尚曉峰

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院， 四川 樂山　614000)

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BRA巖瀝青與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料性能研究

尚曉峰

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院， 四川 樂山614000)

為了改善高速公路重車道和城市道路交叉口路段瀝青路面病害突出的問題，通過對(duì)BRA與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，確定了BRA與SBS適宜的摻配比例，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能，并將其與SBS改性瀝青混合料進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：增大SBS摻量后復(fù)合改性瀝青黏度顯著增大，高溫PG分級(jí)明顯提高，但同時(shí)又會(huì)對(duì)低溫性能有所弱化，工程實(shí)踐中只要嚴(yán)格控制BRA摻量才不會(huì)對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫性能造成大的影響，推薦BRA與SBS復(fù)合改性瀝青中，適宜的SBS添加量為2.5%～3.0%，BRA合理?yè)搅繛?%～8%。BRA與SBS復(fù)合改性瀝青可大幅改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，其抗疲勞耐久性優(yōu)于SBS改性瀝青混合料；實(shí)體工程和試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果表明，BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命，BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)于解決重載交通的車轍和水損壞問題具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

道路工程； 布頓巖瀝青； 巖瀝青與SBS復(fù)合改性瀝青； 復(fù)合改性瀝青混合料； 路用性能

0　引言

目前瀝青路面車轍病害是我國(guó)高速公路早期病害的主要形式之一[1-4]，瀝青混合料高、低溫性能和水穩(wěn)定性、疲勞性能的改善措施一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，瀝青混合料高溫抗車轍性能和低溫抗裂性能處于此消彼長(zhǎng)狀態(tài)，目前大多數(shù)瀝青改性劑及其相關(guān)的生產(chǎn)工藝各有優(yōu)點(diǎn)和不足之處，通常不能兼顧改善高溫性能和低溫抗裂性能，這也是大多數(shù)添加劑所面臨的一個(gè)問題，而有的外摻材料在改善普通瀝青混合料單一方面性能的同時(shí)甚至?xí)?duì)其他性能帶來一定的負(fù)面影響。國(guó)外大量研究和工程實(shí)踐表明，BRA巖瀝青是一種優(yōu)良的改性劑，可改善瀝青混合料的高溫性能，提高集料與瀝青的粘附性，改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗疲勞性能和抗老化性能，但同時(shí)又對(duì)低溫性能有所劣化或改善效果不明顯，這成為其規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)瓶頸[5-9]。SBS作為一種優(yōu)良的瀝青改性劑，可顯著改善瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能，但其存在儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，易老化分解和生產(chǎn)加工成本高等問題，此外，工程實(shí)踐表明[10-13]，為滿足特殊氣候和重載交通的要求，需要將SBS改性劑摻量增大至4%以上。目前鮮見對(duì)BRA與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料性能的研究報(bào)道，尤其該項(xiàng)技術(shù)在高速公路特重交通和城市道路交叉口路段的適用性還未曾涉及，本文研究了BRA與SBS復(fù)合改性瀝青及混合料性能路用性能，研究成果可以為該項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模化推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1　BRA與SBS復(fù)合改性瀝青流變性能試驗(yàn)

1.1原材料

試驗(yàn)選用實(shí)體工程中采用的SK70A級(jí)重交通道路石油瀝青，SBS選用岳陽(yáng)石化生產(chǎn)的YH4303星形SBS改性劑(S/B=30∶70)，經(jīng)檢測(cè)瀝青和SBS改性劑技術(shù)參數(shù)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(F40-2004)要求。為使研究具有代表性，選用我國(guó)工程實(shí)踐中普遍采用印尼產(chǎn)的布頓巖瀝青，考慮粒徑、細(xì)度等對(duì)天然瀝青改性瀝青混合料拌合均勻性的影響，對(duì)于以“干法”工藝使用的BRA巖瀝青，篩分試驗(yàn)及主要技術(shù)性能檢測(cè)結(jié)果見表1。

