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摘要：为提高布顿岩沥青混合料的综合路用性能，以70号A级道路石油沥青与AC20级配为依据，采用干法实施了基于布敦岩沥青混合料路用性能的油石比选择及其掺量对路用性能的影响研究。结果表明：布敦岩沥青油石比的变化对路用性能影响较大，合理选择油石比可显著提高综合路用性能，较优油石比为0.5%～1.0%时的路用性能接近于SBS 改性沥青混合料。
关键词：道路工程；布敦岩沥青；油石比；AC20沥青混合料；路用性能
中图分类号：U41 文献标识码：A
布敦岩沥青（Buton Rock Asphalt简称BRA)是产于印度尼西亚布敦岛的天然岩沥青，作为一种硬质沥青，可替代部分石油沥青后提高沥青混合料的路用性能1），国内相关学者对此新材料应用的进行了试验与工程研究。查旭东等认为2），20%BRA掺量下的AC-13C改性瀝青混合料综合路用性能改善效果最佳；郝培文等认为3），布敦岩沥青可以显著改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能，推荐布敦岩沥青的合理掺量为3.5%；刘树堂等认为4），布敦岩中的沥青能明显改善基质沥青的高温性能，但同时降低其低温性能；樊亮，申全军等认为5），经天然北美岩沥青改性后的沥青其高温性能大为提高，感温性得到改善，抗老化能力和稳定性有所加强；黄文通，徐国元认为6），布敦岩沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂抗拉强度和水稳定性明显优于基质沥青混合料和SBS 改性沥青混合料，稳定度远远高于基质沥青混合料，接近于SBS 改性沥青混合料，且布敦岩沥青能有效改善混合料的低温性能，但当布敦岩沥青掺量从20%增加到25%时，混合料的低温性能有所降低；岩沥青作为路面使用的一种新型材料，目前限于试验段使用，尚未像SBS改性沥青材料大规模应用于沥青路面中，规范7)仅说明“天然岩沥青可以单独与石油沥青混合料使用或与其他改性沥青混融后使用”。[1] [2]
1 BRA岩沥青原材料试验及级配设计
粗集料为石灰岩集料，细集料为0～3mm的石灰岩机制砂，填料为矿粉，道路石油沥青等级为A级70号（以下简称基质沥青），技术指标符合规范7）要求；布敦岩沥青原材料水洗法筛分、布敦岩沥青经燃烧后干法筛分与燃烧后水洗法筛分及其纯岩沥青含量、密度、亲水系数与沥青含量试验结果分别如表1、表2、表3、表4、表5。
对燃烧炉法试验BRA岩沥青含量后所剩余的岩矿料进行水洗筛分，将其作为另一种细集料参与级配组成。按六种不同岩矿料比例，分别为0%、0.5%、1%、2%、3%、4%，将其参与其它4档集料10～20mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm与矿粉进行合成级配，通过调整矿粉和机制砂用量比例，使得合成级配的关键性筛孔基本保持不变，据此确定掺岩矿料的各档规格集料、矿粉用量比例依次为39%：31%：2%：25%：3%：0%；39%：31%：2%：25%：2.5%：0.5%；42%：27%：0%：26%：4%：1%；40%：29%：0%：26%：3%：2%；41%：29%：0%：24%：3%：3%；40.5%：29%：0%：24%：2.5%：4%，设计试验级配如表6。
由上述试验结果可知，（1）BRA岩沥青原材料级配与技术规范7）中的0～3mm机制砂级配通过率基本一致，说明紫红色的BRA岩沥青原材料规格与机制砂规格接近。
（2）经燃烧炉试验后（纯岩沥青已完全挥发）所剩余的BRA岩矿料干法筛分与水洗法筛分级配均细于BRA岩沥青原材料水洗法筛分级配，粗于规范规定的矿粉级配，且水洗后颜色呈现乳白色，试验还发现，用手搓揉经水洗筛分的岩矿料颗粒，很容易搓成更为细小的粉料。表明尽管从性能上可将BRA岩沥青当作类似SBS改性剂一样使用，但岩沥青在经高温燃烧后所剩余的岩矿料颗粒粒径变小，是以另一种细集料规格参与级配合成而存在，不能或略岩沥青自身矿料级配组成。
（3）采用燃烧炉法测试的BRA岩沥青油石比为23.68%，说明BRA岩沥青中纯岩沥青质量约占24%，岩矿料约占76%；表观密度为2.254g/cm3，密度与消石灰接近，小于2.6g/cm3；亲水性系数为0.87，与矿粉亲水系数接近，说明BRA岩沥青对基质沥青的亲和力大于对水的亲和力，也间接地反映了岩沥青与集料具有一定的粘附性能。[3] [4]
2 BRA岩沥青混合料的油石比选择
