿的性能，以及BRA在寒區(qū)混合料中的設計應用，首先以SBS改性瀝青、BRA和礦粉為原料，在粉膠比1.2的條件下，按照BRA中的灰分對礦粉0%，50%，75%和100%的替換比例，制備出四組改性瀝青膠漿，然后通過針入度、軟化點、布氏粘度、DSR試驗表征四組改性瀝青膠漿的性能，確定高灰分巖瀝青對SBS改性瀝青的改性效果，并以此設計瀝青混合料BRAC-16，通過水穩(wěn)定性實驗、高溫穩(wěn)定性實驗、低溫抗裂性實驗表征混合料的高低溫和水穩(wěn)定性能，為巖瀝青在我國寒冷地區(qū)的推廣應用提供參考價值。

巖瀝青，SBS改性瀝青，瀝青混合料，BRAC-16，寒區(qū)

1 概述

黑龍江省位于我國的東北部，屬于溫帶大陸性季風氣候，是較潮濕的重冰凍地區(qū)，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通量逐漸增加，重載、超載交通已成為普遍現(xiàn)象[1]。在交通荷載、環(huán)境因素的共同作用下，車轍病害是黑龍江省高速公路半剛性基層瀝青路面的典型病害之一。采用高強路面是改善路面抗車轍性能的有效手段，通常采用單一種類的高強改性劑制備高強瀝青混合料，可以大幅提升瀝青路面高溫時的強度，改善高溫性能[2]。然而，傳統(tǒng)的高強改性瀝青價格昂貴，施工和易性有待改善。針對單一改性方法的不足，復合改性手段代表著當今改性技術(shù)的發(fā)展方向，通過將兩種以上的改性劑復合使用，可以實現(xiàn)降低成本、提高改性效果的作用[3，4]。本文選取高灰分巖瀝青(BRA)和SBS改性瀝青為原材料，制備出復合改性瀝青，并采用馬歇爾法對BRAC-16型復合改性瀝青混合料進行室內(nèi)配合比優(yōu)化設計。

2 試驗結(jié)果與分析

用SBS改性瀝青、BRA和礦粉為原料，在粉膠比1.2的條件下，按照BRA中的灰分對礦粉0%，50%，75%和100%的替換比例，制備了BRA改性瀝青膠漿。不同摻量下瀝青常規(guī)性能試驗結(jié)果如圖1～圖4所示。

1)BRA對瀝青膠漿軟化點的影響。

從圖1中可以看出，對于SBS改性瀝青膠漿，替換比例達到75%時，軟化點已超過100 ℃，相比較0%替換的SBS改性瀝青膠漿，提升了10 ℃以上。

2)BRA對瀝青膠漿針入度的影響。

從圖2中可以看出，對于SBS改性瀝青膠漿，其針入度均隨著灰分替代礦粉比例的增加而降低，表明BRA摻入以后提高了瀝青膠漿的稠度，改善了抵抗變形的能力。

3)BRA對瀝青膠漿粘度的影響。

從圖3中可以看出，對于SBS瀝青膠漿，在100 ℃時通過添加BRA提高了高溫粘度，而在135 ℃和175 ℃時，隨著替換比例的增加，粘度反而有所降低，表明BRA可以同時提高SBS瀝青膠漿的高溫性能和施工和易性，從而降低施工難度。

4)BRA對瀝青膠漿流變性能的影響。

從圖4可知，對于SBS改性瀝青膠漿，其復合模量隨著替換比例的增加而增大，進一步驗證了BRA可以提高膠漿的高溫性能。

3 復合改性BRAC-16配合比設計

3.1 BRAC-16級配設計

3.1.1級配選擇

由碾子山海通碎石廠提供的集料，規(guī)格為11 mm～18 mm,6 mm～11 mm,3 mm～6 mm和0 mm～3 mm，依次為1號、2號、3號、4號料。巖瀝青摻量為集料質(zhì)量的3.5%，設計三種合成級配，不同級配的通過率如表1所示。

表1 三種合成級配通過率明細

3.1.2試驗級配評價

參照以往瀝青路面AC-16目標配合比的工程應用情況，選擇油石比5.3%(含BRA中折算的可溶瀝青)作為三種初試級配的油石比、雙面各擊實75次成型馬歇爾試件。馬歇爾試驗結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表2 三種初試級配馬歇爾試驗結(jié)果

由表2可以看出級配1和級配2體積指標滿足要求，級配3體積指標不滿足要求，根據(jù)工程經(jīng)驗本次設計選擇級配2為設計級配。

3.1.3最佳油石比的確定

按設計礦料比例配料，采用五種油石比進行馬歇爾試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 BRAC-16設計級配馬歇爾試驗結(jié)果