1.2復(fù)合改性瀝青制備

根據(jù)實(shí)體工程中采用的巖瀝青最佳摻量為8%(占瀝青質(zhì)量的百分比)，初擬BRA摻量為4%、6%、8%、10%，為節(jié)省工程造價(jià)，試驗(yàn)和實(shí)體工程中均采用2%、2.5%、3%小劑量的SBS摻量。制備復(fù)合改性瀝青時(shí)先制備成品SBS改性瀝青，加熱SBS改性瀝青至175～185 ℃后加入BRA巖瀝青，邊加入BRA邊快速攪拌，使加入的BRA改性劑能在短時(shí)間內(nèi)與SBS改性瀝青混合均勻，并快速加熱到所需的試驗(yàn)溫度，待BRA全部加入后，保持剪切溫度為175～185 ℃，以4500～5000 r/min連續(xù)剪切30min后完成BRA/SBS復(fù)合改性瀝青制備。

表1 BRA巖瀝青基本技術(shù)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table1 BRArockasphaltmodifierstechnicalindicatorstestresults檢測(cè)指標(biāo)外觀形態(tài)瀝青含量/%灰分含量/%密度/(g·cm-3)0.075mm篩孔通過百分率/%試驗(yàn)結(jié)果棕黑色粉末79.3200.7734.7BRA巖瀝青篩分試驗(yàn)結(jié)果篩孔尺寸/mm4.752.360.60.075通過百分率/%篩分結(jié)果10096177.5規(guī)范要求10090～10010～30

1.3BRA與SBS復(fù)合改性瀝青評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)結(jié)果討論

我國(guó)現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)采用針入度體系評(píng)價(jià)改性瀝青技術(shù)性能。研究室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于BRA巖瀝青中所含的灰分并不能被瀝青溶解，灰分大量聚集處于一種不均勻狀態(tài)，沉淀于針入度試件底部，BRA巖瀝青改性瀝青中大量礦物質(zhì)存在，在用濕法工藝進(jìn)行瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)改性瀝青穩(wěn)定性差，離析問題嚴(yán)重。此外，針入度試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)針頭在下降時(shí)可能會(huì)碰到灰分聚集區(qū)，影響試驗(yàn)結(jié)果，針人度和低溫延度試驗(yàn)并不能真實(shí)地衡量BRA巖瀝青的改性效果。按照SHRP提出的基于路用性能的PG分級(jí)，采用BBR和DSR試驗(yàn)研究不同改性劑摻量的復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)，同時(shí)采用針入度評(píng)價(jià)指標(biāo)中的黏度、軟化點(diǎn)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)BRA和SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高低溫性能的影響。試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 — 2011)和AASHTO T315相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，BBR、DSR試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3，黏度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

從表2和表3: 圖1和2可知:

① 相同SBS摻量下隨著BRA摻量增大,復(fù)合改性瀝青蠕變勁度模量增大,同時(shí)彎曲蠕變速率減小, 勁度模量越小，瀝青相對(duì)更有柔性，同時(shí)勁度模量變化率m值較大，說明該瀝青中的溫度應(yīng)力能夠更更快地釋放，相應(yīng)的瀝青低溫抗裂性能越好,因此可認(rèn)為摻加BRA會(huì)對(duì)低劑量SBS改性瀝青低溫性能有不利影響。相同BRA摻量情況下,隨著SBS摻量增大,復(fù)合改性瀝青蠕變勁度模量減小,同時(shí)蠕變速率增大,可見增大SBS摻量可改善復(fù)合改性瀝青的低溫抗裂性,雙因素方差分析結(jié)果表明BRA和SBS摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫性能有顯著影響。

