CN109879640A - 一种高性能沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开提供了一种高性能沥青混合料及其制备方法，该高性能沥青混合料中包括BRA‑SBR复合改性材料，其中BRA‑SBR复合改性材料是由BRA和SBR复合而成，将其与基质沥青和集料进行混合得到一种高性能沥青混合料，该混合料具有极强的耐高温性能，以及极强的低温抗裂性，并且该混合料由于具有BRA和SBR，不仅能有效提高该混合料的抗车辙能力，还具有一定的水稳定性，提高了该混合料的耐久性能，延长了沥青路面的使用寿命。

Description

一种高性能沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，更具体的说是涉及一种高性能沥青混合料及其制备方法。

背景技术

近年来，我国经济高速发展，交通行业进入快速发展的时期，我国高速公路的建设从上世纪80年代末从零发展至今，里程数已超过美国，跃升至世界之首。特别是沥青路面被大量运用于道路工程中，目前国内90％左右的高等级公路都是采用沥青路面结构，欧美等发达国家这一比例甚至达到95％。沥青路面有着诸多优点，如在施工完成后可以尽快开放交通，在行车过程中可减小车辆的振动及噪音，在使用寿命后期大中修及养护方便。但它具有明显的温度敏感性，高温易软，低温易脆。此外，随着社会的快速发展，公路交通显现出车流量剧增、大轴载交通运输越来越多等现象，面对诸多压力常规沥青路面已经很难适应现在的发展。利用改性沥青来提高沥青路面的各项性能，同时研究其改性机理一直是公路工程专业发展的方向之一。

近几年的实地调查显示，沥青路面使用寿命前期损坏现象在高速公路中十分常见，尽管施工过程中的人为因素难以忽略，但一个不容忽视的重要因素是沥青混合料的路用及力学性能较差。从这一现象可以看出，大多数传统沥青改性方法不能满足人们的预设效果，所以需寻找高低温性能俱佳的改性剂，探索最佳的改性方案来满足实际工程的需要。

在各种改性剂中，天然岩沥青因为其可以较好的与基质沥青结合且储量丰富不断受到道路工作者的青睐。其作为一种地质资源，是石油产品在复杂地质环境条件下产生的有机物。天然岩沥青储存在距离地表50米范围内，采掘便利，造价便宜，且原料呈固体状，可加工成粉末。制备天然岩沥青改性沥青时只需直投搅拌，控制好加工条件，改性工艺简便，投资小。成品改性沥青性质稳定，在实际工程中实用性更强。

天然岩沥青相比于传统改性剂有着自己的优势，其与石料的浸润性很强，粘附性及抗剥离性对基质沥青提高显著，有利于水稳定性优势的发挥。天然岩沥青对基质沥青的改善体现在多方面，在病害预防和延长寿命上效果显著，在承受一定时间交通荷载后，养护及大中修施工方便。但是在使用过程中未能大范围采用，是因为在众多优点中天然岩沥青美中不足，对沥青混合料低温抗裂性能的改善存在较大争议。目前，天然岩沥青作为改性剂已纳入规范，但在技术标准方面仍未建立可靠的指标，改性方法及控制条件未能明确，推广较为困难。

众所周知SBR可以显著改善基质沥青的低温性能，在聚合物改性沥青中使用较早的SBR改性剂和沥青的相容性比较好，其由于含有丰富的稠环芳烃，虽不能以分子级散开，但仍有少量进入基质沥青网络中，在制备改性沥青时如果SBR出现上浮，通过人工搅拌就能使其均匀分散。通过调查研究SBR可分成乳液聚合和溶液聚合两类，均是通过共聚丁二稀和苯乙烯得到的一种合成橡胶，并且SBR改性剂已大量应用于沥青改性且工艺成熟。由SBR和沥青共混而成为SBR改性沥青，其低温性能显著提升，这是因为SBR分子量较大(10万～150万)，属于高分子线性材料，重要的是玻璃化温度低至-50℃，添加到基质沥青后，改性沥青平均分子量增大。

