布敦岩沥青（buton rock asphalt, BRA）具有储量丰富、开采方便、价格低廉等优点，因而成为当前研究的热点之一。国内外学者针对BRA改性沥青及沥青混合料的研究表明，BRA可提高沥青的高温性能、耐老化性能[1-2]；BRA改性沥青可增强混合料的高温稳定性、抗水损性能、抗疲劳性能和抗滑性能[3-5]。然而，BRA的掺入会使改性沥青及沥青混合料的低温性能显著降低[6-7]，这严重制约了BRA改性沥青在道路工程中的应用。
已有研究表明，改性剂的粒径是显著影响改性沥青性能的重要因素之一[8-10]。因此，为改善BRA改性沥青的低温性能，有必要探究不同粒径的BRA与BRA灰分对改性沥青及沥青混合料低温性能的影响规律，以确定其最佳粒径范围，从而促进BRA在道路工程中的推广应用。
本文以5种粒径的BRA及BRA灰分作为研究对象，通过三大指标试验、DSR低温扫描试验以及四组分试验，对比研究了BRA及BRA灰分对沥青低温性能的影响规律及作用机理。同时，通过低温弯曲小梁试验和半圆弯曲试验研究了不同粒径的BRA对沥青混合料低温性能的影响。
1 试验部分
1.1 原材料
1.1.1 BRA及BRA灰分 本文采用的BRA产自印度尼西亚。首先将块状的BRA破碎，过筛后分别选取5.5、10.7、13.0、16.8、74.0?μm的BRA进行研究，依次命名为1-1#、1-2#、1-3#、1-4#、1-5#。
将不同粒径的BRA粉末在480~490?℃的高温下灼烧3?min，当试样质量损失率小于0.01%/min时停止灼烧，得到的灰白色粉末即为BRA灰分。不同粒径的BRA灰分依次命名为2-1#、2-2#、2-3#、2-4#、2-5#。制备完成后的BRA灰分需密封干燥保存。BRA及BRA灰分分别如图1和图2所示。
<G:\武汉工程大学\2026\第1期\王 栋-1.tif>
图1 BRA
Fig. 1 Buton rock asphalt
<G:\武汉工程大学\2026\第1期\王 栋-2.tif>
图2 BRA灰分
Fig. 2 BRA ash
1.1.2 沥青和矿质集料 本文采用的沥青为70#基质沥青，粗集料、细集料均为石灰岩，矿粉为石灰石粉末，依据相应的规范[11-12]，对其基本性能指标进行检测，均满足规范要求，结果如表1-表3所示。
表1 70#基质沥青性能指标试验结果
Table 1 Performance index test results of 70# base asphalt
[测试项目 规范标准 数值 针入度（25?℃，100?g，5?s） / 0.1?mm 60.0~80.0 71.3 15?℃延度 / cm ≥100 ＞100 软化点 / ℃ ≥46 48.5 ]
表2 粗集料性能指标试验结果
Table 2 Performance index test results of coarse aggregate
[测试项目 规范
标准 粗集料公称粒级 / mm 9.50~13.20 4.75~9.50 2.36~4.75 吸水率 / % ≤2.00 0.76 1.08 1.62 表观相对密度 ≥2.60 2.854 2.815 2.869 针片状含量 / % ≤15.00 4.9 5.7 7.2 洛杉矶磨耗
损失 / % ≤28.00 19.2 14.5 8.7 ]
表3 细集料性能指标试验结果
Table 3 Performance index test results of fine aggregate
[测试项目 规范标准 数值 表观相对密度 ≥2.500 2.672 含泥量 / % ≤3.0 2.5 砂当量 / % ≥60.0 68 棱角性 / s ≥30.0 39.6 ]
1.1.3 级配 本文采用级配类型为AC-13型，级配曲线见图3。采用马歇尔设计方法，确定沥青混合料的最佳油石比为4.76%。
<G:\武汉工程大学\2026\第1期\王 栋-3.tif>[0.075 0.300 1.180 2.360 4.750 9.500 13.200 16.000
筛孔粒径 / mm][100
80
60
40
20
0][通过百分率 / %][级配上限
级配下限
合成级配
]
图3 AC-13型沥青混合料级配曲线
Fig. 3 Aggregate gradation of AC-13
