布敦岩沥青混合料精细化设计、制备工艺与性能评价

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布敦岩沥青中包含20%~30%的天然沥青组分和70%~80%的石灰岩类矿物质(灰分),因其沥青混合料路用性能优良而得到广泛关注。但是由于对布敦岩沥青基本特性认识不足,导致布敦岩沥青混合料设计和制备过程粗糙,对其性能评价不够全面、系统。因此,本文基于布敦岩沥青的基本特性,提出布敦岩沥青混合料的精细化设计方法,研究其精细化制备工艺,并对其路用性能进行评价。
  在精细化设计方面,通过试验分析了布敦岩沥青基本特性,基于沥青组分的影响,提出布敦岩沥青掺量的确定方法,并进行验证;推导了灰分在级配中占比的计算公式;进一步给出了布敦岩沥青混合料精细化设计步骤和示例;并将该设计方法与现有设计方法进行了对比分析。提出的布敦岩沥青混合料精细化设计方法能够同时考虑布敦岩沥青中沥青组分和灰分对沥青混合料的影响,试验验证与分析认为其具有简便准确、可操作性强等优点。
  在精细化制备工艺方面,从布敦岩沥青添加顺序、加热温度、拌和时间等几方面开展了深入研究,在岩沥青后加工艺基础上进一步提出了新沥青分两次添加及岩沥青预热工艺,并与湿法工艺、常规干法工艺、岩沥青后加工艺进行了对比。马歇尔试验、单轴贯入试验、冻融劈裂试验和低温劈裂试验表明,布敦岩沥青预热工艺和新沥青分两次添加工艺具有明显的优越性。借助原子力显微观测技术(AFM)从纳观角度对不同工艺成型的混合料中沥青与集料的粘附力进行了分析,验证了不同工艺混合料宏观性能试验结果。考虑到拌和楼的实际情况,推荐了适宜的拌和工艺。
  在性能评价方面,对布敦岩沥青混合料的高温、低温、抗水损害性能、疲劳性能等进行了系统评价,并与基质沥青混合料、SBS改性沥青混合料进行了对比;重点考虑了短期老化与否和放置时间对布敦岩沥青混合料高温性能的影响以及人工老化和自然老化条件下布敦岩沥青混合料的耐老化性能。结果发现:精细化设计后的布敦岩沥青混合料具有较好的高温稳定性、抗水损害性能和疲劳性能,但其低温劈裂破坏能低于SBS改性沥青混合料;延长放置时间有助于布敦岩沥青混合料动稳定度的增长,但后期增长并不明显。因此,建议布敦岩沥青混合料车辙试验时试件放置时间为48h;布敦岩沥青混合料、SBS改性沥青混合料、基质沥青混合料对老化的敏感程度依次升高,布敦岩沥青混合料的耐老化性能最好。
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