通过显微镜观察，SBR与基质沥青可形成表面积很大的镶嵌结构，致使其具有较高的表面能。从SBR改性沥青微观结构可以看出SBR以2～5微米粒径均匀分布，由于对芳香分的选择性吸附，使沥青两相间更容易融合，沥青中分子的移动遇到阻碍。同时温度降低，沥青组分液-固相转变速度加快，塑性性能快速减弱，受到荷载时，微裂缝随之出现，而SBR微粒可以起到增韧增塑的作用，抵消一部分荷载效应，阻碍微裂隙的进一步扩展。因此SBR改性沥青的性能相对较好，尤其是在较低温度下能表现出良好的柔韧性、延展性和抗裂性。

综上所述，SBR改性沥青相对于基质沥青软化点显著提高，尤其是低温延度大幅度增加，但耐高温老化性能较差。而添加BRA颗粒后沥青具有很强的抗高温老化能力，但低温延度较小。基于此，本发明主要针对岩沥青改性沥青低温易脆的缺点，将SBR加入到布敦岩沥青改性沥青中，目标是显著提升岩沥青改性沥青混合料低温性能的同时不影响其它性能，为其配合比设计和大范围使用提供依据。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种一种高性能沥青混合料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能沥青混合料，包括：基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；

所述基质沥青和所述BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，所述BRA-SBR复合改性沥青的质量与所述集料的质量之比为油石比，所述油石比为4.2％～4.6％。

需要说明的是：BRA为布敦岩沥青，SBR为丁苯胶乳。

优选的，所述BRA-SBR复合改性材料由BRA和SBR复合而成。

优选的，所述高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：所述基质沥青100份，BRA 10～30份、SBR 3～9份、集料2457～3022份。

优选的，所述油石比为4.6％。

优选的，所述高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：所述基质沥青100份，BRA 20份、SBR 5份、集料2717份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将10～30份BRA加入到步骤二所得的熔化的基质沥青中，同时加入3～9份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h；

步骤五：对集料进行配合比设计。

优选的，步骤五的具体步骤为：

将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.2％～4.6％。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高性能沥青混合料及其制备方法，该高性能沥青混合料中包括BRA-SBR复合改性材料，其中BRA-SBR复合改性材料是由BRA和SBR复合而成，将其与基质沥青和集料进行混合得到一种高性能沥青混合料，该混合料具有极强的耐高温性能，以及极强的低温抗裂性，并且该混合料由于具有BRA和SBR，不仅能有效提高该混合料的抗车辙能力，还具有一定的水稳定性，提高了该混合料的耐久性能，延长了沥青路面的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的AC-16沥青混合料合成级配曲线图；

图2附图为本发明提供的以密度为试验指标的马歇尔试验配合比设计图；

图3附图为本发明提供的以饱和度为试验指标的马歇尔试验配合比设计图；

图4附图为本发明提供的以稳定度为试验指标的马歇尔试验配合比设计图；

图5附图为本发明提供的以流值为试验指标的马歇尔试验配合比设计图；

图6附图为本发明提供的以空隙率为试验指标的马歇尔试验配合比设计图；

图7附图为本发明提供的马歇尔试验中各指标数据对比图；

图8附图为本发明提供的五种沥青混合料车辙试验结果对比图；

图9附图为本发明提供的五种沥青混合料抗弯拉强度数据对比图；

图10附图为本发明提供的五种沥青混合料破坏弯拉应变数据对比图；

图11附图为本发明提供的五种沥青混合料劲度模量数据对比图；

图12附图为本发明提供的五种沥青混合料马歇尔和浸水马歇尔稳定度试验数据对比图；

图13附图为本发明提供的五种沥青混合料残留稳定度数据对比图；

图14附图为本发明提供的五种沥青混合料劈裂强度试验数据对比图；

图15附图为本发明提供的五种沥青混合料冻融劈裂强度比数据对比图；

图16附图为本发明提供的-10℃环境下参数n值随频率的变化趋势图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例公开了一种高性能沥青混合料，包括：70#基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；70#基质沥青和BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，BRA-SBR复合改性沥青的质量与集料的质量之比为油石比，油石比为4.2％～4.6％。其中BRA-SBR复合改性材料由布敦岩沥青即BRA和丁苯胶乳即SBR复合而成。

高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：70#基质沥青100份，BRA 10～30份、SBR 3～9份、集料2457～3022份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将70#基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将10～30份BRA加入到步骤二所得的熔化的70#基质沥青中，同时加入3～9份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h。