表2 BBR試驗(yàn)結(jié)果Table2 BBRtestresults摻量/%-12℃-18℃-24℃SBSBRAS/MPamS/MPamS/MPam42490.3223310.213062920.3093710.19183340.222407103670.18744542070.3472340.3123670.281262510.3102840.2794450.25182780.2673140.2404920.216103060.2183460.1965420.17641880.3892130.3503340.3352.562220.3482510.3133930.28182560.3142890.3024530.254102790.2433150.2194930.19741830.4362070.3923240.353362160.3902440.3413820.31782490.3672810.3204400.308102710.2733060.2464790.271

表3 不同BRA和SBS摻量下復(fù)合改性瀝青抗車轍因子Table3 BRAandSBScompoundmodifiedasphaltper-formancecurvewithdifferentBRAandSBScon-tent摻量/%抗車轍因子(G*/sinδ)/kPaSBSBRA58℃64℃70℃76℃82℃88℃42.7831.2440.876064.7694.0982.6541.1140.35485.9594.5422.8791.9981.0560.753106.6094.7863.1122.2281.1250.96443.1951.9831.074265.3034.5572.9511.5390.92786.6265.0513.7012.8221.8740.837107.3495.3224.4613.4781.9510.91743.5532.2051.1942.565.8975.0673.2821.7111.0310.50387.3685.6174.1163.1382.0841.153108.1725.9184.9613.8682.1701.24243.9512.4521.3280.765366.5575.6353.6501.9031.1460.75488.1936.2464.5773.4892.3171.282109.0876.5815.5174.3012.4131.381

圖1　軟化點(diǎn)與改性劑摻量之間的關(guān)系Figure 1　Relationship between softening point and BRA and SBS modifier content

圖2　177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度與改性劑摻量之間的關(guān)系Figure 2　Relationship between modifier content and 177 ℃ rotary viscosity

② 以反映復(fù)合改性瀝青高溫性能的抗車轍因子和軟化點(diǎn)來看，抗車轍因子用來表征瀝青抵抗高溫永久變形的能力，其值越大表明瀝青的高溫性能越好，由表3試驗(yàn)結(jié)果可知: 相同BRA摻量下,隨著SBS摻量增大抗車轍因子增大,再者相同SBS摻量下,抗車轍因子隨著BRA摻量的增大而增大。BRA與SBS復(fù)合改性瀝青的PG分級(jí)普遍可達(dá)到82 ℃，可見其具有優(yōu)良的高溫性能。軟化點(diǎn)是一個(gè)等黏溫度的概念，能夠反映瀝青的高溫性能。由圖2可知: 相同SBS摻量條件下，隨著BRA摻量增大復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)增大，SBS和BRA摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)有顯著的影響。

③ 177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度用于表征復(fù)合改性瀝青的施工和易性，由圖3試驗(yàn)結(jié)果表明，BRA和SBS摻量均對(duì)復(fù)合改性瀝青的177 ℃旋轉(zhuǎn)黏度有顯著影響，相同BRA摻量情況下，隨著SBS摻量增大復(fù)合改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度呈二次函數(shù)關(guān)系增大，SBS摻量相同條件下，旋轉(zhuǎn)黏度增大，尤其BRA摻量超過8%后黏度增加幅度較大。黏度越大瀝青在高溫荷載作用下的剪切變形越小，黏度與混合料的高溫性能有一定的關(guān)系，同時(shí)黏度增大，瀝青混合料的施工和易性變差，施工難度增大，對(duì)復(fù)合改性瀝青的黏度上限有一定的要求。參考國(guó)內(nèi)外對(duì)聚合物改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度的要求，以改性瀝青黏度1.5～3.5 Pa·s作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合改性瀝青方案中BRA摻量不宜超過8%，SBS摻量不宜超過3.0%。

