布敦岩沥青在高速公路养护工程中的应用研究

郑国荣 唐国奇

（1.湖南省高速公路建设开发有限公司 长沙 410000； 2.交通运输部公路科学研究院 北京 100088）

在各种物理、化学改性沥青中，岩沥青改性沥青以其与基质沥青良好的配伍性和持久的耐老化性越来越受到国内外公路技术部门的重视［1］。实践证明掺加岩沥青后，沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性等各项指标均有较大提高，而且掺加岩沥青的施工工艺简单，工程造价合理［2］。采用岩沥青改性沥青，对减少路面早期破坏，提高路面服务性能都具有重要的现实意义，值得推广使用。

1 布敦岩沥青改性沥青胶浆的性能

岩沥青的掺量直接影响了沥青的路用性能，也对工程的经济性产生巨大影响，选择恰当而经济的掺量成为岩沥青在实际工程中推广应用的关键。笔者着重对0%，25%，50%，75%，100%5种掺量的岩沥青对A-70石油沥青针入度、软化点以及流变性能的影响进行试验研究。

1.1 岩沥青掺量对针入度的影响

针入度是国际上经常用来测定沥青稠度的一种指标，通常沥青稠度越高，其粘度越高，可以在一定程度上反应沥青的高温性能。但不同沥青的感温性不同，25℃的针入度不能够反映沥青在夏季高温60℃左右时的流变特性，简单采用针入度指标评价沥青的高温稳定性具有很大的局限性［3］。本研究还将结合其他技术指标共同评定岩沥青对混合后沥青技术性能的影响，不同掺量岩沥青对针入度影响的测试结果见表1。

表1 不同掺量岩沥青对针入度的影响

试验结果显示，随着岩沥青用量的增加，混和沥青的针入度不断下降，说明混和沥青的稠度越来越大。从变化趋势上看，不论哪一种试验条件下，50%以内岩沥青掺量时，针入度减小的趋势较缓，50%以上岩沥青掺量时，针入度变化更加显著。

老化试验结果表明，不论是短期老化还是长期老化，从总的趋势上看，随着岩沥青掺量的增加，沥青老化前后的针入度比逐渐增大，表明岩沥青对提高沥青的耐老化能力是有帮助的。岩沥青是石油在自然条件下，经过千百万年在温度、压力、气体、无机物触媒、微生物及水分的综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质，性质特别稳定，具有优良的耐久性。

1.2 岩沥青掺量对软化点的影响

在理论上，软化点是一个等粘温度，反映了沥青的粘度特性［4］。软化点高意味着沥青的等粘温度高，沥青混合料的高温稳定性更好，不同掺量岩沥青软化点的试验结果见表2。

表2 不同掺量岩沥青对软化点的影响

数据表明，随着岩沥青掺加比例的提高，软化点逐渐升高，说明岩沥青对提高沥青的热稳定性有积极贡献，掺量越大，混和沥青的热稳定性越高。另外，老化试验结果表明，不论是短期老化还是长期老化，从总的趋势上看，随着岩沥青掺量的增加，沥青老化前后的软化点升高幅度逐渐减小，说明岩沥青对提高沥青的耐老化能力是有帮助的，这与针入度试验结果相一致。

1.3 岩沥青对沥青流变特性的影响

沥青的粘度反映了由沥青的粘性抵抗造成的能量损失，沥青路面高温工作时的粘度越大，预示高温稳定性越好［5］。沥青路面高温工作温度一般在60℃左右，重点考察60℃左右的粘度，试验结果见表3。

表3 岩沥青对60℃粘度的影响 ／（Pa·s）

试验结果表明，掺加岩沥青后，混和沥青60℃左右的粘度明显增大，且岩沥青由50%提高到100%时，粘度增加更显著，高温稳定性较好。

2 岩沥青改性沥青混合料路用性能

岩沥青的掺量直接影响了混合料的路用性能，也对工程的经济性产生巨大影响，选择合适而经济的掺量成为岩沥青在实际工程中推广应用的关键［6］。通过研究岩沥青的不同掺量对混合料高温性能、水稳定性和低温性能的影响，从而可以指导工程实践。

2.1 岩沥青改性沥青混合料的高温性能

混合料的高温性能采用高温车辙试验评价，不同岩沥青掺量混合料的车辙试验结果见表4。

表4 不同岩沥青掺量混合料的车辙试验结果

由表4可见：①随着岩沥青掺量的增加，混合料的动稳定度DS逐渐增加，而增长速率逐渐减慢，岩沥青掺量由10%增加到15%时，DS增加了37.9%；岩沥青掺量由15%增加到18%时，DS增加了24.2%，但是，岩沥青的掺量由20%增加到25%时，动稳定度仅增加了5.9%；②当岩沥青掺量为18%时，DS大于2 800次，已经满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》对夏炎区的技术要求。

2.2 岩沥青改性沥青混合料的抗水损害性能

目前常用的检验沥青混合料水稳定性的试验方法有浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果见表5。