步骤五：将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.2％～4.6％。

实施例二：

本发明实施例公开了一种高性能沥青混合料，包括：70#基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；70#基质沥青和BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，BRA-SBR复合改性沥青的质量与集料的质量之比为油石比，油石比为4.2％。其中BRA-SBR复合改性材料由布敦岩沥青即BRA和丁苯胶乳即SBR复合而成。

高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：70#基质沥青100份，BRA 10份、SBR 3份、集料2690份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将70#基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将10份BRA加入到步骤二所得的熔化的70#基质沥青中，同时加入3份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h。

步骤五：将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.2％。

实施例三：

本发明实施例公开了一种高性能沥青混合料，包括：70#基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；70#基质沥青和BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，BRA-SBR复合改性沥青的质量与集料的质量之比为油石比，油石比为4.4％。其中BRA-SBR复合改性材料由布敦岩沥青即BRA和丁苯胶乳即SBR复合而成。

高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：70#基质沥青100份，BRA 20份、SBR 5份、集料2841份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将70#基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将20份BRA加入到步骤二所得的熔化的70#基质沥青中，同时加入5份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h。

步骤五：将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.4％。

实施例四：

本发明实施例公开了一种高性能沥青混合料，包括：70#基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；70#基质沥青和BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，BRA-SBR复合改性沥青的质量与集料的质量之比为油石比，油石比为4.6％。其中BRA-SBR复合改性材料由布敦岩沥青即BRA和丁苯胶乳即SBR复合而成。

高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：70#基质沥青100份，BRA 20份、SBR 5份、集料2717份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将70#基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将20份BRA加入到步骤二所得的熔化的70#基质沥青中，同时加入5份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h。

步骤五：将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.6％。

实施例五：

本发明实施例公开了一种高性能沥青混合料，包括：70#基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；70#基质沥青和BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，BRA-SBR复合改性沥青的质量与集料的质量之比为油石比，油石比为4.6％。其中BRA-SBR复合改性材料由布敦岩沥青即BRA和丁苯胶乳即SBR复合而成。

高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：70#基质沥青100份，BRA 30份、SBR 9份、集料3022份。

一种高性能沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将70#基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将10～30份BRA加入到步骤二所得的熔化的70#基质沥青中，同时加入3～9份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h。

步骤五：将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.6％。

经过对上述实施例进行实验和性能分析，可以得到实施例四中记载的原料配比为最佳配比方案，下面对最佳配比方案进行进一步验证及分析：

首先确定布敦岩沥青(BRA)的掺量，改性沥青的基本性能指标如下：

表1改性沥青、70#基质沥青基本性能指标

综合分析表中数据可得知：BRA改性沥青中BRA与基质沥青的添加比例为20％时，性能最佳，因此选定BRA与SBR复合改性沥青中BRA与基质沥青的比例均为0.2：1。

接下来制备BRA-SBR复合改性沥青。根据上一步骤得到的性能最佳的添加比例，将A级70#基质沥青放入烘箱中，温度控制在160℃加热至全部充分熔化，再加入烘干后的质量为基质沥青质量20％的布敦岩沥青(BRA)，分为五等分，再依次加入掺量为基质沥青质量3％，5％,7％,9％的SBR，以此制成不同SBR含量的BRA-SBR复合改性沥青。

然后，测定BRA-SBR复合改性沥青的针入度、软化点，延度。

表2 BRA与SBR复合改性沥青的常规技术性能指标

由表2可以看出，在25℃温度下，BRA-SBR复合改性沥青和单一BRA改性沥青相比，在BRA-SBR复合改性沥青中SBR含量为3％、5％、7％时，其针入度均分别降低了20％、25％、28％，而SBR掺量为9％时其针入度仅降低了12％。在这个过程中，复合改性沥青25℃针入度的变化趋势大体相同。SBR掺量为3％、5％、7％的复合改性沥青的针入度小，硬度大，抗变形能力强，但是其掺量为9％时在三个温度下的针入度均比其它三个掺量的复合改性沥青大，高温稳定性反而有所下降，这主要是因为随着SBR掺量的增加，改性沥青中改性剂的分散度减小，稳定度有所降低。这说明在BRA与SBR复合改性沥青中SBR的掺量并不是越大越好，建议掺量控制在3％～5％。