试验设计以第1节中六种不同岩矿料掺量、含基质沥青和纯岩沥青在内的油石比为4.3%组成的AC20沥青混合料作为研究依据，试验用BRA岩沥青改性沥青混合料中的岩沥青原材料配料称重计量依据不同岩矿料掺量与岩沥青原材料自身油石比计算确定，并相应计算基质沥青油石比。为模拟沥青拌合楼实际生产状况，根据试验规程15)，将置于烘箱加热至规定温度的粗、细集料放入拌和锅，之后采用减重法加入基质沥青，拌和90s，再加入经计算的烘干矿粉和岩沥青用量，湿拌90s，试件成型温度为150°C，分别进行马歇尔试验，并分别成型车辙、冻融劈裂、60°C浸水飞散、15°C抗压强度试件，各试验技术参数的变异系数、偏差均严格执行现行规程要求，试验结果分别图1～图10。
图1 岩矿料掺量与试件密度关系图2 岩矿料掺量与稳定度关系
Figure 1 BR adding quantity and density relationship Figure 2 BR adding quantity and stability relationship
图3 岩矿料掺量与空隙率关系 图4 岩矿料掺量与饱和度关系
Figure 3 BR adding quantity and VV relationship Figure 4 BR adding quantity and saturation relationship
Figure 3 BR adding quantity adding and porosity relationship Figure 4 BR adding quantity and asphalt saturation relationship
图5 基质沥青油石比与试件密度关系图6 基质沥青油石比与稳定度关系
Figure 5 70#Asphalt OAC and density relationship Figure 6 70#Asphalt OAC and stability relationship
图7 基质沥青油石比与空隙率关系图8 基质沥青油石比与饱和度关系
Figure 7 70#Asphalt OAC and porosity relationshipFigure 870#Asphalt OA Cand asphalt saturation relationship
从图1～图8试验结果可知：（1）随着岩矿料掺量的增加，试件毛体积密度逐渐减小，空隙率逐渐增大，60℃马歇尔稳定度总体呈现降低趋势。试验结果进一步印证了第1节中的布敦岩沥青原材料的特殊性，岩矿料掺量不宜偏大，或略岩矿料含量会对沥青混凝土的马氏性能指标造成较大的影响；
同样的方法，由图5～图8试验结果可得到基质沥青最佳油石比为3.92%；对比图1～图4试验结果可知，基质沥青油石比的变化对马歇尔性能技术指标的影响与岩矿料对马歇尔技术指标的影响呈负向关系，表明当BRA沥青混合料空隙在4%时，基质沥青油石比不应偏小，而岩矿料掺量不宜过大。从而，岩沥青原材料中的纯岩沥青占基质沥青的质量比为9.6%，岩沥青原材料最佳油石比占基质沥青最佳油石比为40.25%，即通常所说的岩沥青最佳外掺量为40.25%，最佳内掺为28.7%；[5] [6]
3 BRA岩沥青对路用性能的影响
试验设计以第2节中六种不同岩矿料掺量、含基质沥青和纯岩沥青在内的油石比为4.3%组成的AC20沥青混合料为试验依据，利用BRA岩沥青改性沥青混合料标准马歇尔试件密度分别成型车辙、冻融劈裂、60°C浸水飞散、15°C抗压强度试件，各试验技术参数的变异系数、偏差均严格执行现行规程要求，试验结果分别图9～图14。
图5 岩矿料、基质、改性沥青与TSR关系 图6 岩矿料掺量与冻融劈裂强度比关系
Figure 5 BR, matrix, modified asphalt and TSR relationship Figure 6 Relationship of BR adding quantity and TSR
图7岩矿料、基质、改性沥青与浸水分散关系 图8岩矿料掺量与飞散损失关系
Figure 7 BR, matrix, modified asphalt and water dispersion relation Figure 8 BR content and dispersion loss relationship
圖9 岩沥青掺量与动稳定度关系 图1015°C抗压强度与60°C稳定度关系
Figure 9 BR content and dynamic stability relationship Figure 10 15 ° C compressive strength and 60 ° C stability relationship