④ 當(dāng)以BBR試驗(yàn)蠕變勁度模量S=300 MPa，蠕變速率m=0.3作為復(fù)合改性瀝青的低溫PG分級(jí)臨界值時(shí)，以原樣瀝青抗車轍因子G*/sinδ≥1.0 kPa，RTFO老化后抗車轍因子G*/sinδ≥2.2 kPa，PAV老化后抗車轍因子G*sinδ≤5 MPa，考慮瀝青的高溫性能和低溫性能[9],采用BBR和DSR試驗(yàn)研究不同改性劑摻量的復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果見表4,由表4可知： BRA和SBS摻量越大,復(fù)合改性瀝青的高溫分級(jí)越高,BRA摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青的高溫性能有顯著影響，而SBS摻量決定了復(fù)合改性瀝青的低溫分級(jí)。

表4 BRA與SBS復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)結(jié)果Table4 BRAandSBSmodifiedasphaltPGresultsSBS摻量/%BRA摻量/%040 PG58-12PG64-122.0PG64-12PG76-182.5PG70-18PG76-243.0PG76-24PG76-244.5%SBS改性瀝青PG82-24BRA摻量/%6810PG76-12PG82-16PG88-12PG76-18PG82-22PG88-18PG76-24PG82-28PG88-24PG76-24PG82-28PG88-24

2　BRA巖瀝青與SBS復(fù)合改性瀝青性混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1BRA巖瀝青與SBS復(fù)合改性瀝青性混合料工廠化生產(chǎn)參數(shù)

考慮到濕法改性工藝易BRA易產(chǎn)生離析，導(dǎo)致BRA中灰分沉淀在瀝青罐底部難于泵送和清理，再者BRA與SBS復(fù)合改性瀝青黏度偏大，瀝青的加熱溫度過高，不利于工廠大規(guī)模化生產(chǎn)。本文采用干法工藝添加BRA巖瀝青。干法改性工藝巖瀝青的改性作用主要發(fā)生在混合料拌合和攤鋪碾壓過程中，集料的加熱溫度、混合料拌合溫度以及混合料拌合時(shí)間對(duì)BRA改性效果的發(fā)揮起著決定性作用，通過方差分析研究混合料拌合溫度和攪拌時(shí)間對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料高溫性能的影響最終確定集料加熱溫度為190～195 ℃，BRA與集料的干拌時(shí)間為90 s，混合料拌合時(shí)先將預(yù)定質(zhì)量的BRA改性劑和集料一起干拌90 s，使其在礦料中充分融化、分散均勻，最后再加入SBS改性瀝青，拌合60 s，最后加入礦粉，拌合60 s，總拌合時(shí)間為3.5 min。

2.2確定最佳瀝青用量

瀝青性能指標(biāo)滿足要求并不能確保混合料性能一定最佳，復(fù)合改性瀝青的性能最終要以改性瀝青混合料的路用性能來體現(xiàn)。按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)馬歇爾法試驗(yàn)流程確定SBS與BRA復(fù)合改性瀝青混合料的最佳油石比。試驗(yàn)選用我國(guó)高速公路上面層常用的AC — 13C混合料，粗集料選用玄武巖，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，混合料合成級(jí)配見表5。選用5種不同的瀝青結(jié)合料，方案Ⅰ(8%BRA巖瀝青)、方案Ⅱ(2.5%SBS+8%BRA)、方案Ⅲ(2.5%SBS+10%BRA)、方案IV(3%SBS+6%BRA)、方案V(4.5%SBS改性瀝青)，不同復(fù)配方案在最佳瀝青用量下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 AC-13C混合料試驗(yàn)級(jí)配組成Table5 GraduationofAC-13CAsphaltMixture級(jí)配類型不同篩孔(mm)通過百分率/%1613.29.54.75AC—13C10095.575.751.7規(guī)范要求10090～10068～8538～68不同篩孔(mm)通過百分率/%2.361.180.60.30.150.07534.325.317.913.29.85.724～5015～3810～287～204～154～8