由表2可以看出，SBR对BRA改性沥青15℃延度的影响，SBR掺量为3％时复合改性沥青的延度分别是BRA改性沥青的2.68倍和3.28倍；SBR掺量为5％时复合改性沥青的延度分别是BRA改性沥青的3.56倍和4.76倍；SBR掺量为7％时复合改性沥青的延度分别是BRA改性沥青的2.11倍和4.01倍；SBR掺量为9％时复合改性沥青的延度分别是BRA改性沥青的2.05倍和3.95倍。相对于SBR掺量为5％时的延度，SBR掺量为7％和9％的复合改性沥青反而有所降低，这主要是由于SBR掺量增加，SBR在沥青中分散度变小，导致了BRA与SBR复合改性沥青延度试验时出现了不均匀性破坏。通过比较，SBR的掺量在5％时15℃延度达到最大值。

综合不同状态不同掺量SBR对BRA改性沥青常规技术性能的影响，考虑到复合改性沥青常规性能变化规律，通过对比分析，SBR的掺量为5％时为最佳配比。

综上所述，当布敦岩沥青的掺量为20％，SBR的掺量为5％时，BRA-SBR复合改性沥青的改性效果最好。

接下来制备BRA-SBR复合改性沥青混合料。

本发明级配曲线图如图1所示，之后进行基质沥青混合料配合比设计，设定横轴代表油石比，纵轴为马歇尔试件的试验指标，如图2-7所示。

由图2-7可得：确定最佳油石比的初始值OAC1与OAC2(％)：

OAC1＝(a1+a2+a3+a4)/4＝(5.2+4.15+4.1+4.2)/4＝4.41

OAC2＝(OACmin+OACmax)/2＝(3.8+4.6)/2＝4.20

综合确定目标配合比的最佳油石比OAC(％)：

OAC＝(OAC1+OAC2)/2＝(4.41+4.2)＝4.31。

根据经验综合考虑，取最佳油石比为4.4％，

本试验采用石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料级配。通过马歇尔试验确定基质沥青混合料的最佳油石比为4.4％。根据道路工作者的研究，改性沥青混合料的最佳油石比在基质沥青混合料的最佳油石比的基础上增加0.2％。即复合改性沥青混合料的最佳油石比为4.6％。以此油石比来制备复合改性沥青混合料。

综上所述，70#基质沥青100份，BRA20份、SBR 5份、集料2717份混合而成的一种高性能沥青混合料的性能最佳。

按照上述方法制成成型试件并开展一系列混合料试验，对不同掺量的BRA-SBR复合改性沥青的各项性能进行对比，进而验证本发明的可靠性。

通过轮碾振动压实成型长300±5mm×宽300±5mm×厚100±5mm的块状试件，用于车辙试验。同时，从块状试件上切割得到尺寸为长250±5mm×宽30mm±5×厚35±5mm的棱柱小梁形试件，用于小梁低温弯曲试验；采用标准马歇尔击实法，单面各击实50次，成型直径100mm×高60±5mm的圆柱体试件，用于浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验；通过轮碾振动压实成型长400±5mm×宽300±5mm×厚80±5mm的车辙板试件，再从车辙板试件上切割得到尺寸为长380±5mm×宽63.5±5mm×厚50±5mm的梁形直接拉伸试件和四点弯曲试件。试件皆放于温度为对应试验温度的环境箱中不少于4小时后进行后续测试。

[1]高温性能试验

沥青混合料车辙试验用于测定沥青混合料的高温抗车辙能力，评价指标为动稳定度。试验温度为60℃，轮压为0.7MPa。计算动稳定度的时间原则上为试验开始后45～60min之间，采用以下公示计算动稳定度指标。

式中：DS—沥青混合料的动稳定度，次/mm；d1—对应于时间t1的变形量，mm；d2—对应于时间t2的变形量，mm；C1—修正系数；C2—试件系数；N—轮碾速度，常取42次/min。

