文思源，蘇 明，葉 奮

（1.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海201804；2.新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830047）

近年來(lái)，各種路用性能更優(yōu)越的改性瀝青應(yīng)運(yùn)而生。在各種物理和化學(xué)改性瀝青中，以巖瀝青作為改性瀝青與基質(zhì)瀝青具有良好的配伍性和持久的耐老化性，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外公路技術(shù)行業(yè)的重視。同時(shí)，隨著溫拌瀝青混合料技術(shù)在我國(guó)的大力推廣，越來(lái)越多的瀝青路面采用溫拌瀝青混合料。本文結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，拌制出一種復(fù)合改性瀝青混合料，并對(duì)該混合料的空隙率、穩(wěn)定度、流值和凍融劈裂強(qiáng)度比進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，得出該混合料的性能符合現(xiàn)在我國(guó)的路面的鋪裝，并比普通瀝青混合料的路面性能要好[1-3]。因此，在溫拌技術(shù)條件下，研究布敦巖瀝青混合料對(duì)我國(guó)瀝青路面和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有很大意義。

1 原材料簡(jiǎn)介

1.1 布敦天然巖瀝青

布敦天然巖瀝青（BMA），是產(chǎn)于印度尼西亞蘇拉威西島（Celebes）東南部布敦島（BUTON）的布敦天然巖瀝青礦，經(jīng)過(guò)去除雜質(zhì)、脫水、碾磨等加工后形成粉粒狀的材料。布敦巖瀝青是一種特殊巖石，其中含有20%左右的瀝青。將其在瀝青混合料拌和時(shí)預(yù)熱摻入混合料中，可取得較好的改性效果。通過(guò)摻加天然巖瀝青BMA對(duì)瀝青進(jìn)行改性，可以顯著提高瀝青路面的高溫抗車轍性能、抗水損壞性能和抗老化性能，明顯改善瀝青路面的路用性能，延長(zhǎng)道路使用壽命[4-5]。我國(guó)高速公路建設(shè)對(duì)瀝青材料的性能提出了越來(lái)越高的要求。因此，研究布敦巖瀝青具有很大意義。

1.2 乳化平臺(tái)的溫拌技術(shù)

溫拌瀝青混合料是一種綠色、節(jié)能、環(huán)保的路面新材料，它能在較低溫度下拌和、壓實(shí)與施工，其力學(xué)性能和路用性能不亞于熱拌瀝青混合料。根據(jù)目前國(guó)外對(duì)溫拌技術(shù)的研究結(jié)果，普遍認(rèn)為溫拌瀝青混合料是一類使用特殊添加劑或制備工藝技術(shù)來(lái)達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的的混合料。相關(guān)的研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)混合料的拌和溫度減低30℃時(shí)，每噸瀝青混合料可節(jié)約燃料油2.4 kg，并可減少30%的CO2排放量和40%的粉塵排放量。

EvothermTM是美國(guó)MeadWestVaco公司基于乳化瀝青分散技術(shù)（DAT）研發(fā)的瀝青混合料溫拌技術(shù)，該技術(shù)將經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的乳化瀝青與加熱的集料在DAT添加劑是瀝青混合料實(shí)現(xiàn)溫拌施工的關(guān)鍵要素，它可以在瀝青膠結(jié)料內(nèi)部形成特殊的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，在不影響瀝青對(duì)石料裹附的前提下，確保混合料可以在較低的溫度下被壓實(shí)[6-9]。

2 試驗(yàn)方案

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

溫拌瀝青混合料根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求對(duì)原材料進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算礦料比例為：10～15 mm∶5～10 mm∶砂∶石屑∶礦粉=37%∶28%∶4%∶26%∶5%，調(diào)整出的級(jí)配如表1。

表1 集料級(jí)配組成Tab.1 Aggregate gradation composition

2.2 確定最佳油石比

選定5.0%，5.3%，5.6%初始油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 溫拌瀝青混合料AC-13C配合比設(shè)計(jì)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Marshall test results of warm mix asphalt AC-13C mix proportion design