室內(nèi)試驗(yàn)和表6試驗(yàn)結(jié)果表明: BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料生產(chǎn)工藝與SBS改性瀝青混合料相同，不需要特殊的拌合工藝，只需人工投放巖瀝青和增加集料與巖瀝青干拌時(shí)間。此外，BRA與SBS復(fù)合改性瀝青馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果與SBS改性瀝青混合料差別不大。

表6 AC—13C不同改性瀝青復(fù)配方案及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table6 AC—13CdifferentmodifiedasphaltMarshalltestre-sults瀝青結(jié)合料OAC/%VV/%8%BRA巖瀝青4.344.02.5%SBS+8%BRA4.564.02.5%SBS+10%BRA4.704.03%SBS+6%BRA4.744.04.5%SBS改性瀝青4.664.04.5%SBS改性瀝青4.694.0

續(xù)表6 AC—13C不同改性瀝青復(fù)配方案及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm14.6866.7611.152.1514.7767.3511.872.7614.8767.7812.172.2414.7266.5512.672.1914.6768.4312.352.1114.7668.6712.342.33

3　BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，采用-10℃小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性，采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。車轍試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度60 ℃，試驗(yàn)輪行走速率(42±1)次/min，試件尺寸為300 mm(長(zhǎng))×300 mm(寬)×100 mm(高)；低溫彎曲試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載方法嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工規(guī)范》(JTG F40—2004)和《公路工程瀝青及瀝青速率為50 mm/min，試驗(yàn)時(shí)采用單點(diǎn)加載方式，支點(diǎn)間距200 mm；浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)試件制備和試驗(yàn)混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)執(zhí)行，BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果見表7～表9。

表7 不同復(fù)配方案車轍試驗(yàn)結(jié)果Table7 RuttingtestresultswithdifferentBRAandSBScontent瀝青結(jié)合料類型動(dòng)穩(wěn)定度DS/(次·mm-1)60min車轍變形量/mm規(guī)范要求8%BRA巖瀝青43561.9122.5%SBS+8%BRA55291.8432.5%SBS+10%BRA64361.785DS≥3000次/mm3%SBS+6%BRA59861.8364.5%SBS改性瀝青46781.876

表8 不同復(fù)配方案改性瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table8 Lowtemperaturebendingtestresultswithdiffer-entBRAandSBScontent瀝青結(jié)合料類型抗彎拉強(qiáng)度/MPa彎拉應(yīng)變/με彎曲勁度模量/MPa規(guī)范要求8%BRA巖瀝青11.1423124818.342.5%SBS+8%BRA12.2231463884.302.5%SBS+10%BRA12.3729344216.09彎拉應(yīng)變≥3000με3%SBS+6%BRA12.8539433258.944.5%SBS改性瀝青11.7741752819.16

表9 不同復(fù)配方案改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table9 WaterstabilitytestresultswithdifferentBRAandSBScontent瀝青結(jié)合料類型浸水馬歇爾試驗(yàn)凍融劈裂試驗(yàn)MS/kNMS1/kNMSo/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%8%BRA巖瀝青11.1510.3893.11.1070.98989.32.5%SBS+8%BRA11.8710.9692.31.1791.03387.62.5%SBS+10%BRA12.1711.3993.61.2161.10490.83%SBS+6%BRA12.6711.4990.71.2641.09086.24.5%SBS改性瀝青12.3511.3591.91.2191.08789.2

車轍試驗(yàn)結(jié)果表明: 比較相同不同復(fù)配方案車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度大小：2.5%SBS+10%BRA>3%SBS+6%BRA>2.5%SBS+8%BRA>4.5%SBS改性瀝青>8%BRA巖瀝青>3000次/mm，可見采用BRA與SB復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高穩(wěn)定性，2.5%SBS+10%BRA、3%SBS+6%BRA復(fù)合改性方案下車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。此外,8%BRA改性瀝青混合料DS大于3000次/mm,滿足規(guī)范要求。

