丁海燕

摘要：布敦巖瀝青作為天然的優(yōu)質(zhì)瀝青，通過人工開采和加工后，同傳統(tǒng)使用的瀝青混合料摻配使用，能改善路面的使用性能。文章通過對印尼布敦巖瀝青的分析研究，借鑒美國高性能瀝青路面的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了布敦巖瀝青凝土配合比設(shè)計(jì)，結(jié)合路面工程實(shí)例，證明布敦巖天然瀝青能提高瀝青混合料的強(qiáng)度、抗疲勞應(yīng)力和抗永久變形能力。

關(guān)鍵詞：布敦巖瀝青；配合比設(shè)計(jì)；瀝青混合料；瀝青路面；路面工程 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U414 文章編號：1009-2374（2015）13-0164-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.082

1 BMA簡介

布敦巖瀝青（BMA）盛產(chǎn)于南太平洋東南部的布敦島，是一種因?yàn)榈叵率筒粩鄰牡貧ぶ袧B出，并且滲入到巖石、山體的裂縫中，再經(jīng)由長年累月的蒸發(fā)及凝固而形成的一種天然瀝青材料。布敦巖瀝經(jīng)過挖掘和粉碎后會形成含油狀淺褐色微細(xì)顆粒，瀝青含量約為20%～30%，剩余成分是石灰?guī)r類礦物質(zhì)。

2 布敦巖天然瀝青的特點(diǎn)

2.1 不含蠟

普通道路石油瀝青一般都含有一定成分的蠟含量，蠟的存在將降低瀝青的黏附性和塑性，且極具溫度敏感性，溫度高時(shí)瀝青路面易產(chǎn)生車轍，溫度低時(shí)瀝青路面易產(chǎn)生開裂，故我國規(guī)范規(guī)定A級道路石油瀝青含蠟量不大于2.2%，超過為不合格品，不能使用。布敦巖瀝青在原油狀態(tài)時(shí)是有少量蠟存在的，但經(jīng)過再地殼中與其他條件的長期作用，造成蠟質(zhì)成分轉(zhuǎn)換成其他形式

存在。

2.2 具有“半聚合”的作用

天然巖瀝青的分子量較大（7500～8800），分子量越大，活性越高，改性性能越優(yōu)越。當(dāng)它與基質(zhì)瀝青混合，溶入基質(zhì)瀝青后，在小分子和120℃的高溫作用下，會造成巖瀝青大膠束的破裂，使其迸發(fā)出許多活性點(diǎn)，而破裂的膠束迸發(fā)出的這些活性點(diǎn)會立即被小分子結(jié)合所填充，形成半聚合的作用。

2.3 耐候性較好

將普通瀝青混合料加入布敦巖瀝青后可以在其道路表面形成一層致密的保護(hù)膜，從而能極大改善瀝青路面抗腐蝕性和耐久性，抗老化作用明顯，可以達(dá)到延長道路使用年限的目的。

2.4 含氮量高

在布敦巖天然瀝青中，含有較豐富的氮元素（一般為1.5%左右），高出普通瀝青的幾倍，使瀝青混凝土路面具有較強(qiáng)的抗水損壞能力。

3 BMA混合料的配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

本配合比選用句容茅迪產(chǎn)玄武巖集料、南京五木礦業(yè)生產(chǎn)的礦粉、殼牌AH-70瀝青，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均滿足我國現(xiàn)行規(guī)范JTG F40-2004中技術(shù)要求。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)用布敦巖瀝青配制了SMA-13的瀝青混凝土，由于布敦巖天然瀝青中含有20.2%的瀝青，其余79.8%為礦物質(zhì)，按內(nèi)摻20%比例進(jìn)行粗、中、細(xì)三種級配組成

試驗(yàn)。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)擬用油石比6.0%成型試件，測定各項(xiàng)馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)，從試驗(yàn)結(jié)果來看中級配各項(xiàng)指標(biāo)最好，因選擇中級配為設(shè)計(jì)級配。