根據(jù)以上結(jié)果以油石比為橫坐標(biāo)，以測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，分別將結(jié)果繪入圖中，繪制密度、空隙率、礦料間隙率、飽和度、穩(wěn)定度、流值關(guān)系曲線，確定AC-13C密級(jí)配瀝青混合料的最佳油石比為5.3%。且經(jīng)檢驗(yàn)油石比為5.3%條件下的AC-13C密級(jí)配瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都符合規(guī)范要求。故取5.3%為最佳油石比。

2.3 試驗(yàn)方案

按上述試驗(yàn)所確定的瀝青混合料的級(jí)配及最佳油石比，進(jìn)行復(fù)合改性瀝青的性能驗(yàn)證試驗(yàn)。

試驗(yàn)分3組進(jìn)行：常規(guī)拌和條件下（175℃）布敦巖瀝青性能試驗(yàn)、復(fù)合改性巖瀝青溫拌條件下（140℃）性能試驗(yàn)、基質(zhì)瀝青溫拌試驗(yàn)（140℃）。其中以常規(guī)條件下的布敦巖瀝青性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，將復(fù)合改性巖瀝青的性能與其對(duì)比。以期得到在降低拌和溫度的條件下，瀝青混合料性能有否大幅變化。

拌和復(fù)合改性巖瀝青的試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介如下：將石料加熱到比拌和溫度高10～20℃，加入熱瀝青和DAT（采用干拌），攪拌2分鐘左右；然后依次加入礦粉和巖瀝青，再次攪拌1分鐘。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 空隙率對(duì)比分析

按照上述試驗(yàn)方法，分別測(cè)定3種不同實(shí)驗(yàn)方案下的瀝青混合料性能，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 三種不同方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Experimental results of three different schemes of

空隙率是評(píng)價(jià)瀝青性能的關(guān)鍵性指標(biāo)?？障堵试酱?，瀝青混合料的強(qiáng)度越小，而回彈模量和滲透能力越大。壓實(shí)效果欠佳，空隙率過(guò)大還會(huì)導(dǎo)致滯留在空隙內(nèi)的水分過(guò)大，在毛細(xì)水壓力的作用下，會(huì)導(dǎo)致瀝青與集料分力產(chǎn)生剝落。而空隙率過(guò)小會(huì)引起路面泛油、擁包、車轍等早期損害。故空隙率不宜過(guò)大或者過(guò)小，應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，才能保證瀝青路面具有良好的使用性能，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。影響瀝青混合料空隙率的主要因素有油石比、級(jí)配、拌和溫度以及壓實(shí)功[4]。在相同的壓實(shí)功、級(jí)配和油石比的情況下，所得不同類型的瀝青混合料空隙率對(duì)比如下。

從表3可以看出：方案1（BMA）、方案2（BMA+DAT）、方案3（基質(zhì)瀝青+DAT）（以下簡(jiǎn)稱方案1、2、3）的空隙率呈依次遞減趨勢(shì)，但均在規(guī)定范圍要求之內(nèi)（3～5）。由以上數(shù)據(jù)可以得出，方案1的空隙率接近目標(biāo)空隙率，方案2為添加溫拌劑的巖瀝青，即使拌和溫度降低30℃，空隙率也能在要求范圍之內(nèi)，且比方案1的空隙率更小，即有較好的施工和易性，易于壓實(shí)。比較方案2和方案3可以得出，在相同的拌和溫度下，添加巖瀝青的溫拌改性瀝青比溫拌基質(zhì)瀝青的空隙率稍大，即相同試驗(yàn)條件下，添加巖瀝青會(huì)導(dǎo)致拌和不均勻，引起瀝青混合料空隙率偏大。這可能是因?yàn)樘砑訋r瀝青后的瀝青流動(dòng)性變差，影響瀝青對(duì)集料的裹覆能力，導(dǎo)致瀝青混合料難于壓實(shí)，空隙率偏大。