（1）通过马歇尔试件双面击实成型次数50次与恒温水槽试验温度60°C养生48h的6个有效试件，以300转/min的洛杉矶磨耗撞击10min后得到的浸水飞散质量损失百分比表明，随着岩矿料掺量的逐渐增加，飞散损失快速增大；岩矿料掺量为0.5%～2%，飞散损失基本稳定，掺量大于2%时的飞散损失急剧增大；SBS与基质沥青混合料飞散损失较掺加岩沥青混合料飞散损失小，这与冻融劈裂强度比试验规律一致。
（2）动稳定度随着岩矿料掺量由0.5%增至2%时呈现快速衰减趋势，之后随岩矿料继续增加值4%时的动稳定度又快速增大，动稳定度存在最小值；15°C抗压强度与60°C马歇尔稳定度存在正相关关系。[7]
3 结论与探讨
（1）通过马歇尔试验研究得到BRA岩沥青混合料中含岩矿料在内的岩沥青原材料与基质沥青最佳油石比分别为1.54%和3.92%；BRA岩沥青中的岩矿料对马歇尔性能指标的影响较大。
（2）综合BRA岩沥青混合料与SBS改性沥青混合料的路用性能，BRA岩沥青混合料的油石比选择范围为0.5%～1%，此时接近SBS改性沥青混合料，建议工程应用的合理油石比采用1%。
（3）BRA岩沥青掺量对AC20沥青混合料的水敏感性影响较大，岩矿料掺量大于2%时，高温浸水飞散损失与冻融劈裂强度比衰减较快，对提高水敏感性并不显著。
（4）由于含基质沥青与BRA岩沥青中纯岩沥青在内的AC20沥青混合料油石比采用4.3%，油石比的变化对岩沥青混合料水损害性能的影响还有待进一步研究。[8]
参考文献
[1] 钟科.岩沥青路用性能研究[D].北京：交通部公路科学研究院，2006.
[2] 查旭东，白璐，王玮.BRA改性沥青混合料路用性能研究[J].交通科学与工程，2009,25(1):10-13.
[3] 李瑞霞，郝培文，王春 张庆.布敦岩沥青混合料路用性能研究[J].武汉理工大学学报，2011,32(09):25-30 . [4] 刘树堂，杨永顺，房建果，等.布敦岩沥青改性沥青混合料试验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007,35(3):351-355.
[5] 樊亮，申全军，张燕燕.天然岩沥青改性对沥青路面性能的影响[J].建筑材料学报，2007,10(6):740-744.
[6] 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.
[7] JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].中华人民共和国交通部行业标准.
[8] JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 中华人民共和国交通部行业标准.
关键词：道路工程；布敦岩沥青；油石比；AC20沥青混合料；路用性能
中图分类号：U41 文献标识码：A
布敦岩沥青（Buton Rock Asphalt简称BRA)是产于印度尼西亚布敦岛的天然岩沥青，作为一种硬质沥青，可替代部分石油沥青后提高沥青混合料的路用性能1），国内相关学者对此新材料应用的进行了试验与工程研究。查旭东等认为2），20%BRA掺量下的AC-13C改性瀝青混合料综合路用性能改善效果最佳；郝培文等认为3），布敦岩沥青可以显著改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能，推荐布敦岩沥青的合理掺量为3.5%；刘树堂等认为4），布敦岩中的沥青能明显改善基质沥青的高温性能，但同时降低其低温性能；樊亮，申全军等认为5），经天然北美岩沥青改性后的沥青其高温性能大为提高，感温性得到改善，抗老化能力和稳定性有所加强；黄文通，徐国元认为6），布敦岩沥青混合料的马歇尔稳定度、劈裂抗拉强度和水稳定性明显优于基质沥青混合料和SBS 改性沥青混合料，稳定度远远高于基质沥青混合料，接近于SBS 改性沥青混合料，且布敦岩沥青能有效改善混合料的低温性能，但当布敦岩沥青掺量从20%增加到25%时，混合料的低温性能有所降低；岩沥青作为路面使用的一种新型材料，目前限于试验段使用，尚未像SBS改性沥青材料大规模应用于沥青路面中，规范7)仅说明“天然岩沥青可以单独与石油沥青混合料使用或与其他改性沥青混融后使用”。[1] [2]
1 BRA岩沥青原材料试验及级配设计
粗集料为石灰岩集料，细集料为0～3mm的石灰岩机制砂，填料为矿粉，道路石油沥青等级为A级70号（以下简称基质沥青），技术指标符合规范7）要求；布敦岩沥青原材料水洗法筛分、布敦岩沥青经燃烧后干法筛分与燃烧后水洗法筛分及其纯岩沥青含量、密度、亲水系数与沥青含量试验结果分别如表1、表2、表3、表4、表5。