表5 浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果

由表5可见，随着岩沥青掺量的增加，岩沥青改性沥青混合料的稳定度和劈裂强度也逐渐增加，当岩沥青掺量超过20%后，岩沥青改性沥青混合料稳定度和劈裂强度的增长较为缓慢，表明掺加过多的岩沥青对混合料抗水损害性能的贡献不大，经济性不高。岩沥青的掺量对残留稳定度和劈裂强度比的影响较小，残留稳定度均大于85%，劈裂强度比均大于84%。

2.3 岩沥青改性沥青混合料的低温抗裂性能

低温下沥青混合料可看作弹性材料，其破坏过程是一个能量耗散的过程。沥青混合料的应变能密度临界值指标是混合料临界弯拉应变和弯拉强度2个指标的综合，用它来评价沥青混合料的低温抗裂性能更加科学。本次试验温度为－10℃，加载速率50 mm／min。试验采用30 mm×35 mm×250 mm的小梁试件，试验结果见表6。

表6 沥青混凝土低温小梁试验结果

由表6可见，随着岩沥青掺量的增加，弯拉强度、弯拉应变和应变能密度均呈现增加的趋势，而应变能密度的增长率逐渐减小；另一方面，当岩沥青掺量由18%增加到20%时，弯拉强度增加，弯拉应变反而有所减小，若仅凭弯拉强度或弯拉应变来评价混合料的低温性能，就会出现矛盾的结果，而此时弯曲应变能密度增加了9.5%，客观地说明了岩沥青掺量的增加对低温抗裂性能的改善作用。

3 布敦岩沥青在高速公路养护工程中的应用

3.1 工程概况

在某高速公路下行K15＋680～K16＋560行车道和K 27＋490～K 28＋000行车道的养护工程中铺筑了1.4 k m的岩沥青中、上面层试验路。本次试验段中，采用韩国SK70号道路石油沥青和印尼布敦岩沥青，中面层采用20%岩沥青掺量的改性沥青拌和AC-20C型级配的混合料，最佳油石比为4.3%；上面层也采用20%岩沥青掺量的改性沥青制备AC-13C型级配的沥青混合料，最佳油石比为4.8%。从2种混合料的浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验、小梁弯曲试验等指标来看，掺加岩沥青的AC-20C型沥青混合料和AC-13C型沥青混合料的抗水损害、高温性能、低温性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）的要求。

3.2 试验路性能观测

在养护工程项目岩沥青试验段施工后1个月，对试验段路面性能进行了首次观测，主要技术指标的检测结果见表7。

表7 岩沥青试验段1个月后的检测结果

第二次观测是在施工完成后1年，主要对路表渗水系数、构造深度和摩擦系数进行了检测，测试结果见表8。在2年后，进行了第三次观测，测试结果见表9。现场观测发现，下行K 27＋490～K 28＋000行车道除了车道中部有明显的施工离析带外，无车辙、坑槽、表面滑溜等病害；而同期施工的前后路段已进行了微表处车辙填补。下行K15＋680～K16＋560行车道和前后路段一样有较明显的基层反射裂缝，无其他病害。

表8 岩沥青试验段1年后的检测结果

表9 岩沥青试验段2年后的检测结果

由3次观测的结果可以看出：①试验路面岩沥青改性沥青混合料密实、抗滑，渗水系数、构造深度和摩擦系数均符合规范要求；②在夏季高温、冬春雨雪和大量的交通荷载作用下，路面泌水和抗滑性能衰减较少；③现场观测发现，岩沥青改性沥青混合料的路用性能与SBS改性沥青混合料的性能相仿，前者具有更加优良的耐高温性能，路面永久变形较小。

4 结论

（1）随着岩沥青用量的增加，混和沥青的针入度不断下降，沥青老化前后的针入度比增大，动粘度也增加，表明岩沥青对提高沥青的热稳定性和耐老化能力有积极的贡献，而且岩沥青具有较好的高温稳定性。

（2）从不同岩沥青掺量混合料的高温车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验的测试结果来看，随着岩沥青掺量的增加，混合料的动稳定度、稳定度、劈裂强度都逐渐增加，弯拉强度、弯拉应变和弯曲应变能密度均呈现增加的趋势，但当掺量由20%增加到25%时，各性能指标变化较小，在工程应用中建议岩沥青的掺量范围为20%～25%。

（3）从高速公路养护工程中岩沥青混合料的应用来看，掺加20%岩沥青中、上面层沥青混合料的各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）的要求，具有优良的高温性能和水稳定性，可以大规模地应用于高速公路沥青路面，而且具有较好的性价比。

［1］ 绪 东，董全海.岩沥青应用与研究进展［J］.北方交通，2007（6）：136-139.

［2］ 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，2012，40（2）：87-91.

［3］ 张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］ 邹桂莲，郭林泉，虞将苗.布敦岩沥青混合料路用性能研究［J］.公路与汽运，2010（1）：78-80.

［5］ 周国强.布敦岩沥青及混合料路用性能的试验和研究［J］.石油沥青，2011，25（4）：41-44.

［6］ 王火明，王书杰，王振龙.BRA改性沥青及其混合料路用性能试验研究［J］.公路交通技术，2011（5）：48-52.