1 工程概况
天津港东疆港区二线路基围埝完善工程（一期）为通往东疆港区的集疏运主干道，工程交通组成为重载交通，根据实际情况，柔性路面结构对于抵抗重载交通对路面结构的破坏更有利，设计采用的路面结构形式为：4cm细粒式沥青混凝土（AC-13）+6cm中粒式沥青混凝土（AC-20），采用SBS（I-C）改性沥青。其中上、下面层部分路段采用布敦岩天然沥青。为保证工程质量并为施工提供技术参数，按照沥青混凝土规范和设计要求对沥青原材料、SBS改性沥青和布敦岩改性沥青配合比、配合比性能等内容进行试验研究。
2 沥青混凝土配合比设计
2.1 AC-20型沥青混合料配合比设计
2.1.1 矿料级配的确定
依据设计技术要求，确定AC-20型沥青混合料配合比为10～20mm:5～15mm:机制砂:河砂:矿粉=28:32:24:12:4。
2.1.2 油石比的确定
为确定AC-20型沥青混合料的最佳油石比，以0.5%为间隔，选择3.0%、3.5%、4.0%、4.5%及5.0%等5组油石比分别进行拌和，在160℃成型温度下，以马歇尔试验配合比设计方法按上述条件成型试件。分别测定不同油石比混合料的毛体积相对密度，计算混合料的空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、稳定度和流值等指标。
按照规范最终确定最佳油石比为4.5%。
由试验结果可知，用本设计方法所得到的AC-20型沥青混合料，此油石比时的各项指标均符合设计要求。
目标配合比设计结果为：10～20mm:5～15mm:机制砂:河砂:矿粉=28:32:24:12:4，最佳油石比为4.5%。
2.1.3 AC-20型布敦岩天然沥青和SBS改性沥青混合料配合比的验证
用上述的布敦岩天然沥青做改性剂沥青混合料配合比设计要求对SBS改性沥青配合比进行验证，按布敦岩天然沥青中沥青含量为26.6%计算，各种料的比例为：10～20mm:5～15mm:机制砂:河砂:矿粉:岩沥青:90#基质沥青=26.8:30.6:23.0:11.5:0.9:4.0:3.2，结果及配合比设计检验结果见表1。
表1 AC-20型沥青混合料性能检验结果
| 项目 | 要求 | 混合料检验结果 | |
| SBS改性沥青 | 布敦岩天然沥青 | ||
| 毛体积相对密度 | - | 2.489 | 2.480 |
| 稳定度（kN） | ≥8 | 12.73 | 12.64 |
| 流值（0.1mm） | 15-40 | 31.7 | 29.6 |
| 空隙率（%） | 3～6 | 4.0 | 5.1 |
| 饱和度（%） | 65～75 | 72.4 | 67.0 |
| 残留稳定度（%） | ≥85 | 90.8 | 89.8 |
| 冻融劈裂残留强度比（%） | ≥80 | 86.1 | 81.0 |
| 动稳定度（次/mm） | ≥2800 | 4130.9 | 4183.5 |
检验结果表明，应用布敦岩天然沥青做改性剂的沥青混合料在设计油石比条件下各项指标均符合设计要求。
2.2 AC-13型沥青混合料配合比设计
2.2.1 矿料级配的确定
依据设计技术要求关于AC-13型沥青混合料的矿料级配范围要求和各规格矿料筛分结果，确定矿料配合比为5～15mm:5～10mm:机制砂:河砂:矿粉=34:20:28:14:4。
2.2.2 油石比的确定
为确定AC-13型沥青混合料的最佳油石比，以0.5%为间隔，选择4.0%、4.5%、5.0%、5.5%及6.0%等五组油石比分别进行拌和，在160℃成型温度下，以马歇尔试验配合比设计方法按上述条件成型试件。分别测定不同油石比混合料的毛体积相对密度，计算混合料的空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA、稳定度和流值等指标。
按照规范最终确定最佳油石比为5.4%。