不同沥青种类的沥青混合料车辙试验结果如图8所示。

根据60℃温度条件下高温车辙试验结果可知，SBR改性沥青、BRA改性沥青、SBS改性沥青、复合改性沥青混合料的动稳定度分别是基质沥青混合料的1.36倍、1.99倍、1.83倍和2.04倍，且均在规范要求的范围之内，表明SBR和布敦岩沥青在一定程度上均能有效提高沥青混合料的高温稳定性和抗车辙能力，且BRA改性沥青的改善效果更加显著。与SBS改性沥青混合料相比，BRA改性沥青和复合改性沥青混合料的动稳定度均大于SBS改性沥青混合料，且两者大小基本一致，从而可以说明在布敦岩沥青改性沥青中加入SBR不影响其混合料的高温稳定性，从BRA改性沥青和复合改性沥青混合料动稳定度的提高幅度来看，两者的高温稳定性均较好。

[2]低温性能试验

评价沥青混合料低温拉伸性能时，采用试验温度-10℃，加载速率为50mm/min。试件为轮碾成型后切割成的长250mm、宽30mm、高35mm的棱柱小梁，其跨径为200mm。根据试验过程测定试件破坏的最大荷载PB及跨中挠度d。然后根据以下公示计算抗弯拉强度R_B、最大弯拉应变ε_B及弯曲劲度模量S_B。

式中：R_B—抗弯拉强度，MPa；L—试件的跨径，mm；P_B—试件破坏时的最大荷载，N；h—跨中断面试件的高度，mm；b—跨中断面试件的宽度，mm。

低温抗裂性能是影响沥青混合料路用性能的重要因素之一，而混合料的低温稳定性很大程度上由变形能力、极限抗拉强度、温度线收缩系数决定。研究表明，沥青的性质、混合料的组成特性、气候等是影响沥青混合料低温性能的主要因素。试验在规定温度条件下和一定加载速率下测定试件弯曲破坏的力学特性，能够较为直观的评定混合料破坏性能，不同沥青种类的沥青混合料抗弯拉强度数据对比如图9所示，不同沥青种类的沥青混合料破坏弯拉应变数据对比如图10所示，不同沥青种类的沥青混合料劲度模量数据对比如图11所示，从以上试验结果可以看出：

(1)以破坏应变为评价指标，试验结果中五种沥青混合料均符合技术要求。相对而言，SBR改性沥青和复合改性沥青的最大弯拉破坏应变分别大于基质沥青和BRA改性沥青，且分别大12.1％和64.1％，这说明SBR的加入可以显著的改善沥青混合料的低温抗裂性能。

(2)低温时混合料的破坏弯拉应变越大，则抵抗低温变形的能力越强。沥青混合料在低温环境下的抗收缩应力的能力随弯拉强度的增加而提高。而破坏时弯曲劲度模量越小，混合料所能承受的最大应力越高，抵抗破坏的能力越强。与基质沥青混合料相比，SBR改性沥青混合料的抗弯拉强度增加了6.5％；另外复合改性沥青混合料的抗弯拉强度与BRA改性沥青相比增加了2.1％左右。由此说明复合改性沥青混合料抵抗低温收缩应力的能力较好，SBR在一定程度上改善了沥青混合料的低温抗裂性。劲度模量反映的是材料刚度大小的指标，该指标的大小在一定程度上反映沥青混合料的低温性能，随着劲度模量增大，沥青混合料低温抗裂性能越差，越易脆裂。从图9-11中可以看出，SBR改性沥青混合料和复合改性沥青混合料的劲度模量对于基质沥青和BRA改性沥青混合料分别有不同程度的减小，同样得出SBR在低温抗裂性能方面对沥青混合料的改善效果。

(3)相比于SBS改性沥青混合料，BRA与SBR复合改性沥青混合料的破坏弯拉应变、抗弯拉强度、劲度模量在性能上没有SBS改性沥青混合料表现的那么好，但是相差不大。所以把SBR改性剂加入到布敦岩沥青改性沥青中可以达到与SBS改性沥青同等级的抗低温性能。

[3]水稳定性

通过浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验来检测沥青混合料的水稳定性。在饱水的情况下沥青混合料强度降低越小说明水稳定性越好。

浸水马歇尔试验用于检验沥青混合料受损害时抵抗剥落的能力，通过测试水稳定性检验配合比设计的可行性。试验过程为对成型的马歇尔试件进行尺寸检测，挑选出符合规范要求的试件并分为两组：一组在60℃热水中保温30分钟，另一组在60℃水中保温48小时，测试稳定度，并按以下公式计算浸水残留稳定度MS₀。

