岩沥青改性沥青混合料的试验及应用研究.pdf

43交通科技与管理工程技术0引言岩沥青是一种天然石油沥青，化学性能稳定，含有较多的沥青质且对矿物质的吸附能力强1。已有相关研究表明，岩沥青可以有效改善普通基质沥青路面的高温、水稳定及抗疲劳性能2-3。目前，国外常用的岩沥青有产自北美的 5U 岩沥青、产自印尼的 BRA 岩沥青，国内常用的有产自四川的青川岩沥青，产自新疆的乌尔禾岩沥青4。但目前国内外对国产青川岩沥青缺乏系统的研究，工程应用中多采用经验法确定掺量，缺乏理论依据。该文基于 AC-13 级配，对不同掺量下岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究，并对实际应用效果进行分析。1室内试验1.1试验材料（1）沥青：基质沥青采用中海 70 号沥青，岩沥青采用国产青川岩沥青，两种沥青的性能检测结果分别如表 12 所示。（2）集料。集料选用石灰岩碎石，矿料为石灰岩粉末，相关性能见表 3。1.2配合比设计（1）级配设计。选用 AC-13 型级配，级配设计如表4 所示。（2）确定最佳油石比。初选 3.5%6.0%为初始油石比，以 0.5%作为油石比间隔分别制备试件进行马歇尔试验，不同油石比下的试验结果如表 5 所示。分析表 5 所示各指标与油石比的关系得到最佳油石比为 4.7%，其所对应的体积参数见表 6。1.3试验方案结合工程应用经验及相关研究6-7，该次试验中岩沥青的掺量分别取 5%、7.5%及 10%，参照相关规范8进行试验，试验方案见表 7。表 170 号基质沥青相关性能指标实测值技术要求5针入度（25）/0.1 mm66.26080软化点/49.3 46粘度（135）/(Pa.s)0.323延度（15）/cm 150 100密度/(g.cm3)1.043实测老化试验质量损失/%0.280.8残留针入度比（25）/%63.5 61残留延度（15）/cm36.8 15表 2岩沥青主要性能指标闪点/沥青含量/%含水量/%密度/(g.cm3)灰分/%23689.41.131.2210.4表 3集料性能检测结果碎石种类指标检测结果规范标准5细集料表观相对密度2.763 2.5吸水率/%0.84 2含泥量/%2 3粗集料洛杉矶磨耗损失%18.5 28磨光值（BPN）66 42压碎值/%22.6 26针片状含量/%9.6 15表观相对密度2.754 2.6毛体积相对密度2.701矿料表观密度/(g.cm3)2.746 2.5亲水系数0.55 1含水率/%0.46 1收稿日期：2023-08-09作者简介：王飞（1985）,男,本科,工程师,从事公路桥梁工程施工工作。岩沥青改性沥青混合料的试验及应用研究王飞（海南公路工程有限公司,海南 东方 572000）摘要基于 AC-13 级配，对不同掺量下岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究，并对其实际应用效果与经济效益进行分析。室内试验表明在普通基质沥青混合中掺入一定量的岩沥青后，混合料高温性能与抗疲劳性能提升十分显著，水稳定性能与低温抗裂性也得到了较好提升，各项性能均在岩沥青掺量为 7.5%时达到最佳值。工程应用表明岩沥青改性沥青混合料实际应用效果良好，相比于 SBS 改性沥青与 TLA 改性沥青，青川岩改性沥青具备明显的价格优势，经济效益显著；综合考虑沥青混合料的性能与经济效益，建议在实际应用中，青川岩沥青的最佳掺量控制在7.5%左右。关键词岩沥青；AC-13；路用性能；工程实例中图分类号U414文献标识码A文章编号2096-8949（2023）17-0043-042023 年第 4 卷第 17 期44交通科技与管理工程技术2室内试验结果分析2.1高温稳定性车辙试验结果见图 1。图 1不同沥青混合料车辙试验结果由图 1 可知，岩沥青掺量分别为 5%、7.5%、10%时，相对于基质沥青混合料，动稳定度分别增长了 6.67%、139.74%、63.93%，掺量为 7.5%时，高温稳定性能最佳，提升最为显著。