3.2 穩(wěn)定度對(duì)比分析

瀝青混合料的穩(wěn)定度可以用來(lái)評(píng)價(jià)它的高溫穩(wěn)定性。穩(wěn)定度越大，表示該混合料的高溫性能越好，抗車轍能力越強(qiáng)。

由圖2可以看出：方案1的穩(wěn)定度最高，即方案1的高溫穩(wěn)定性最好。由于巖瀝青是一種天然改性瀝青，摻入適量的巖瀝青可以大大提高其高溫穩(wěn)定性，與方案2對(duì)比，方案1的穩(wěn)定度提高了16%，比方案3提高了30%。方案2雖與常方案1相比穩(wěn)定度稍有降低，但仍在規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)，且比溫拌基質(zhì)瀝青的穩(wěn)定度高11%。即方案2在降低35℃拌和溫度的前提下，穩(wěn)定度雖比常規(guī)巖瀝青稍有降低，但仍在規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)，且比普通溫拌瀝青的穩(wěn)定度有所提高。同時(shí)方案2可以在施工時(shí)節(jié)省大量的能源、減少了大量有害氣體的排放，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源具有很大的社會(huì)效益，同時(shí)較低的拌和溫度可以延長(zhǎng)施工工期，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。綜合考慮，方案2可選性較大。

3.3 凍融劈裂強(qiáng)度比對(duì)比分析

凍融劈裂強(qiáng)度比（TSR）越高，表征混合料的低溫穩(wěn)定性能越好，抗水損壞性能越好。

綜合比較3組實(shí)驗(yàn)，都符合規(guī)范要求。方案1的TSR為85.53%為最高，比方案2和方案3分別高出1.64%，6.57%。整體而言，添加BMA的瀝青混合料的抗水損害能力均比未添加巖瀝青的瀝青混合料抗水損害能力高，進(jìn)一步說(shuō)明BMA對(duì)瀝青的改性效果，可以顯著提高瀝青路面的抗水損壞能力，明顯改善瀝青路面的路用性能，減少早期損害，延長(zhǎng)道路使用壽命。綜合比較，方案2具有更好的可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

1）溫拌BMA的復(fù)合改性瀝青可以取溫拌及改性二者之長(zhǎng)，既可以降低拌和溫度，又可以保證其性能。在140℃條件下拌和生產(chǎn)的復(fù)合改性瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范。

2）溫拌基質(zhì)瀝青的施工和易性最好，其次是基于乳化平臺(tái)的溫拌巖瀝青，常規(guī)巖瀝青的施工和易性最差。

3）通過(guò)比較各項(xiàng)基本性能，常規(guī)巖瀝青各項(xiàng)指標(biāo)最好，基于乳化平臺(tái)的溫拌瀝青次之，溫拌基質(zhì)瀝青相對(duì)最差。綜合比較，基于乳化平臺(tái)的巖瀝青具有工程可行性，能取二者之長(zhǎng)，具有良好的應(yīng)用前景。

添加BMA的瀝青混合料在溫拌（140℃）條件下壓實(shí)成型的路面在使用性能方面要優(yōu)于熱拌瀝青混合料，而且還會(huì)提高路面使用壽命和獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益[10]。溫拌瀝青混合料的拌合溫度比普通溫拌瀝青混合料低35℃，則CO2排放量可以減少20%左右，而其他的煙塵等的排放也相應(yīng)的可以減少40%左右。在全球氣體變暖日益明顯，全世界投入大量的人力物力努力減少CO2排放量的時(shí)候，采用溫拌瀝青混合料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱拌瀝青混合料無(wú)疑會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。綜合設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面的考慮，以BMA作為改性劑，基于乳化平臺(tái)的巖瀝青具有可行性，具有良好的應(yīng)用前景。

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