冻融劈裂试验是在规定条件下对沥青混合料进行冻融循环，测定水损害前后劈裂破坏的强度比，以评价沥青混合料的水稳定性。试验温度为25℃，加载速率为50mm/min。试件成型采用标准马歇尔方法，击实次数为50次。试件分为两组：一组先经过饱水过程，在常温下浸水20分钟后浸水抽真空15分钟，-18℃冰箱中存放16小时，再置于60℃恒温水浴中24小时。然后两组试件一同在25℃水中浸泡2小时后测定相关指标。测试指标：首先测出压裂时的压力值，然后分别计算出冻融劈裂强度和常规劈裂强度，并按以下公式计算劈裂强度比TSR。式中R_T2第一组试件的劈裂抗拉强度，R_T1为第二组试件的劈裂抗拉强度。

五种沥青混合料马歇尔和浸水马歇尔稳定度试验数据对比如图12所示，五种沥青混合料残留稳定度数据对比如图13所示，五种沥青混合料劈裂强度试验数据对比14所示，五种沥青混合料冻融劈裂强度比数据对比如图15所示。

由以上试验结果可知：

(1)五种沥青混合料的残留稳定度均满足规范要求，马歇尔稳定度的大小排序为：BRA改性沥青混合料＞复合改性沥青混合料＞SBS改性沥青沥青混合料＞基质沥青混合料＞SBR改性沥青混合料(基质沥青和SBR改性沥青相差很小，在同一个水平级)，浸水马歇尔稳定度大小情况与马歇尔稳定度一致。SBR改性沥青混合料的马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度、残留稳定度三个指标与基质沥青相比大小基本一致。五种沥青混合料的残留稳定度的大小情况：SBS改性沥青混合料＞BRA改性沥青混合料＞复合改性沥青混合料＞SBR改性沥青混合料＞基质沥青混合料(基质沥青与SBR改性沥青相差较小，在同一水平级)。在水稳定性方面加入BRA颗粒的沥青混合料较基质沥青混合料均有显著提高。基质沥青混合料以及BRA改性沥青混合料在加入SBR以后对其水稳定性几乎没有影响。

(2)五种沥青混合料的冻融劈裂试验数据都符合规范要求。其中常规劈裂强度、冻融劈裂强度和劈裂强度比的大小情况均一致：复合改性沥青混合料＞BRA改性沥青混合料＞SBS改性沥青混合料＞SBR改性沥青混合料＞基质沥青混合料。其中基质沥青和SBR改性沥青、BRA改性沥青和复合改性沥青都相差不大，在同一水平级。总体来看，该试验结果与浸水马歇尔试验基本一致。

(3)BRA改性沥青混合料和复合改性沥青相较于SBS改性沥青混合料而言，马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度指标均有小幅度的提高。在冻融劈裂试验各项指标中，两种沥青混合料的常规劈裂强度和冻融劈裂强度均高于SBS改性沥青混合料，对于劈裂强度比，SBS改性沥青混合料和BRA改性沥青混合料大小比较接近且均小于复合改性沥青混合料。

(4)综上可知，SBR对基质沥青混合料和BRA改性沥青混合料的水稳定性均有很小幅度的提高，另外BRA改性沥青、复合改性沥青、SBS改性沥青等三种沥青混合料有相当的水稳定性。

[5]疲劳性能试验

传统意义上的沥青混合料疲劳是荷载疲劳，但是考虑到疲劳破坏的机理，温度疲劳破坏是不容忽视的。从所受荷载模式的角度分析，较低频率的荷载是温度疲劳的主要特点。国内外学者大多研究的是沥青混合料的荷载疲劳特性，而对于低频的温度疲劳较少。本发明针对研究内容与材料特性，在-10℃温度条件下对BRA与SBR复合改性沥青混合料低频温度疲劳特性进行对比研究，采用四点弯曲疲劳试验，试件尺寸为380mm×63.5mm×50mm。

首先对BRA改性沥青、SBS改性沥青、复合改性沥青等三种混合料进行强度试验，其强度值分别为8.8MPa、10.4MPa、9.6MPa,对应的最大荷载值分别为3.88KN、4.57KN、4.24KN。对试验数据整理后如表3所示。