观察图 1 动稳定度变化幅度可知，掺入岩沥青后，混合料的高温稳定性先增后降，当掺量由 0%提高到5%时，动稳定度仅增长了6.67%，随后当掺量由5%提升到 7.5%后，动稳定增长了 124.73%，高温稳定性成倍提升，但当掺量大于 7.5%后，高温稳定性开始降低。因此，考虑高温稳定性能，岩沥青最佳掺量宜控制在7.5%作用。2.2低温抗裂性低温小梁弯曲试验结果见图 2。图 2不同沥青混合料小梁弯曲试验结果由图 2 可知，相比于基质沥青混合料，岩沥青掺量分别为 5%、7.5%、10%时，弯拉破坏应变分别增长了4.41%、8.14%、6.21%，掺量为 7.5%时，低温抗裂性能最佳，有较好的提升；掺入岩沥青后，混合料的弯拉破坏应变先增后降，当岩掺量大于 7.5%，弯拉破坏应变出现大幅度降低，甚至低于基质沥青混合料，不满足规范5规定的弯拉破坏应变 2 500 的要求。2.3水稳定性冻融劈裂试验结果见图 3。由表 3 可知，冻融劈裂强度比随岩沥青掺量增加先增后降，当掺量分别为 5%、7.5%、10%时，冻融劈裂强表 4AC-13 级配设计级配类型（AC-13）集料通过以下筛孔（mm）质量百分率/%0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216设计级配5.58.511.5172437.552.57494.5100级配范围485157201028153824503868688590100100表 5马歇尔试验结果油石比/%空隙率/%间隙率/%饱和度/%流值/0.1 mm 稳定度/kN3.57.3413.645.72.2213.0745.7413.3562.9114.344.54.3913.466.83.4315.3353.1913.276.33.5415.115.52.7413.875.73.7414.94表 6最佳油石比对应马歇尔体积参数油石比空隙率/%间隙率/%饱和度/%流值/0.1 mm稳定度/kN4.73.514.574.63.3415.2规范要求73665751.54 8表 7室内试验方案名称检测目的试件尺寸试验条件评价指标高温车辙试验高温稳定性300 mm300 mm50 mm轴载 0.7 MPa、温度 60、时间 60 min动稳定度小梁弯曲试验低温抗裂性30 mm30 mm250 mm温度 10、单点加载（速率 50 mm/min）弯拉破坏应变浸水马歇尔试验水稳定性101.6 mm63.5 mm2 组试件分别 60 水浴养护 0.5 h、48 h残留稳定度冻融劈裂试验1 组 25 水浴养护 2 h，2 组 18 冰冻 16 h60 水浴养护 24 h25 水浴养护 2 h冻融劈裂强度比疲劳试验疲劳性能300 mm300 mm50 mm温度 15、加载速率 10 Hz、应变水平 200 疲劳次数45交通科技与管理工程技术度比分别增长了4.41%、8.14%、0.33%，当掺量为7.5%时，水稳定性能最佳。当掺量大于 7.5%后，水稳定性开始降低，掺量达到 10%后，此时水稳定性能与基质沥青混合料相当，无明显改善效果。图 3冻融劈裂试验结果2.4抗疲劳性能疲劳试验结果如表 8 所示。表 8疲劳试验结果（200 应变水平）沥青类型初始劲度模量/MPa累计耗散能/MPa疲劳次数/万次基质沥青4 549481.3214.95%岩沥青5 905925.1384.67.5%岩沥青7 5631 533.9495.110%岩沥青7 8461 158.8423.4由表 8 可知，相比于基质沥青混合料，当掺量分别为 5%、7.5%、10%时，疲劳次数分别提升了 79.01%、130.39%、97.02%，疲劳性能得到了显著提升；掺入岩沥青后，疲劳性能先增后降，并在岩沥青掺量为 7.5%时达到最大值。因此，考虑疲劳性能，岩沥青的掺量不宜超过 7.5%。3工程应用3.1工程概况某新建高速公路全长 134.362 km，双向 6 车道（宽30 m），路面上面层采用青川岩改性沥青混合料，具体路面结构见图 4。施工现场，岩沥青掺量取 7.5%，现场所采用的级配、油石比设计均同室内试验。