由试验结果可知，用本设计方法所得到的AC-13型沥青混合料，此油石比时的各项指标均符合设计要求。
目标配合比设计结果为：5～15mm:5～10mm:机制砂:河砂:矿粉=34:20:28:14:4，最佳油石比为5.4%。
2.2.3 AC-13型布敦岩天然沥青和SBS改性沥青混合料配合比的验证
对AC-13型沥青混合料进行高温稳定性、水稳定性检验，对该混合料的配合比设计结果进行的检验结果及配合比设计检验结果见表2。
表2 AC-13型沥青混合料性能检验结果
| 项目 | 要求 | 混合料检验结果 | |
| SBS改性沥青 | 布敦岩天然沥青 | ||
| 毛体积相对密度 | - | 2.414 | 2.439 |
| 稳定度（kN） | ≥8 | 10.02 | 10.96 |
| 流值（0.1mm） | 20～40 | 31.0 | 33.5 |
| 空隙率（%） | 3～6 | 5.3 | 5.1 |
| 饱和度（%） | 65～75 | 69.4 | 70.3 |
| 残留稳定度（%） | ≥85 | 99.0 | 88.9 |
| 冻融劈裂残留强度比（%） | ≥80 | 87.0 | 82.8 |
| 动稳定度（次/mm） | ≥2800 | 4130.0 | 1823.9（第一次） |
| 2099.3（第二次） | |||
| 2164.9（第三次） | |||
| 1800.0（第四次） | |||
检验结果表明，AC-13沥青混凝土应用布敦岩天然沥青做改性剂的混合料在设计油石比条件下动稳定度4次的试验结果均达不到现行施工技术规范与设计技术要求。
2.3 AC-13布敦岩沥青混凝土配合比设计
为解决动稳定度达不到标准要求的问题，重新进行了配合比设计，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F 40-2004）中规定的马歇尔试验配合比设计方法确定沥青混凝土最佳沥青用量。直接采用岩沥青，沥青采用90#基质沥青。岩沥青的掺量为混合料总质量的4%，并根据岩沥青的筛分结果，在材料不变的情况下，调整了基质沥青、岩沥青和各类矿料的配合比。试拌成型，测定马歇尔试验的各项技术指标。
2.3.1 矿料级配的确定
根据上述AC-13型沥青混凝土混合料所用矿料的筛分级配曲线和级配范围，计算各矿料配比组成为：5～15mm碎石:5～10mm碎石:机制砂:河砂:矿粉:岩沥青=30:29:28:7:3:3（上述岩沥青的3%，只占岩沥青总量的74%）。
2.3.2 油石比的确定
为确定AC-13型沥青混合料的最佳油石比，预估最佳油石比为5.0%，以0.5%为间隔，取4.0%、4.5%、5.0%、5.5%及6.0%等五组油石比分别进行拌和，在160℃成型温度下，以马歇尔试验配合比设计方法按上述条件成型试件。分别测定不同油石比混合料的毛体积相对密度，计算混合料的空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度VFA等指标，测定马歇尔稳定度和流值。其中沥青混合料密度为表干法测定的试件毛体积相对密度，采用实测的沥青混合料最大理论相对密度。
按照规范最终确定最佳油石比为4.83%。
由试验结果可知，用本设计方法所得到的AC-13型沥青混合料，此油石比时的各项指标均符合设计要求。
目标配合比设计结果为：5～15mm碎石:5～10mm碎石:机制砂:河砂:矿粉:岩沥青=30:29:28:7:3:3，最佳油石比为4.83%，岩沥青掺量为混合料总质量的4%。
2.3.3 AC-13型沥青混合料配合比设计结果检验
按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F 40-2004）和设计技术要求，以4.83%为最佳油石比，重新成型马歇尔试件检验马歇尔技术指标，并进行高温稳定性、水稳定性检验，对该混合料的配合比设计结果进行的检验结果见表3。