根據(jù)設計經(jīng)驗取油石比5.3%為最佳油石比，其中新添加瀝青油石比為4.4%。

3.1.4設計結(jié)果

根據(jù)上述試驗分析，選擇級配2為設計級配，礦料比例為1號∶2號∶3號∶4號∶礦粉=33%∶25%∶9%∶30%∶3%，新添加瀝青油石比為4.4%，換算總油石比為5.3%，相對應的BRAC-16瀝青混合料指標如表4所示。

表4 BRAC-16瀝青混合料體積指標

表4中,Pbe為瀝青混合料中有效瀝青用量，%;Vbe為有效瀝青的體積百分率，%;Vg為礦料的體積百分率，%；DA為瀝青膜有效厚度，μm。

3.2 BRAC-16瀝青混合料性能評價

3.2.1水穩(wěn)定性檢驗

從試驗結(jié)果可以看出設計的BRA改性BRAC-16混合料水穩(wěn)定性滿足要求，見表5，表6。

3.2.2高溫穩(wěn)定性試驗

從試驗結(jié)果可以看出，設計瀝青混合料的動穩(wěn)定度為9 745次/mm，滿足改性瀝青混合料高溫性能要求，見表7。

表5 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

表6 凍融劈裂試驗結(jié)果

表7 車轍動穩(wěn)定度試驗結(jié)果

3.2.3低溫抗裂性檢驗

從試驗結(jié)果可以看出，BRAC-16瀝青混合料低溫彎曲應變?yōu)? 097.6 με，能夠滿足寒區(qū)上面層改性瀝青混合料低溫彎曲應變大于3 000 με的變形要求，見表8。

表8 小梁彎曲試驗結(jié)果

4 結(jié)語

本文利用BRA摻加SBS改性瀝青，制備出復合改性瀝青膠漿，并優(yōu)化AC-16型級配合成巖瀝青高強混合料，得到結(jié)論如下：

1)隨著BRA中灰分對礦粉替換比例的增加，瀝青膠漿的針入度降低、軟化點升高，高溫性能得到提升。

2)對于SBS瀝青膠漿，通過添加BRA可以提高100 ℃的粘度，降低135 ℃和175 ℃時的粘度，從而改善施工和易性。

3)通過水穩(wěn)定性實驗、高溫穩(wěn)定性實驗、低溫抗裂性實驗表明，BRA與SBS的復合改性瀝青混合料均滿足寒區(qū)改性瀝青混合料的技術(shù)要求，可以推廣應用。

[1] 畢林昌.重冰凍區(qū)長壽命瀝青路面設計研究[D].西安：長安大學,2011.

[2] 李國平.Sasobit改性劑在改善路面抗車轍性能中的應用優(yōu)勢[J].科技信息:科學教研,2008(21):49-50.

[3] 鄧慶忠,董叔鑫,王光宗,等.巖瀝青對SBS改性瀝青性能的影響研究[J].石油瀝青,2016,30(2):25-28.

[4] 馬 進,王都興,姚 李,等.巖瀝青摻量對SBS改性瀝青性能的影響研究[J].城市建設理論研究(電子版),2012(8)：74-75.

StudyontheapplicationofBRAC-16inthecoldregionofhigh-strengthmixtureofrockasphalt

LeiMingchen1FeiYanhua2

(1.Bei’an-FuyuExpresswayEngineeringConstructionHeaduarters,Harbin150000,China;2.JiangsuZhongluEngineeringTechnologyInstituteCompany,Nanjing211899,China)

In order to study the properties of the asphalt binder modified by high ash distribution, the design of BRA in mixed materials in cold region, first on SBS modified asphalt, BRA and mineral powder as raw material, under the condition of rubber powder ratio of 1.2, according to the BRA in the ash content of mineral powder 0%, 50%, 75% and 100% of the replacement ratio, the preparation of the four groups of modified asphalt mortar, and then through the penetration, softening point and brinell viscosity, DSR test characterization of four groups of the performance of the modified asphalt mortar of high ash rock asphalt modified effects of SBS modified asphalt, asphalt mixture BRAC-16, then to design through water stability test, high temperature stability, low temperature crack resistance experiments characterization of mixture of moderate water stability performance, for rock asphalt cold areas in our country to offer reference to the popularization and application value.

rock asphalt, SBS modified asphalt, asphalt mixture, BRAC-16, cold area

2017-10-27

雷明臣(1972- )，男，高級工程師

1009-6825(2017)35-0112-02

TU502

A