对燃烧炉法试验BRA岩沥青含量后所剩余的岩矿料进行水洗筛分，将其作为另一种细集料参与级配组成。按六种不同岩矿料比例，分别为0%、0.5%、1%、2%、3%、4%，将其参与其它4档集料10～20mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm与矿粉进行合成级配，通过调整矿粉和机制砂用量比例，使得合成级配的关键性筛孔基本保持不变，据此确定掺岩矿料的各档规格集料、矿粉用量比例依次为39%：31%：2%：25%：3%：0%；39%：31%：2%：25%：2.5%：0.5%；42%：27%：0%：26%：4%：1%；40%：29%：0%：26%：3%：2%；41%：29%：0%：24%：3%：3%；40.5%：29%：0%：24%：2.5%：4%，设计试验级配如表6。
由上述试验结果可知，（1）BRA岩沥青原材料级配与技术规范7）中的0～3mm机制砂级配通过率基本一致，说明紫红色的BRA岩沥青原材料规格与机制砂规格接近。
（2）经燃烧炉试验后（纯岩沥青已完全挥发）所剩余的BRA岩矿料干法筛分与水洗法筛分级配均细于BRA岩沥青原材料水洗法筛分级配，粗于规范规定的矿粉级配，且水洗后颜色呈现乳白色，试验还发现，用手搓揉经水洗筛分的岩矿料颗粒，很容易搓成更为细小的粉料。表明尽管从性能上可将BRA岩沥青当作类似SBS改性剂一样使用，但岩沥青在经高温燃烧后所剩余的岩矿料颗粒粒径变小，是以另一种细集料规格参与级配合成而存在，不能或略岩沥青自身矿料级配组成。
（3）采用燃烧炉法测试的BRA岩沥青油石比为23.68%，说明BRA岩沥青中纯岩沥青质量约占24%，岩矿料约占76%；表观密度为2.254g/cm3，密度与消石灰接近，小于2.6g/cm3；亲水性系数为0.87，与矿粉亲水系数接近，说明BRA岩沥青对基质沥青的亲和力大于对水的亲和力，也间接地反映了岩沥青与集料具有一定的粘附性能。[3] [4]
2 BRA岩沥青混合料的油石比选择
试验设计以第1节中六种不同岩矿料掺量、含基质沥青和纯岩沥青在内的油石比为4.3%组成的AC20沥青混合料作为研究依据，试验用BRA岩沥青改性沥青混合料中的岩沥青原材料配料称重计量依据不同岩矿料掺量与岩沥青原材料自身油石比计算确定，并相应计算基质沥青油石比。为模拟沥青拌合楼实际生产状况，根据试验规程15)，将置于烘箱加热至规定温度的粗、细集料放入拌和锅，之后采用减重法加入基质沥青，拌和90s，再加入经计算的烘干矿粉和岩沥青用量，湿拌90s，试件成型温度为150°C，分别进行马歇尔试验，并分别成型车辙、冻融劈裂、60°C浸水飞散、15°C抗压强度试件，各试验技术参数的变异系数、偏差均严格执行现行规程要求，试验结果分别图1～图10。
图1 岩矿料掺量与试件密度关系图2 岩矿料掺量与稳定度关系
Figure 1 BR adding quantity and density relationship Figure 2 BR adding quantity and stability relationship
图3 岩矿料掺量与空隙率关系 图4 岩矿料掺量与饱和度关系
Figure 3 BR adding quantity and VV relationship Figure 4 BR adding quantity and saturation relationship
Figure 3 BR adding quantity adding and porosity relationship Figure 4 BR adding quantity and asphalt saturation relationship
图5 基质沥青油石比与试件密度关系图6 基质沥青油石比与稳定度关系
Figure 5 70#Asphalt OAC and density relationship Figure 6 70#Asphalt OAC and stability relationship
图7 基质沥青油石比与空隙率关系图8 基质沥青油石比与饱和度关系
Figure 7 70#Asphalt OAC and porosity relationshipFigure 870#Asphalt OA Cand asphalt saturation relationship
从图1～图8试验结果可知：（1）随着岩矿料掺量的增加，试件毛体积密度逐渐减小，空隙率逐渐增大，60℃马歇尔稳定度总体呈现降低趋势。试验结果进一步印证了第1节中的布敦岩沥青原材料的特殊性，岩矿料掺量不宜偏大，或略岩矿料含量会对沥青混凝土的马氏性能指标造成较大的影响；