1.2 试样制备
1.2.1 BRA 改性沥青的制备 首先将70#基质沥青加热至流淌状态（135?℃），然后置于155?℃的油浴锅中保温，同时掺入BRA粉末并搅拌。当BRA粉末全部添加后，通过高速剪切仪制备BRA改性沥青，剪切温度为155?℃，剪切速率为2?500?r/min，剪切时间为40?min。将1-1#、1-2#、1-3#、1-4#、1-5#五种不同粒径BRA粉末制得的改性沥青分别命名为BRA-1、BRA-2、BRA-3、BRA-4、BRA-5。基于现有的文献研究[13-14]，选择10%、20%、30%、40%作为BRA的掺量。
1.2.2 BRA灰分沥青胶浆的制备 BRA中灰分的质量分数约占71.8%，为便于与BRA改性沥青对比，故BRA灰分的掺量依次为7%、14%、21%、28%。将2-1#、2-2#、2-3#、2-4#、2-5#5种粒径的BRA灰分所制得的改性沥青胶浆分别命名为A-1、A-2、A-3、A-4、A-5。
1.3 试验方法
1.3.1 沥青性能试验
（1）物理性能试验 对沥青的延度、针入度、软化点进行检测，其中针入度试验温度为25?℃。延度试验温度为15?℃，拉伸速率为5?cm/min。
（2）流变性能试验
通过动态流变剪切试验得到不同粒径的BRA改性沥青和BRA灰分沥青胶浆的复合剪切模量（G*）和相位角（δ），采用开裂因子G*cos2δ/sinδ评价沥青的低温性能。开裂因子越小，表示其低温性能越好[14]。
（3）四组分试验
通过四组分试验可得到沥青中不同组分的质量占比，而沥青的四组分与沥青路面性能有着密切的关系。沥青中的轻质成分为饱和分和芳香分，可以使沥青变软，增强其低温延展性。沥青中的重质成分为胶质和沥青质，其中胶质可以增强沥青的黏结性、可塑性，对沥青的延展性产生积极作用。沥青质能提高沥青的黏结性和热稳定性，沥青质和胶质的含量越高，沥青就会变得越硬，软化点就越高。通过不同组分的比例研究不同粒径BRA及BRA灰分对沥青低温性能的影响。
1.3.2 沥青混合料低温性能试验
（1）低温弯曲小梁试验
首先将轮碾成型的车辙板切割成长250?mm、宽30?mm、高35?mm的棱柱体小梁试件，然后将试件放置于（-10.0±0.5）?℃的保温箱中保温5?h，通过UTM-100万能试验机进行试验，加载速率为50?mm/min，记录试件破坏时的跨中挠度，采用最大弯拉应变评价沥青混合料的低温性能，最大弯拉应变越大，表示其低温性能越好[15]。
（2）半圆弯曲试验
首先采用旋转压实设备成型直径150?mm，高度50?mm的圆形试样，沿试样直径方向切割为2个半圆试样并进行切缝处理，然后将试样放置于（-10.0±0.5）?℃的保温箱中保温5?h，最后以UTM-100万能试验机进行试验，加载速率为50?mm/min，记录试件破坏时的最大荷载和垂直方向总位移，采用断裂能评价沥青混合料的低温抗裂性能，断裂能越大，说明其破坏需要的能量越大，低温性能越好。
2 结果与分析
2.1 沥青性能
2.1.1 物理性能 图4为不同粒径的BRA改性沥青及BRA灰分沥青胶浆的延度试验结果。由图4可知，BRA或BRA灰分会降低基质沥青的延度。在相同掺量下，BRA改性沥青与BRA灰分沥青胶浆的延度均会随着粒径的增大而降低。在相同粒径下，BRA改性沥青和BRA灰分沥青胶浆的延度会随着掺量的增加而降低，且BRA改性沥青的延度均低于BRA灰分沥青胶浆。上述结果表明BRA和BRA灰分均会降低基质沥青的低温延展性，且相较于BRA灰分，BRA的掺入对沥青低温性能的影响更大。
图5为不同粒径的BRA改性沥青及BRA灰分沥青胶浆的针入度试验结果。由图5可知，BRA或BRA灰分的掺入会降低基质沥青的针入度。在相同掺量下，BRA改性沥青或BRA灰分沥青胶浆的针入度与粒径大小之间的规律不明显，BRA-5和A-5的针入度最小。在相同粒径下，BRA改性沥青和BRA灰分沥青胶浆的针入度会随掺量的增加而降低，表明BRA与BRA灰分均会导致基质沥青的稠度增大。
<G:\武汉工程大学\2026\第1期\王 栋-5-2.tif><G:\武汉工程大学\2026\第1期\王 栋-5-1.tif>[0 10 20 30 40
掺量 / %][80
70
60
50
40
30][针入度 / 0.1 mm][BRA-1
BRA-3
BRA-5
][BRA-2