表3 AC-13型沥青混合料性能检验结果
| 项目 | 要求 | 混合料检验结果 |
| 毛体积密度（g/cm3） | - | 2.498 |
| 稳定度（kN） | ≥8 | 11.6 |
| 流值（0.1mm） | 20～40 | 25.8 |
| 空隙率（%） | 3～6 | 4.5 |
| 饱和度（%） | 65～75 | 68.0 |
| 残留稳定度（%） | ≥85 | 90.9 |
| 冻融劈裂残留强度比（%） | ≥80 | 91.7 |
| 动稳定度（次/mm） | ≥2800 | 4051.5 |
检验结果表明，马歇尔试验配合比设计方法设计的AC-13型沥青混合料在设计油石比条件下各项检验指标均符合现行施工技术规范与设计技术要求。
3 结论
（1）采用马歇尔试验方法得出了目标配合比设计结果，证明此目标配合比所用的材料比例、沥青用量满足设计技术及《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F 40-2004）的要求。
（2）布敦岩沥青的施工工艺较简单，本工程中搅拌楼上有两套矿粉上料系统，只用一套就可将布敦岩沥青加入拌和楼，无需其他设备和改装搅拌楼，用电子计量称计量，与矿料混合，先干拌5～8s，以保证矿料与岩沥青均匀混合，然后直接将基质沥青喷入，并按正常的搅拌时间搅拌。
（3）从AC-20沥青混凝土混合料来看，布敦岩沥青在4%掺量时与SBS改性沥青相比较，混合料的各项指标相差无几，同样具有较好的性能，可作为改性剂完全替代SBS改性沥青。
（4）以上提到的用布敦岩天然沥青做改性剂沥青混合料配合比设计说明中的配合比设计方法并不完全适合所有的沥青混凝土混合料，至少对本次的AC-13沥青混凝土不适合。在以后的沥青混合料配合比设计中，还应直接用岩沥青和基质沥青试拌测试，确定最佳油石比的方法来确定目标配合比。
（5）从两种配合比设计来比较，在试件成型的过程中，宏观表现上AC-20比AC-13沥青用量大，油石比还有减小的空间。
（6）在试件成型的过程中，宏观表现上布敦岩改性沥青要比SBS改性沥青的粘度低，当温度稍微降低时，依然会有很好的工作度，等于施工的温度区间加大了，这对于现场的施工是非常有利的。
（7）在试验中发现随着布敦岩沥青掺量的增加，沥青混合料的水稳定性、高温稳定性等各项性能指标均能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的要求，同时随着掺量的增加性能均有增强的趋势。
（8）从AC-13型沥青混凝土的配合比设计结果来看，内掺法掺加4%的布敦岩天然沥青作改性剂取代SBS改性沥青，能减少基质沥青用量，在降低工程造价、节约成本上是有利的。
（9）为防止岩沥青出现批次间的不均匀现象，在实际生产混合料的过程中还要定期定量地对岩沥青进行抽样检验。
（10）适当提高面层混合料的粗颗粒集料、降低细颗粒集料的含量，直接采用岩沥青进行配合比设计，确定最佳油石比，能有效提高沥青混凝土的抗车辙能力。
4 结语
综上所述，通过对布敦岩沥青采用内掺法进行的沥青混合料配合比设计，在4%掺量时，各项性能指标能达到SBS改性沥青混合料的使用效果，随着掺量的增加，各项性能指标有增加的趋势，说明布敦岩沥青采用内掺法的应用对沥青混凝土各方面性能有良好的改性作用，值得推广应用。
参考文献
[1]任育新．布敦岩沥青在重荷载道路中的应用技术研究[D]．天津：河北工业大学，2010.
[2]王玮．BRA改性沥青及其混合料性能研究[D]．长沙：长沙理工大学，2008.
[3]李瑞霞，郝培文，王春，等．布敦岩沥青混合料路用性能研究[J]．武汉理工大学学报，2011，33（9）.
收稿日期：2017-11-02
作者简介：刘铭顺（1972.02-），男，山东惠民人，中交一航局城市交通工程有限公司工程师，研究方向：建材检测。
