鄭國榮 唐國奇

（1.湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司 長(zhǎng)沙 410000； 2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 北京 100088）

在各種物理、化學(xué)改性瀝青中，巖瀝青改性瀝青以其與基質(zhì)瀝青良好的配伍性和持久的耐老化性越來越受到國內(nèi)外公路技術(shù)部門的重視［1］。實(shí)踐證明摻加巖瀝青后，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性等各項(xiàng)指標(biāo)均有較大提高，而且摻加巖瀝青的施工工藝簡(jiǎn)單，工程造價(jià)合理［2］。采用巖瀝青改性瀝青，對(duì)減少路面早期破壞，提高路面服務(wù)性能都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得推廣使用。

1 布敦巖瀝青改性瀝青膠漿的性能

巖瀝青的摻量直接影響了瀝青的路用性能，也對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大影響，選擇恰當(dāng)而經(jīng)濟(jì)的摻量成為巖瀝青在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。筆者著重對(duì)0%，25%，50%，75%，100%5種摻量的巖瀝青對(duì)A-70石油瀝青針入度、軟化點(diǎn)以及流變性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.1 巖瀝青摻量對(duì)針入度的影響

針入度是國際上經(jīng)常用來測(cè)定瀝青稠度的一種指標(biāo)，通常瀝青稠度越高，其粘度越高，可以在一定程度上反應(yīng)瀝青的高溫性能。但不同瀝青的感溫性不同，25℃的針入度不能夠反映瀝青在夏季高溫60℃左右時(shí)的流變特性，簡(jiǎn)單采用針入度指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青的高溫穩(wěn)定性具有很大的局限性［3］。本研究還將結(jié)合其他技術(shù)指標(biāo)共同評(píng)定巖瀝青對(duì)混合后瀝青技術(shù)性能的影響，不同摻量巖瀝青對(duì)針入度影響的測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同摻量巖瀝青對(duì)針入度的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著巖瀝青用量的增加，混和瀝青的針入度不斷下降，說明混和瀝青的稠度越來越大。從變化趨勢(shì)上看，不論哪一種試驗(yàn)條件下，50%以內(nèi)巖瀝青摻量時(shí)，針入度減小的趨勢(shì)較緩，50%以上巖瀝青摻量時(shí)，針入度變化更加顯著。

老化試驗(yàn)結(jié)果表明，不論是短期老化還是長(zhǎng)期老化，從總的趨勢(shì)上看，隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青老化前后的針入度比逐漸增大，表明巖瀝青對(duì)提高瀝青的耐老化能力是有幫助的。巖瀝青是石油在自然條件下，經(jīng)過千百萬年在溫度、壓力、氣體、無機(jī)物觸媒、微生物及水分的綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質(zhì)，性質(zhì)特別穩(wěn)定，具有優(yōu)良的耐久性。

1.2 巖瀝青摻量對(duì)軟化點(diǎn)的影響

在理論上，軟化點(diǎn)是一個(gè)等粘溫度，反映了瀝青的粘度特性［4］。軟化點(diǎn)高意味著瀝青的等粘溫度高，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好，不同摻量巖瀝青軟化點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同摻量巖瀝青對(duì)軟化點(diǎn)的影響

數(shù)據(jù)表明，隨著巖瀝青摻加比例的提高，軟化點(diǎn)逐漸升高，說明巖瀝青對(duì)提高瀝青的熱穩(wěn)定性有積極貢獻(xiàn)，摻量越大，混和瀝青的熱穩(wěn)定性越高。另外，老化試驗(yàn)結(jié)果表明，不論是短期老化還是長(zhǎng)期老化，從總的趨勢(shì)上看，隨著巖瀝青摻量的增加，瀝青老化前后的軟化點(diǎn)升高幅度逐漸減小，說明巖瀝青對(duì)提高瀝青的耐老化能力是有幫助的，這與針入度試驗(yàn)結(jié)果相一致。

1.3 巖瀝青對(duì)瀝青流變特性的影響

瀝青的粘度反映了由瀝青的粘性抵抗造成的能量損失，瀝青路面高溫工作時(shí)的粘度越大，預(yù)示高溫穩(wěn)定性越好［5］。瀝青路面高溫工作溫度一般在60℃左右，重點(diǎn)考察60℃左右的粘度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 巖瀝青對(duì)60℃粘度的影響 ／（Pa·s）

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加巖瀝青后，混和瀝青60℃左右的粘度明顯增大，且?guī)r瀝青由50%提高到100%時(shí)，粘度增加更顯著，高溫穩(wěn)定性較好。

2 巖瀝青改性瀝青混合料路用性能

巖瀝青的摻量直接影響了混合料的路用性能，也對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大影響，選擇合適而經(jīng)濟(jì)的摻量成為巖瀝青在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵［6］。通過研究巖瀝青的不同摻量對(duì)混合料高溫性能、水穩(wěn)定性和低溫性能的影響，從而可以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

2.1 巖瀝青改性瀝青混合料的高溫性能

混合料的高溫性能采用高溫車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)，不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表4可見：①隨著巖瀝青摻量的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度DS逐漸增加，而增長(zhǎng)速率逐漸減慢，巖瀝青摻量由10%增加到15%時(shí)，DS增加了37.9%；巖瀝青摻量由15%增加到18%時(shí)，DS增加了24.2%，但是，巖瀝青的摻量由20%增加到25%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度僅增加了5.9%；②當(dāng)巖瀝青摻量為18%時(shí)，DS大于2 800次，已經(jīng)滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)夏炎區(qū)的技術(shù)要求。

