濕法加工布敦巖瀝青的工程應(yīng)用

鈕英才，田苗苗，李亞非，劉書君

（1.內(nèi)蒙古公路交通投資發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.交通運輸部科學(xué)研究院，北京 100029）

0 引 言

巖瀝青路面材料具有較高的路用性能，尤其高溫穩(wěn)定性、抗水損壞和耐久性能較好［1］，其使用性能類似于SBS改性瀝青，綜合造價卻大幅低于SBS改性瀝青。同時，巖瀝青是一種天然材料，與瀝青融合度較高且不需要化學(xué)加工，免去了SBS等聚合物與基質(zhì)瀝青改性的過程，更加綠色環(huán)保［2］。

巖瀝青的使用方法可分為濕法和干法2種［3］，前者將天然布敦巖瀝青作為基質(zhì)瀝青的改性劑使用，即先將巖瀝青與基質(zhì)瀝青融合成為巖瀝青改性瀝青，再將改性瀝青與集料拌合使用；后者將天然巖瀝青作為混合料的外摻劑使用，在基質(zhì)瀝青與集料的拌合過程中撒入巖瀝青顆粒，共同拌合成混合料［4］。干法巖瀝青在中國已應(yīng)用多年，由于其短時間內(nèi)無法與混合料充分融合，使得巖瀝青混合料的使用性能大打折扣［5］。相對而言，濕法工藝具有質(zhì)量易控、性能穩(wěn)定的優(yōu)點［6］，更適合于工程應(yīng)用，因此，采用濕法工藝是促進巖瀝青推廣應(yīng)用的重要手段。本文依托實際工程（路面類型為AC-13型、采用二級公路設(shè)計標準）對巖瀝青混合料配合比設(shè)計及路用性能進行研究。

1 濕法巖瀝青混合料配合比設(shè)計

1.1 原材料

瀝青采用韓國江陰生產(chǎn)的雙龍基質(zhì)瀝青，巖瀝青采用湖北正康天然瀝青科技有限公司生產(chǎn)的巖瀝青；粗細集料采用石灰?guī)r，規(guī)格分別為10～15mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm；礦粉采用六安市交通實業(yè)有限公司生產(chǎn)的礦粉。集料和基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標滿足規(guī)范要求，見表1、2。

表1 集料性能檢測結(jié)果

表2 基質(zhì)瀝青技術(shù)要求及檢測結(jié)果

1.2 集料級配設(shè)計

采用水洗法對集料進行篩分，對各檔集料進行試配，礦料合成級配試驗結(jié)果見圖1、表3。

圖1 合成級配曲線

其中，為保證瀝青路面面層具有較好的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞能力，降低因空隙率過大導(dǎo)致瀝青路面早期水損害現(xiàn)象，在本次配合比設(shè)計過程中，空隙率設(shè)計為4.5%。

1.3 最佳油石比的確定

試件采用雙面擊實75次成型，目標空隙率設(shè)計為4.5%，其他指標均參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）對 AC-13型密級配瀝青混合料的技術(shù)要求。

表3 AC-13礦料合成級配試驗結(jié)果

在配合比設(shè)計過程中，巖瀝青摻量一般宜為基質(zhì)瀝青摻量的10%～30%，同時結(jié)合項目所在地區(qū)的氣候和交通等條件，對巖瀝青摻量進行適當(dāng)調(diào)整。本次試驗采用外摻30%巖瀝青制備布敦巖瀝青改性瀝青成品。瀝青加熱溫度為150℃～155℃，石料加熱溫度為155℃～160℃，拌合溫度為155℃～160℃，擊實溫度為150℃～155℃。馬歇爾試驗結(jié)果及技術(shù)要求見表4，瀝青混合料最大理論相對密度采用實測法測定。

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中油石比的計算方法，確定最佳油石比為5.2%。對最佳油石比下的試件進行馬歇爾試驗，各項指標均滿足規(guī)范要求，試驗結(jié)果見表5。

2 濕法巖瀝青混合料路用性能驗證

鋪筑試驗路，對“濕法”巖瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性能進行檢測，采用動穩(wěn)定度試驗評價高溫性能，以凍融劈裂試驗與浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗評價水穩(wěn)性能，試驗結(jié)果如表6、7所示。