施工过程中严格参照设计与规范要求进行施工与检测。图 4沥青路面结构形式3.2路面性能检测施工现场，对拌和楼内的拌和料随机抽样进行检测，相关检测结果见表 9。表 9施工现场拌和料抽样检测结果检测项目动稳定度/(次.mm1)破坏应变/冻融劈裂强度比/%检测结果2 9432 73896.3规范要求 2 400 2 500 80表 9 表明现场所拌混合料的相关性能检测结果符合设计与规范要求，同时与前述室内试验所得结果基本一致。该高速公路完成施工后，对该公路进行了验收检测，结果见表 10。表 10路面性能验收检测结果检测项目检测结果规范要求5压实度99.2 98渗水系数/(ml.min1)14.7 120抗滑值（BPN）73 45平整度标准差/mm0.07 1.8构造深度/mm0.95 0.6表 10 表明该新建公路的相关性能验收检测结果均在规范要求范围内，性能良好。该公路通车 2 年内，对其进行了持续观测，观测发现该公路所处区域常年高温多雨，且承受了较大的车流量及重载交通，但通车两年内未出现明显车辙与裂缝，路面平整度较高，长期路用性能优异。3.3经济效益分析对具体生产实际与市场价格进行调查分析后，得到国内常用的几种改性沥青成本对比情况如表 11 所示。表 11改性沥青成本对标沥青种类改性剂基质沥青加工费/(元/t)总价/(元/t)单价/(元/t)掺入比例/%单价/(元/t)掺入比例/%中海 70 号基质沥青004 30010004 300青川岩改性沥青7 1005104 30090952004 6354 770SBS 改性沥青25 0004.554 3009595.52005 4325 535TLA 改性沥青10 00020404 30060802005 6406 78046交通科技与管理工程技术由表11可知，相较于其他类改性沥青，国产青川岩改性沥青的价格最低。以该次工程应用为实例，铺筑长100 km、宽30 m、厚18 cm的沥青路面所需沥青为68 000 t。相对于SBS改性沥青、TLA改性，采用青川岩改性沥青后，总成本分别降低（5 2025 419.6）万元、（6 83413 668）万元，在保证路面各项使用性能的基础上，总成本得到了有效控制，经济效益显著。4结论该文基于 AC-13 级配，对不同掺量下岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究，并对实际应用效果与经济效益进行了分析，得出以下主要结论。（1）在普通基质沥青混合中掺入一定量的岩沥青后，混合料的高温性能与抗疲劳性能提升十分显著，水稳定性能与低温抗裂性也得到了较好提升，各项性能均在岩沥青掺量为 7.5%时达到最佳值。（2）工程应用表明：采用青川岩沥青改性沥青混合料进行路面铺筑后，道路的长期路用性能优异，实际应用效果良好。（3）相比于 SBS 改性沥青、TLA 改性沥青，青川岩改性沥青具备明显的价格优势，经济效益显著。（4）综合性能与经济效益考虑，建议在实际应用中，青川岩沥青的最佳掺量取 7.5%左右。参考文献1 兰建丽.天然岩沥青改性沥青混合料配合比设计分析J.山西交通科技,2017(1):24-27+60.2 陆兆峰,何兆益,黄刚,等.天然岩沥青改性沥青路面抗车辙性能分析 J.公路交通科技,2010(5):17-21+25.3 蒋玢萍,张海凤.岩沥青改性沥青混合料疲劳性能试验研究 J.交通世界,2021(26):24-25.4 陈文甫.岩沥青.SBS 复合改性沥青混合料路用性能研究 J.交通世界,2021(14):7-8.5 交通运输部公路科学研究院.公路沥青路面设计规范:JTG D502017S.北京：人民交通出版社,2017.6 黄文通,徐国元.布敦岩沥青混合料路用性能的试验研究 J.华南理工大学学报(自然科学版),2012(2):87-91.7 陆兆峰,何兆益,秦旻.采用天然岩沥青改性的沥青混合料路用性能 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