表3沥青混合料疲劳试验结果

疲劳试验数据按已有的方法进行处理，对不同应力水平对应的疲劳寿命分别取对数进行回归，进而得到回归方程，得出参数k和n。n值越大说明材料的疲劳寿命随着应力水平的增加衰减的越大；k值越大说明疲劳曲线的截距越大线位越高，材料的疲劳性能越好。试验数据处理采用以下公式。

N_f＝K(1/σ₀)ⁿ

lgN_f＝lgK-nlgσ₀

式中：N_f为疲劳寿命；σ₀为初始弯拉应力，MPa；K、n为试验确定的参数。

表4基于应力比的疲劳方程回归系数

表5基于应力水平的疲劳方程回归系数

由以上试验结果可得：

(1)随着应力比和应力水平的增加，不管在何种条件下沥青混合料的疲劳寿命均逐渐减小。在相同温度和应力水平条件下，随着频率的降低疲劳曲线的线位越来越低，三种沥青混合料的疲劳寿命显著减小，这说明在相同条件下沥青路面在长周期荷载下处于最不利的状态。

(2)通过回归可得疲劳方程的参数lgK、n，即直线的截距和斜率。可发现：在相同应力比和应力水平条件下，SBS改性沥青混合料的K值最大，BRA与SBR复合改性混合料与之较为接近，另外两者的K值均显著大于BRA改性沥青混合料，即SBS改性沥青和复合改性沥青混合料的疲劳寿命远大于BRA改性沥青混合料。所以在BRA改性沥青中加入SBR可以显著改善BRA改性沥青混合料在低温低频条件下的疲劳性能，可有与SBS改性沥青混合料同等级的疲劳耐久性。

(3)同时，在相同应力比和应力水平，BRA改性沥青的n值最大，SBS改性沥青和复合改性沥青混合料的n值较为接近，且远小于BRA改性沥青混合料。这说明掺入SBR后，BRA改性沥青混合料的疲劳寿命对于应力比和应力水平变化的敏感程度降低了，复合改性沥青混合料的疲劳耐久性比单一BRA改性沥青混合料更好，在低温低频条件下SBS改性沥青混合料和复合改性沥青混合料均具有较好的疲劳性能。

(4)根据-10℃条件下的三种沥青混合料基于应力比的疲劳方程的n值随频率的变化趋势作图，如图16所示。由图16可知，n值随着频率的增加而增大，即疲劳曲线越陡，对于沥青混合料其疲劳寿命随加载频率的增大对应力比的变化越来越敏感，其数值随频率的增加变化趋势越来越缓，在合理的加载频率范围内，疲劳曲线会随着频率的不断增大越来越靠近，此时沥青混合料越来越表现出明显的弹性性质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种高性能沥青混合料，其特征在于，包括：基质沥青、BRA-SBR复合改性材料和集料；

所述基质沥青和所述BRA-SBR复合改性材料混合成为BRA-SBR复合改性沥青，所述BRA-SBR复合改性沥青的质量与所述集料的质量之比为油石比，所述油石比为4.2％～4.6％。

2.根据权利要求1所述的一种高性能沥青混合料，其特征在于，所述BRA-SBR复合改性材料由BRA和SBR复合而成。

3.根据权利要求2所述的一种高性能沥青混合料，其特征在于，所述高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：所述基质沥青100份，BRA10～30份、SBR3～9份、集料2457～3022份。

4.根据权利要求1所述的一种高性能沥青混合料，其特征在于，所述油石比为4.6％。

5.根据权利要求4所述的一种高性能沥青混合料，其特征在于，所述高性能沥青混合料的原料按质量份数配比如下：所述基质沥青100份，BRA20份、SBR5份、集料2717份。

6.一种制备高性能沥青混合料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将BRA烘干，将SBR剪碎烘干；

步骤二：将基质沥青置于烘箱，温度控制在160℃～170℃加热至全部充分熔化；

步骤三：将10～30份BRA加入到步骤二所得的熔化的基质沥青中，同时加入3～9份SBR；

步骤四：将步骤三中所得的混合物投入高速剪切仪，以4500rad/min的速度搅拌1h；

步骤五：对集料进行配合比设计。

7.根据权利要求6所述的一种制备高性能沥青混合料的方法，其特征在于，所述步骤五中具体包括：

将石灰岩作为集料，填料由石灰岩磨制而成，采用AC-16型矿料进行级配，并通过马歇尔实验确定油石比为4.2％～4.6％。