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，相同SBS摻量，隨著BRA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度增大，但彎曲應(yīng)變減小，可見增大BRA摻量導(dǎo)致復(fù)合改性瀝青混合料的柔性變差，釋放應(yīng)力的能力減弱，以抗彎拉強(qiáng)度和釋放荷載的能力考慮，BRA對(duì)瀝青混合料低溫性能改善效果不明顯或有不利影響，這與已有研究成果相吻合；相同BRA摻量，隨著SBS改性劑摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變均增大，相比4.5%SBS改性瀝青混合料， 2.5%SBS+8%BRA和3%SBS+6%BRA復(fù)合改性方案下瀝青混合料的彎拉應(yīng)變可達(dá)到4.5%SBS改性瀝青的水平，滿足規(guī)范彎拉應(yīng)變≥3000 με的要求，這主要與BRA增強(qiáng)了瀝青混合料的抗破壞強(qiáng)度，而SBS改性劑增強(qiáng)了瀝青混合料的釋放荷載的能力有關(guān)。

浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，在6%～10%BRA和2%～3%SBS摻量范圍內(nèi)，隨著BRA摻量增大凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)和馬歇爾殘留穩(wěn)定度(MS0)均呈增大趨勢(shì)，4種復(fù)配方案改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比和凍融劈裂強(qiáng)度均可達(dá)到80%以上?？梢姴捎肂RA與SBS復(fù)配方案可改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

4　BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞性能

通常采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)和小梁彎曲疲勞試驗(yàn)研究瀝青混合料的抗疲勞性能，加載方式以控制應(yīng)力加載為主，這種加載方式疲勞壽命往往不超過10萬次，數(shù)據(jù)離散性大，且與路面結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況相差較大。研究表明，在應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)過程中，瀝青混合料的受力狀態(tài)更接近瀝青路面的實(shí)際情況，而瀝青層底拉應(yīng)變也是計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度的重要控制指標(biāo)之一。本文采用四分點(diǎn)控制應(yīng)變疲勞試驗(yàn)研究BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞耐久性。試件尺寸為400 mm×400 mm×80 mm，試驗(yàn)溫度為15 ℃，應(yīng)變水平為100、200、300、400 με，疲勞試驗(yàn)在美國(guó)進(jìn)口MTS液壓疲勞機(jī)上進(jìn)行，疲勞試驗(yàn)曲線程見圖3。

圖3　不同BRA和SBS摻量復(fù)合改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)曲線Figure 3　Asphalt mixture fitting curve of fatigue test with different BRA and SBS content

表9及圖3疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明: 各應(yīng)變水平下，2.5%SBS+8%BRA和3%SBS+6%BRA兩種復(fù)配方案的瀝青混合料疲勞性能相當(dāng)，且疲勞性能最好。相同應(yīng)變水平下5種改性瀝青混合料疲勞壽命由大到小依次是：2.5%SBS+8%BRA>3%SBS+6%BRA>4.5%SBS>2.5%SBS+10%BRA>8%BRA巖瀝青，可見BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞性能要優(yōu)于單一BRA和SBS改性瀝青，且優(yōu)于4.5%SBS改性瀝青混合料。

5　BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料工程應(yīng)用

本課題結(jié)合2014年陜西省西柞高速柳州段路面養(yǎng)護(hù)維修工程，經(jīng)專家論證，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了4 cm 2.5%SBS+8%BRA改性AC — 13C瀝青混合料上面層鋪設(shè)，路線長(zhǎng)度為34.129 km。工程實(shí)踐證明，采用BRA和SBS復(fù)合改性瀝青混合料的生產(chǎn)不需要對(duì)傳統(tǒng)的拌合樓進(jìn)行改造，節(jié)約了工程成本13%。攤鋪完成后壓實(shí)度、平整度等各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，通過長(zhǎng)達(dá)2 a的試驗(yàn)路檢測(cè)，2.5%SBS+8%BRA復(fù)合改性瀝青混合料有效地減少了瀝青路面的早期破壞，目前沒有明顯的車轍和開裂病害，路面使用狀況良好。工程實(shí)踐證明，BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)于解決重載交通的車轍和水損壞問題具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可見采用BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混凝土延長(zhǎng)了道路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

