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                  布敦㊣ 岩沥青混合料拌和工艺优化研究
                   
                   

                                                     
                  作者:刘∞黎萍教授 (摘自微信公众号:中国沥青路面网)

                  沥青路面



                  摘要:尽管针对布敦岩沥青改性¤沥青及其混合料性能的研究已有很多,但鲜见对布敦岩沥青混合料拌和工艺的研究。论文选取70号基质沥青和SBS改性沥青以及两种级配类型,基』于拌和楼“干拌”工艺,通过〇改变拌和顺序、拌和时间,研究拌和○楼拌和工艺对布敦岩沥青混合料性♀能的影响。结果发现岩沥青后加工艺优于常规工艺;适当延长拌和时间有助于降低空隙率,提高马歇尔稳※定度,改善混合料性能;布︾敦岩沥青与SBS复合◥改性混合料的性能更优。据此,提出对布敦岩沥青混合料拌和工艺要求。
                  关键词:沥青路面;布敦岩沥青;拌和工艺;沥青混合料;
                     拌和楼布敦岩沥青是一种天然沥青,可以显著提高沥青混合料的高温⊙抗车辙性能、抗水损坏性能和抗老化性能,延长道路使用寿命,而∮且生产工艺简单,性能稳定,目前在我国高等级道路中已得到较多应用。
                      目前国内外㊣ 关于布敦岩沥青混合料的研究应用较多,长沙理工大学的査旭东等、长安大学的李瑞霞等ㄨ均对不同BRA掺量的沥青混合料路用性能进行研究,确定最佳岩沥青掺量;尚晓峰系统研究了BRA与SBS复合改性沥青混ξ 合料,并确定了BRA与SBS适宜的△掺配比例;邹桂莲等采用常规技】术指标和流变学研究手段,对岩沥青改性沥青及其№混合料的高温性能进行研究,明确了BRA对混合料抗车辙能力的贡献,并在实体工程予以验〓证;王晓燕等在室内对干湿两种工艺下的布敦岩沥青混合料路用性能进行№对比研究,发现干法工⊙艺的改性沥青混合料的高温抗车辙能力和抗水损害性能明显优于湿法的改性沥青混合料。目前由于湿法工艺制备的布敦岩改性沥青容易沉降离析,且增加成本【〗,基本不再应用。干法工艺由于施工简单而应用广泛。所谓干法,即先将岩』沥青与集料拌和,最后再与基质沥青和矿粉拌和。但是该工艺将岩沥青◇视作一种集料,并未考虑到岩沥青与普通集料的区别。由于岩沥青中还包含沥青组分,岩沥青吸附沥青的能力不同于集@ 料,因此相同材料配比情况下,不同的拌和工艺会对混合料性能造成一定影响。因此有必要对布敦岩沥青混合料的拌和工序进卐行研究。前期室内试验◣研究发现,采用“集料与基质沥青先拌和,再加入岩沥青拌▽和,最后加入矿粉拌和”的添加顺序优于常规干法工艺,采用此※工艺生产的岩沥青混合料最易压实,抗水损坏性能、高温抗车◥辙性能和低温抗裂性能相比于常规工艺≡有一定提升,但有必要通过现场拌和楼予以进一步验证。
                      本文选取70号基质沥青和SBS改性沥青以及两种级配类型,基于拌和楼“干拌”工艺,通过改卐变拌和顺序、拌和时间,研究拌和楼拌和工艺对布敦岩沥青混合料性能的影响。