BRA-4
][（a）][0 7 14 21 28
掺量 / %][75
70
65
60
55
50][针入度 / 0.1 mm][A-1
A-3
A-5
][A-2
A-4
][（b）]
图5 25?℃时BRA改性沥青（a）与BRA灰分沥青胶浆（b）的针入度
Fig. 5 Penetration of BRA modified asphalt (a) and BRA ash asphalt mortar (b) at 25?℃
图6为不同粒径的BRA改性沥青及BRA灰分沥青胶浆的软化点试验结果。由图6可知，BRA及BRA灰分的掺入均会提高基质沥青的软化点。在相同掺量下，BRA改性沥青与BRA灰分沥青胶浆的软化点均会随着粒径的增大而降低。在相同粒径下，BRA改性沥青和BRA灰分沥青胶浆的软化点均随掺量的增加而增大，且BRA改性沥青的软化点均高于BRA灰分沥青胶浆。由此可知，BRA与BRA灰分粒径越小，改性沥青的高温性能越好，且相较于BRA灰分，BRA对沥青高温性能的作用更显著。
2.1.2 低温流变性能 以基质沥青、10%掺量、40%掺量的BRA-1~BRA-5和7%掺量、28%掺量的A-1~A-5为研究对象，测试其-10、0、10、20、30?℃下的复数剪切模量以及相位角，并计算各个温度下的开裂因子，以评价不同粒径BRA及BRA灰分对沥青低温性能的影响。试验结果如图7所示。
由图7可知，相同温度下，BRA改性沥青与BRA灰分沥青胶浆的开裂因子均随其掺量的增加而增大，这表明BRA与BRA灰分均会降低基质沥青的低温性能；此外，在相同粒径、相同温度的条件下，BRA改性沥青的开裂因子均高于BRA灰分沥青胶浆，表明BRA对沥青低温性能的不利影响较BRA灰分更明显。
2.1.3 四组分 选取基质沥青、40%掺量的BRA-1和BRA-5、28%掺量的A-1和A-5进行四组分试验，试验结果见图8。由图8可知，BRA改性沥青与BRA灰分沥青胶浆的饱和分与芳香分含量均小于基质沥青；在相同粒径下，BRA改性沥青中的饱和分与芳香分含量均低于BRA灰分沥青胶浆，表明BRA与BRA灰分的掺入均会使基质沥青变硬，即低温性能变差，且BRA对基质沥青低温性能的不利影响更显著。
相同粒径下，BRA改性沥青的胶质含量均低于BRA灰分沥青胶浆，表明相较于BRA灰分，BRA对基质沥青低温性能的负面影响更明显。此外，BRA改性沥青、BRA灰分沥青胶浆的胶质含量随粒径的增大而降低，表明粒径越大，BRA改性沥青、BRA灰分沥青胶浆的低温性能越差。
由图8可知，40%掺量的BRA-1沥青质含量高于28%掺量的A-1和基质沥青的沥青质含量，40%掺量的BRA-5沥青质含量高于28%掺量的A-5和基质沥青的沥青质含量。由于BRA包含约70%的灰分和30%的沥青质，因此，在相同掺量下，BRA灰分沥青胶浆与基质沥青的沥青质含量均小于BRA改性沥青。
2.2 沥青混合料低温性能
以40%掺量BRA作为研究对象，通过低温弯曲小梁试验、半圆弯曲试验，以探究不同粒径BRA对沥青混合料低温性能的影响。将5.5、10.7、13.0、16.8、74.0?μm的BRA制得的沥青混合料，依次命名为B-1、B-2、B-3、B-4、B-5。不同粒径BRA改性沥青混合料的低温性能试验结果如图9所示。随着BRA粒径的增大，BRA改性沥青混合料的弯拉应变呈降低的趋势，表明沥青混合料的低温抗裂性随着BRA粒径的增大而降低，这与BRA对改性沥青低温性能的影响规律相似。相较于B-5，B-2、B-4与B-3的弯拉应变更为接近，表明B-2、B-3、B-4三种沥青混合料的低温抗裂性能较为接近，且均优于B-5。此外，BRA改性沥青混合料的断裂能均小于基质沥青，且随着BRA粒径的增大而降低。这也表明BRA的掺入会使沥青混合料的低温抗裂性变差，且BRA改性沥青混合料的低温抗裂性会随着BRA粒径的增大而降低。
3 结 语
（1）相同掺量下，BRA改性沥青和BRA灰分沥青胶浆的低温性能随粒径增大而降低，且BRA对沥青低温性能的负面作用较BRA灰分更为明显。
（2）BRA改性沥青混合料的低温性能随着BRA粒径的增大而降低，这与BRA对沥青低温性能的影响规律相似。
（3）由于BRA粒径越小，其加工成本也越高。兼顾其低温性能和经济性，推荐选择16.8?μm的BRA用于制备改性沥青及沥青混合料。