2.2 巖瀝青改性瀝青混合料的抗水損害性能

目前常用的檢驗(yàn)瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法有浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表5可見，隨著巖瀝青摻量的增加，巖瀝青改性瀝青混合料的穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度也逐漸增加，當(dāng)巖瀝青摻量超過20%后，巖瀝青改性瀝青混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度的增長(zhǎng)較為緩慢，表明摻加過多的巖瀝青對(duì)混合料抗水損害性能的貢獻(xiàn)不大，經(jīng)濟(jì)性不高。巖瀝青的摻量對(duì)殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比的影響較小，殘留穩(wěn)定度均大于85%，劈裂強(qiáng)度比均大于84%。

2.3 巖瀝青改性瀝青混合料的低溫抗裂性能

低溫下瀝青混合料可看作彈性材料，其破壞過程是一個(gè)能量耗散的過程。瀝青混合料的應(yīng)變能密度臨界值指標(biāo)是混合料臨界彎拉應(yīng)變和彎拉強(qiáng)度2個(gè)指標(biāo)的綜合，用它來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能更加科學(xué)。本次試驗(yàn)溫度為－10℃，加載速率50 mm／min。試驗(yàn)采用30 mm×35 mm×250 mm的小梁試件，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 瀝青混凝土低溫小梁試驗(yàn)結(jié)果

由表6可見，隨著巖瀝青摻量的增加，彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和應(yīng)變能密度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而應(yīng)變能密度的增長(zhǎng)率逐漸減?。涣硪环矫?，當(dāng)巖瀝青摻量由18%增加到20%時(shí)，彎拉強(qiáng)度增加，彎拉應(yīng)變反而有所減小，若僅憑彎拉強(qiáng)度或彎拉應(yīng)變來評(píng)價(jià)混合料的低溫性能，就會(huì)出現(xiàn)矛盾的結(jié)果，而此時(shí)彎曲應(yīng)變能密度增加了9.5%，客觀地說明了巖瀝青摻量的增加對(duì)低溫抗裂性能的改善作用。

3 布敦巖瀝青在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

在某高速公路下行K15＋680～K16＋560行車道和K 27＋490～K 28＋000行車道的養(yǎng)護(hù)工程中鋪筑了1.4 k m的巖瀝青中、上面層試驗(yàn)路。本次試驗(yàn)段中，采用韓國SK70號(hào)道路石油瀝青和印尼布敦巖瀝青，中面層采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青拌和AC-20C型級(jí)配的混合料，最佳油石比為4.3%；上面層也采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青制備AC-13C型級(jí)配的瀝青混合料，最佳油石比為4.8%。從2種混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)等指標(biāo)來看，摻加巖瀝青的AC-20C型瀝青混合料和AC-13C型瀝青混合料的抗水損害、高溫性能、低溫性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）的要求。

3.2 試驗(yàn)路性能觀測(cè)

在養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目巖瀝青試驗(yàn)段施工后1個(gè)月，對(duì)試驗(yàn)段路面性能進(jìn)行了首次觀測(cè)，主要技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 巖瀝青試驗(yàn)段1個(gè)月后的檢測(cè)結(jié)果

第二次觀測(cè)是在施工完成后1年，主要對(duì)路表滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見表8。在2年后，進(jìn)行了第三次觀測(cè)，測(cè)試結(jié)果見表9?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，下行K 27＋490～K 28＋000行車道除了車道中部有明顯的施工離析帶外，無車轍、坑槽、表面滑溜等病害；而同期施工的前后路段已進(jìn)行了微表處車轍填補(bǔ)。下行K15＋680～K16＋560行車道和前后路段一樣有較明顯的基層反射裂縫，無其他病害。

表8 巖瀝青試驗(yàn)段1年后的檢測(cè)結(jié)果

表9 巖瀝青試驗(yàn)段2年后的檢測(cè)結(jié)果

由3次觀測(cè)的結(jié)果可以看出：①試驗(yàn)路面巖瀝青改性瀝青混合料密實(shí)、抗滑，滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均符合規(guī)范要求；②在夏季高溫、冬春雨雪和大量的交通荷載作用下，路面泌水和抗滑性能衰減較少；③現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能與SBS改性瀝青混合料的性能相仿，前者具有更加優(yōu)良的耐高溫性能，路面永久變形較小。

4 結(jié)論

（1）隨著巖瀝青用量的增加，混和瀝青的針入度不斷下降，瀝青老化前后的針入度比增大，動(dòng)粘度也增加，表明巖瀝青對(duì)提高瀝青的熱穩(wěn)定性和耐老化能力有積極的貢獻(xiàn)，而且?guī)r瀝青具有較好的高溫穩(wěn)定性。

（2）從不同巖瀝青摻量混合料的高溫車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果來看，隨著巖瀝青摻量的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度都逐漸增加，彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能密度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但當(dāng)摻量由20%增加到25%時(shí)，各性能指標(biāo)變化較小，在工程應(yīng)用中建議巖瀝青的摻量范圍為20%～25%。

（3）從高速公路養(yǎng)護(hù)工程中巖瀝青混合料的應(yīng)用來看，摻加20%巖瀝青中、上面層瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）的要求，具有優(yōu)良的高溫性能和水穩(wěn)定性，可以大規(guī)模地應(yīng)用于高速公路瀝青路面，而且具有較好的性價(jià)比。

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