                  试验原材▲料与混合料配比设计
                  试验原材料
                     本试验选①用70号道路石油沥青和SBS改性沥青,其技术指标均满足相应规范的技术要求;布敦岩▂沥青为深褐色颗粒产品。采用三氯乙烯对BRA进行抽提试验,确定BRA中的天然沥青含量为25.0%。对BRA及其抽提后获得的灰分进行筛分。
                  沥青混合料♀配比设计
                     本文选择SMA-13和AC-20两种级配类型的布敦岩沥青▲混合料。本研究前布敦岩沥青试验样品将BRA中的沥青组分抽提后制备改性々沥青,采用shRP试验对改性沥青的高温性能、低温性能及黏温性能进行研究后,建议沥青组分○的掺配比例不宜超过基质沥青的15%。本文即采用此掺↓配比例制备岩沥青改性沥青混合料。经换算,对于SMA-13级配,BRA掺量为沥青混合料质量的2.8%;对于AC-20级配,BRA掺量为沥青混合料质量的2.6%。沥青材料选用70号基质沥青和SBS改性沥♀青两种。岩沥青中的灰分要计入级配设计,最终确定拌和楼SMA-13采用的热料◆生产配比¤为:10~15mm碎石:5~10mm碎石:0~5mm碎石:矿粉:岩沥青=38.6:42.6:7.4:8.4:3,其中木质素纤维用量为沥青混合料用量的0.3%、油石比为5.8%。AC-20生产配比为15~22mm碎石:10~15mm碎石:5~10mm碎石:0~5mm碎石:矿粉:岩沥青=19.9:27.8:16.9:28.8:4.0:2.7,基质沥青油石比为4.4%,SBS改性沥青油石比为4.5%。
                  拌和︼工艺与拌和方案
                      本文将上述集料与沥青先拌和,再加入岩沥青拌▽和,最后加入矿粉拌和的拌和方式称作“岩沥青后加工艺”,以区别于常■规的“干拌”工艺。布∮敦岩沥青混合料拌和楼常规工艺与岩沥青后加工艺生产流程示意图。
                  为研√究拌和工艺对混合料性能的影响,本研究结合施工现场实际情况,针对不同布敦岩沥青混合料类型。针对不同的ㄨ混合料级配类型,拌和工艺也会进行相应调整,尤其是对〗于SMA类布敦岩沥青混◢合料,需要考虑纤维的掺入,因此拌和时间相应增加。本研究拌和楼采用位于福建省泉州市的南方路机GLB3000型沥青混合料╱拌和楼。
                      可以看出:(1)对于SMA-13布敦岩沥青混合料,SBS复合改性布敦岩沥青混合料的空隙率高于普通布敦岩沥青混合】料,可能是因为SBS的黏度相对较大→,不能充分填充空隙,相同击实功下使得SBS复▂合改性布敦岩沥青混合料空隙率偏大,但二者的马歇尔稳定度基本接近;(2)对比AC-20的不同拌和方案结果,发现当均采用岩沥青后加工艺时,SBS复合改性布敦岩沥青混合料的空隙率高于普通布敦岩沥青混合料,马歇尔稳定度也大于普通布敦岩沥∏青混合料;(3)对比不同拌和工艺的AC-20普通布敦岩沥青混合料发现,延长拌和时间有助于降低空隙率和VMA,提高马歇尔稳定度,对高温稳定性『能有利。因此适当延长拌和时间有助于降低空隙率,提高混合料◥性能。但是拌和时间过长会导致沥青胶↘结料的老化,会对低温性能和水稳定性能造成不利影响。因此在拌和楼生产时,建议延长」拌和时间5s,在生产任务不重的情况下建议延长8~10s。
                  不同工艺布敦岩沥青∑混合料路用性能试验
                      将拌和楼中拌制好的布敦岩沥青混合料取出后,置于165℃的烘箱中保温2h后成型试件,按照《公路工程□沥青及沥青混合料试验规程》中要求进行动稳定度试验、冻融劈裂试验、低温ζ弯曲试验,测试分析结果如下。
                  动稳定度试验
                      采用动稳定度试验评价布敦岩沥青混合料的高温稳定性。将成型的车辙板静∮置48h后在60℃条件↑下保温5h测试。 
                  可知如下。(1)对于SMA-13布敦岩沥青混合料,各拌和方案制作☆的BRA混合料动稳定度均满足施工技术规范针对夏季炎热气候区的最高要求;相同拌和工艺条件◣下,SBS复合改性沥青相比基质沥青可以提高动稳定度◢68%,即SBS复合改∞性沥青能够显著改善布敦岩沥青混合料的高温性能;适当降低SBS改性沥青油石比0.2%,有助于改善沥青混合料的高温性能。(2)对于AC-20布敦岩沥青混合料,各拌和方案╳制作的BRA混合料动稳定度均满足施工技术规范针对夏季炎热气候区的最高要求;当同时采用岩沥青后加工艺时,两种不同沥青生产的混合料动稳定度试验结』果基本接近,而均采用基质沥青时,岩沥青后加工艺相比普通工艺的动稳定度提高※了17.7%;本次试验结果显示,当均采用岩沥青后加工艺时,SBS复合改性布敦岩沥青混合料的动稳定度相比普通布敦岩沥青混合料没有明∏显提升,但是与常规工艺⌒的普通布敦岩沥青混合料相比有13.9%的提升。
                  冻融劈裂试验
                  采用冻融劈裂试验评价布敦岩沥青混合料的水稳定性能。
                      可知如下。(1)SMA-13布敦岩沥青混合料的冻融劈▽裂试验结果均满足规范要求;对于岩沥青后加工艺的SMA-13布敦岩沥青混合料,SBS复合改性沥青混合料的TsR值大于普通布敦岩沥青混合料,主要是因为SBS改性沥青的复合改性发挥了作用,说明SBS复合改性有助于布敦岩☉沥青混合料水稳定性能的改善。(2)对于AC-20布敦岩沥青混合料,相同拌和工艺时,SBS复合改性布敦岩沥青混合料的水稳定性优于普通△布敦岩沥青混合料,同样说明SBS复合改性有助于布敦岩沥ξ青混合料水稳定性能的改善;当均采用70号基质沥青〓时,岩沥青后加工艺方案的TsR是常规工艺的1.1倍,说明岩沥青后加工艺相对常规工艺有助于布敦岩沥青混合料水稳定性能的改善。因此得↑出结论:SBS复合★改性有助于布敦岩沥青混合料水稳定性的提高,岩沥青后加工艺的布敦岩沥青混合料水稳定性能优于常规工艺,这一点与文献的结论一致。分析Ψ其原因:一方面在于岩沥青中不仅包含纯沥青而且包含比表面积很大的灰分,岩沥青裹附∴沥青的能力非常强,而集料中包含粒径较大的岩石,比表面积更小,裹附沥青的能力相对而言较弱。
                     