表4 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

表5 最佳油石比試件馬歇爾試驗結(jié)果

表6 車轍試驗結(jié)果

3 濕法巖瀝青加工工藝

布敦巖瀝青產(chǎn)于印度尼西亞布敦島，由侏羅紀海生動物化石沉積而成，其具有瀝青含量高、含氮量高、含樹脂、不含蠟等特點，因采用干法施工工藝存在拌合均勻性等施工變異性問題，應(yīng)用效果不理想，沒有發(fā)揮布敦巖瀝青的最大效益。

本文將巖瀝青磨細并活化，再將活化后的巖瀝青與基質(zhì)瀝青混溶，經(jīng)過膠體磨研磨生產(chǎn)巖瀝青改性瀝青。該工藝將巖瀝青與基質(zhì)瀝青充分融合，有效促進了巖瀝青極性官能團與基質(zhì)瀝青中活性基團（羰基、醛、羧基、萘等）的交聯(lián)聚合，改善基質(zhì)瀝青分子的排列方式和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（結(jié)點和強度），使得巖瀝青改性瀝青的抗氧化性、流動性、黏附性和感溫性等明顯提高，進而提高巖瀝青改性瀝青混合料的抗高溫、抗水損壞及抗疲勞性能。

本試驗布敦巖瀝青（摻加比例30%）與基質(zhì)瀝青經(jīng)活化改性處理后，改性瀝青技術(shù)指標如表8所示。巖瀝青改性瀝青濕法加工流程如圖2所示。

表8 布敦巖瀝青改性瀝青的基本指標試驗結(jié)果

圖2 巖瀝青改性瀝青濕法加工流程

巖瀝青改性瀝青活化濕法加工工藝為：通過加熱系統(tǒng)將基質(zhì)瀝青預(yù)熱至150℃～160℃后，泵送至瀝青罐中，同時將已經(jīng)過破碎、脫水等活化處治的布墩巖瀝青干粉提升至入料口且緩慢加入基質(zhì)瀝青中，攪拌0.5～1h；隨后將預(yù)混料泵入自主研發(fā)的膠體磨內(nèi)，進行充分研磨，將巖瀝青顆粒磨至100目以下，使其均勻地懸浮在基質(zhì)瀝青中，進而得到巖瀝青改性瀝青；最后，將制備好的布墩巖瀝青改性瀝青移入貯存罐內(nèi)，進行合理的儲存，以備后用。

綜上所述，巖瀝青改性瀝青活化濕法加工流程為：巖瀝青的計量與添加、巖瀝青與基質(zhì)瀝青預(yù)混及活化巖瀝青的制備、混合物經(jīng)過研磨設(shè)備研磨、巖瀝青改性瀝青的制備與儲存。

4 結(jié) 語

（1）經(jīng)過配合比設(shè)計，10～15mm集料、5～10 mm集料、3～5mm集料、0～3mm集料、礦粉的比例為24∶35∶5∶32∶4，最佳油石比為5.2%。

（2）濕法加工巖瀝青改性瀝青的混合料動穩(wěn)定度、凍融劈裂殘留強度比、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度檢驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求。其中，動穩(wěn)定度試驗結(jié)果與SBS改性瀝青混合料的技術(shù)指標相似（依據(jù)工程經(jīng)驗，SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度一般在4 000次·mm－1左右），遠高于普通瀝青混合料的技術(shù)指標，說明使用巖瀝青達到了改善瀝青路面高溫性能的目的。

（3）本次配合比設(shè)計采用AC-13密級配瀝青混合料，為防止施工過程中混合料離析，攤鋪時應(yīng)嚴格控制原材料級配。同時，建議施工時加強碾壓，以保證瀝青混合料下面層的壓實度。

（4）通過實體工程的應(yīng)用證明，濕法工藝將活化后的布敦巖瀝青改性瀝青添加到基質(zhì)瀝青中，所制備的布敦巖瀝青改性瀝青抗高溫穩(wěn)定性能顯著提高，布敦巖瀝青改性瀝青混合料施工和易性較好，適合于規(guī)?；a(chǎn)。