6　結(jié)論

① 針入度和低溫延度指標(biāo)不適合用于評(píng)價(jià)BRA與SBS復(fù)合改性瀝青。增大SBS摻量后復(fù)合改性瀝青高低溫性能顯著改善，增大BRA摻量后復(fù)合改性瀝青高溫PG分級(jí)明顯改善，黏度顯著增大，同時(shí)又會(huì)對(duì)低溫性能有所弱化，工程實(shí)踐中只要嚴(yán)格控制BRA摻量才不會(huì)對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫性能造成大的影響。根據(jù)BRA與SBS復(fù)合改性瀝青的常規(guī)性能指標(biāo)結(jié)果，推薦BRA與SBS復(fù)合改性瀝青中，SBS添加量為2.5%～3.0%，BRA合理?yè)搅繛?%～8%。

② BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能，2.5%SBS+8%BRA和3%SBS+6%BRA兩種復(fù)配方案下復(fù)合改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)6000次/mm以上，優(yōu)于SBS改性瀝青混合料， 2.5%～3.0% SBS添加量，合理?yè)搅繛?%～8%BRA摻量下的復(fù)合改性瀝青混合料滿足規(guī)范-10 ℃彎曲應(yīng)變大于3000 με的要求，采用BRA與SBS復(fù)配方案對(duì)于解決重載交通的車轍和水損壞問題具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

③ BRA與SBS復(fù)配方案可降低SBS摻量，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)不需要對(duì)傳統(tǒng)的拌合樓進(jìn)行改造，復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞耐久性可達(dá)到甚至超過4.5%改性瀝青混合料。將BRA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料用于高速公路重車道和城市道路交叉口路段，有助于提高瀝青混合料綜合路用性能和長(zhǎng)期使用性能，具有較好的應(yīng)用前景，在經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量上均具

有推廣價(jià)值。

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Study on Durability of BRA and SBS Compound Modified Asphalt and its Mixture

SHANG Xiaofeng

(The Engineering & Technical College of Chengdu University of Technology, Leshan, Sichuan, 614000, China)

In order to improve the performance of asphalt pavement in highway lanes and section of urban road intersection. This paper did systematic study on road performance of BRA and SBS compound modified asphalt and its mixture. determined the BRA and SBS appropriate blending ratio, and SBS modified asphalt mixture are compared. Test results show that, increasing dosage of SBS composite modified asphalt viscosity increased significantly after high temperature PG rating has improved significantly, but at the same time will have weakened the performance of low temperature, as long as strictly control engineering practice BRA content will not big effects on the composite modified asphalt performance at low temperature, recommend BRA and SBS composite modified asphalt, the SBS suitable addition amount of 2.5%～3.0%, BRA reasonable dosage is 6%～8%. BRA and SBS composite modified asphalt can significantly improve the high-temperature stability of asphalt mixture, its fatigue durability is better than that of SBS modified asphalt mixture; Entity engineering and test section test results show that the BRA and SBS composite modified asphalt concrete to prolong the life of the road, BRA and SBS composite modified asphalt mixture to solve the problem of heavy traffic of rutting and water damage has higher application value.

road engineering； burton rock asphalt； composite modified asphalt rock asphalt and SBS composite modified asphalt； composite modified asphalt mixture； road performance

2016 — 02 — 29

國(guó)家自然基金項(xiàng)目(51410763)；國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2015DRF9091)；交通運(yùn)輸部聯(lián)合科技攻關(guān)項(xiàng)目(2014318331264)

尚曉峰(1983 — )，男，河南洛陽(yáng)人，講師，研究方向 ：混凝土材料性能研究。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)04 — 0078 — 06