設(shè)計(jì)級配確定后，分別采用4種不同油石比（5.5%、6.0%、6.5%、7.0%）進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)（兩面各擊實(shí)75次，溫度為165℃～170℃）根據(jù)設(shè)計(jì)級配混合料油石比與密度、穩(wěn)定度、流值、空隙率、礦料間隙率及飽和度關(guān)系曲線確定最佳油石比為6.0%。

3.3 配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)結(jié)果，分別進(jìn)行低溫抗裂性試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和48h浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其改性效果，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如下：

表1 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)指標(biāo) 試驗(yàn)結(jié)果 技術(shù)要求

馬歇爾穩(wěn)定度（kN） 15.24 ≮7.50

流值（0.1mm） 30.2 20～50

動(dòng)穩(wěn)定度（次/0.1mm） 3965 ≮3000

表2 低溫抗裂性試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)指標(biāo) 試驗(yàn)結(jié)果 技術(shù)要求

破壞強(qiáng)度（MPa） 8.24 —

破壞應(yīng)變?ε 3126 ≮3000

破壞勁度模量（MPa） 2619 —

表3 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

馬歇爾

穩(wěn)定度（kN） 48小時(shí)后浸水馬歇爾穩(wěn)定度（kN） 殘留穩(wěn)定度比

（%） 技術(shù)要求

（%）

15.03 14.26 94.9 ≮85

表4 凍融劈裂比試驗(yàn)結(jié)果

未經(jīng)凍融強(qiáng)度（MPa） 凍融后強(qiáng)度（MPa） 凍融強(qiáng)度比（%） 技術(shù)要求

（%）

1.68 1.54 91.7 ≮85

表5 謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)條件 瀝青析漏損失（%） 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

185℃ 1 2 3 平均

0.05 0.05 0.07 0.06 <0.1

表6 肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)條件 瀝青混合料飛散損失（%） 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

20℃±0.5℃/30～33rmin

的速度旋轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn) 1 2 3 平均

4.7 4.9 4.3 4.6 <15

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在普通瀝青混合料中加入布敦瀝青BMA后，混合料的耐高溫性能得到很大提高，馬歇爾穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青高出許多。除此之外，BMA瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比和常溫劈裂強(qiáng)度也有提高，說明其抗水損害和抗裂性能都得到了改善。

4 布敦天然瀝青混合料的施工工藝

布敦巖瀝青混合料調(diào)配工藝并不復(fù)雜，只需要拌和樓上加上一套類似于礦粉上料系統(tǒng)的升送喂料系統(tǒng)，即可在拌和混凝土過程中直接作為一種材料加入拌和樓，使得石油與瀝青混合均勻，從而最終達(dá)到改性的目的和作用。本試驗(yàn)項(xiàng)目通過對鎮(zhèn)江寧滬高速管理處大院內(nèi)200米路段進(jìn)行試鋪，本路段經(jīng)常通過裝有瀝青混合料的重載車，通過實(shí)驗(yàn)可以得出較好效果，施工方法具體如下：（1）根據(jù)拌和樓每盤混合料的總質(zhì)量，準(zhǔn)確稱量所需的巖瀝青，可用纖維投放機(jī)式機(jī)器自動(dòng)投放，也可以人工按劑量投放；（2）首先，在加熱時(shí)，必須確保礦料的加熱溫度控制在190℃～200℃之間。其次，將布敦巖瀝青加入到礦料中先干拌5～10秒鐘，以確?；旌狭虾筒级貛r瀝青充分混合均勻。再次，將混合料與布敦巖瀝青均勻混合料后，把基質(zhì)瀝青加入其中拌和，拌和時(shí)間和普通瀝青混凝土的拌和時(shí)間是一樣的。最后，瀝青混合料的出料應(yīng)該穩(wěn)定控制在170℃左右；（3）其余和普通瀝青混凝土施工工序一樣。試驗(yàn)路完工后，我們對其進(jìn)行了質(zhì)量檢查和評定：試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范要求，試驗(yàn)路面表面集料顆粒分部均勻且平整密實(shí)，也沒有裂縫、搓板、脫落、掉渣等問題，效果良好。endprint