                      因此,先拌和集料与基质沥青,使▓集料表面先裹附一层沥青膜,然后加入岩沥青,使岩沥青中的沥青组分融入到集料表面的结构沥青膜中,岩矿料作为填料补充到集料大颗粒之间发挥物理改◥性作用;最后加入比表面积最大的矿「粉,进一步填充进入集料、岩沥青颗粒之间※※,吸附自由沥青,增强了沥青混合料体系的黏附性。另一方面,文献基于表面能理论的黏附功比较,发现对于不同集料,岩沥青后加工艺的黏↘附功总是大于普通干拌▅工艺,表明岩沥青后加工艺可以增强岩沥青混合料中互相黏附的趋势,从而增强岩沥青混合料的稳定性,提高其路用性能。
                  低温弯曲◣试验 
                     研究采用低温√弯曲试验,以低温弯曲破坏的最大弯拉应变对比评价拌和楼不同拌〖和方案布敦岩沥青混合料的低温性能。试验温度为-10℃,加载速率为50mm/min。 
                     可以看出:(1)不同拌和工艺的布敦岩沥青混合料低温性ω 能均满足规范要求;(2)无论是SMA-13布敦岩沥青混合料,还是AC-20布敦岩沥青混合料,通过改变拌和工艺和沥青类型,对这两种不同类型的布敦岩沥青混合料最大弯拉应变的改善并不ξ明显。 
                  结语
                     本文基于拌和』楼“干拌”工艺,通过改变拌和顺⊙序、拌和时间,研究拌和楼拌和工艺对布敦岩沥青混合料性能的影响,得到如下结论:
                     
                  (1)岩沥青后加工艺生♂产的布敦岩沥青混合料的高温性能、水稳定性能及低温性ζ 能均优于常规工艺,因此,建议在具体工程应用时采用岩︾沥青后加工艺进行布敦岩沥青混合料的生产; 
                  (2)适当延长拌和时间有助于降低空隙率,提高混合料性能,因此在拌和楼生产时,建议延长」拌和时间5s,在生产任务不重的情况下建议延长8~10s;
                  (3)SBS复合改性布敦岩沥青混合料的高温性能、水稳定性能均优于普通布敦岩¤沥青混合料,低温性能改善不明显。

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