同样的方法，由图5～图8试验结果可得到基质沥青最佳油石比为3.92%；对比图1～图4试验结果可知，基质沥青油石比的变化对马歇尔性能技术指标的影响与岩矿料对马歇尔技术指标的影响呈负向关系，表明当BRA沥青混合料空隙在4%时，基质沥青油石比不应偏小，而岩矿料掺量不宜过大。从而，岩沥青原材料中的纯岩沥青占基质沥青的质量比为9.6%，岩沥青原材料最佳油石比占基质沥青最佳油石比为40.25%，即通常所说的岩沥青最佳外掺量为40.25%，最佳内掺为28.7%；[5] [6]
3 BRA岩沥青对路用性能的影响
试验设计以第2节中六种不同岩矿料掺量、含基质沥青和纯岩沥青在内的油石比为4.3%组成的AC20沥青混合料为试验依据，利用BRA岩沥青改性沥青混合料标准马歇尔试件密度分别成型车辙、冻融劈裂、60°C浸水飞散、15°C抗压强度试件，各试验技术参数的变异系数、偏差均严格执行现行规程要求，试验结果分别图9～图14。
图5 岩矿料、基质、改性沥青与TSR关系 图6 岩矿料掺量与冻融劈裂强度比关系
Figure 5 BR, matrix, modified asphalt and TSR relationship Figure 6 Relationship of BR adding quantity and TSR
图7岩矿料、基质、改性沥青与浸水分散关系 图8岩矿料掺量与飞散损失关系
Figure 7 BR, matrix, modified asphalt and water dispersion relation Figure 8 BR content and dispersion loss relationship
圖9 岩沥青掺量与动稳定度关系 图1015°C抗压强度与60°C稳定度关系
Figure 9 BR content and dynamic stability relationship Figure 10 15 ° C compressive strength and 60 ° C stability relationship
（1）通过马歇尔试件双面击实成型次数50次与恒温水槽试验温度60°C养生48h的6个有效试件，以300转/min的洛杉矶磨耗撞击10min后得到的浸水飞散质量损失百分比表明，随着岩矿料掺量的逐渐增加，飞散损失快速增大；岩矿料掺量为0.5%～2%，飞散损失基本稳定，掺量大于2%时的飞散损失急剧增大；SBS与基质沥青混合料飞散损失较掺加岩沥青混合料飞散损失小，这与冻融劈裂强度比试验规律一致。
（2）动稳定度随着岩矿料掺量由0.5%增至2%时呈现快速衰减趋势，之后随岩矿料继续增加值4%时的动稳定度又快速增大，动稳定度存在最小值；15°C抗压强度与60°C马歇尔稳定度存在正相关关系。[7]
3 结论与探讨
（1）通过马歇尔试验研究得到BRA岩沥青混合料中含岩矿料在内的岩沥青原材料与基质沥青最佳油石比分别为1.54%和3.92%；BRA岩沥青中的岩矿料对马歇尔性能指标的影响较大。
（2）综合BRA岩沥青混合料与SBS改性沥青混合料的路用性能，BRA岩沥青混合料的油石比选择范围为0.5%～1%，此时接近SBS改性沥青混合料，建议工程应用的合理油石比采用1%。
（3）BRA岩沥青掺量对AC20沥青混合料的水敏感性影响较大，岩矿料掺量大于2%时，高温浸水飞散损失与冻融劈裂强度比衰减较快，对提高水敏感性并不显著。
（4）由于含基质沥青与BRA岩沥青中纯岩沥青在内的AC20沥青混合料油石比采用4.3%，油石比的变化对岩沥青混合料水损害性能的影响还有待进一步研究。[8]
参考文献
[1] 钟科.岩沥青路用性能研究[D].北京：交通部公路科学研究院，2006.
[2] 查旭东，白璐，王玮.BRA改性沥青混合料路用性能研究[J].交通科学与工程，2009,25(1):10-13.
[3] 李瑞霞，郝培文，王春 张庆.布敦岩沥青混合料路用性能研究[J].武汉理工大学学报，2011,32(09):25-30 . [4] 刘树堂，杨永顺，房建果，等.布敦岩沥青改性沥青混合料试验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007,35(3):351-355.
[5] 樊亮，申全军，张燕燕.天然岩沥青改性对沥青路面性能的影响[J].建筑材料学报，2007,10(6):740-744.
[6] 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.
[7] JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].中华人民共和国交通部行业标准.
[8] JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 中华人民共和国交通部行业标准.