5 布敦巖瀝青的控制成本分析

以下將把印尼布敦巖瀝青、特立尼達(dá)湖瀝青、國內(nèi)加工的SBS改性瀝青和進(jìn)口的SBS改性瀝青等四種瀝青進(jìn)行成本分析，為更好地推廣應(yīng)用改性瀝青給大家一些參考建議。對比數(shù)據(jù)如表7：

表7 改性瀝青成價(jià)格本分析

改性劑

品種 布敦巖

瀝青 特立尼達(dá)湖

瀝青 國產(chǎn)加工SBS 進(jìn)口成品SBS

劑量（%） 內(nèi)摻20 內(nèi)摻25 外摻5

單價(jià)（元/t-1） 1500 6280 12600 3300

1t混合料需瀝青（kg） 50 50 50 50

改性劑用量（kg） 布敦巖瀝青50

石油瀝青40 特立尼達(dá)湖瀝青12.5

石油瀝青37.5 SBS2.38

石油瀝青47.62 50

石油瀝青單價(jià)（元/t） 1800 1800 1800 —

減少細(xì)料用量（%） 4 — — —

1t改性瀝青加工費(fèi)（元） 直接投入 100 500

1t瀝青混合料中瀝青總成本（元） 130.4 160.0 140.7 165.0

通過上述分析，摻加巖瀝青的瀝青混凝土成本明顯低于其他同類產(chǎn)品。

6 結(jié)語

經(jīng)過以上的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析可以總結(jié)以下三點(diǎn)：（1）在瀝青混合料中摻配布敦巖瀝青可以有效提高其耐高溫性，摻配20%的敦巖瀝青即可滿足路面施工規(guī)范中夏季炎熱區(qū)動(dòng)穩(wěn)定度大于3000次/mm的要求；（2）在瀝青混合料中摻配布敦巖瀝青可以更好地改善瀝青混合料的水穩(wěn)性。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示路面經(jīng)過凍融循環(huán)以后，劈裂強(qiáng)度基本上沒有損失，摻配布敦巖瀝青還可以加大路面劈裂強(qiáng)度；（3）摻配布敦巖瀝青可以大幅改善瀝青混合料的低溫性能，可以滿足冬寒區(qū)改性瀝青不小于2800μm的要求。

以上對巖瀝青和瀝青混凝土的性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析，通過試驗(yàn)結(jié)果并且結(jié)合相關(guān)的實(shí)際工程案例，我們可以初步做出如下結(jié)論：（1）巖瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)基本上均符合規(guī)范要求；（2）摻加巖瀝青后，瀝青混凝土的水穩(wěn)性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等各項(xiàng)指標(biāo)均有一定提升，性質(zhì)也變得非常穩(wěn)定，和基質(zhì)瀝青混和后不會產(chǎn)生離析，同時(shí)還可以與其他改性劑（SBR、SBS等）進(jìn)行復(fù)合改性，使瀝青具有更強(qiáng)的綜合性能；（3）摻配巖瀝青的施工工藝優(yōu)勢是它較為簡便，易操作，投資少，其產(chǎn)品性質(zhì)同其他的聚合物改性技術(shù)相比較為穩(wěn)定，但是必須在混合料溫度較高時(shí)碾壓，才能夠保持較好的效果，且不需要增加碾壓次數(shù)?？傮w來說，摻配巖瀝青的施工工藝不僅可以降低道路造價(jià)成本，還可以提高道路質(zhì)量和使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益與社會效益都非常顯著，因此摻配巖瀝青的施工工藝值得廣泛推廣。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint