布敦岩天然沥青的配合比设计、施工及经济价值分析

丁海燕

摘要：布敦岩沥青作为天然的优质沥青，通过人工开采和加工后，同传统使用的沥青混合料掺配使用，能改善路面的使用性能。文章通过对印尼布敦岩沥青的分析研究，借鉴美国高性能沥青路面的设计理论进行了布敦岩沥青凝土配合比设计，结合路面工程实例，证明布敦岩天然沥青能提高沥青混合料的强度、抗疲劳应力和抗永久变形能力。

关键词：布敦岩沥青；配合比设计；沥青混合料；沥青路面；路面工程 文献标识码：A

中图分类号：U414 文章编号：1009-2374（2015）13-0164-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.082

1 BMA简介

布敦岩沥青（BMA）盛产于南太平洋东南部的布敦岛，是一种因为地下石油不断从地壳中渗出，并且渗入到岩石、山体的裂缝中，再经由长年累月的蒸发及凝固而形成的一种天然沥青材料。布敦岩沥经过挖掘和粉碎后会形成含油状浅褐色微细颗粒，沥青含量约为20%～30%，剩余成分是石灰岩类矿物质。

2 布敦岩天然沥青的特点

2.1 不含蜡

普通道路石油沥青一般都含有一定成分的蜡含量，蜡的存在将降低沥青的黏附性和塑性，且极具温度敏感性，温度高时沥青路面易产生车辙，温度低时沥青路面易产生开裂，故我国规范规定A级道路石油沥青含蜡量不大于2.2%，超过为不合格品，不能使用。布敦岩沥青在原油状态时是有少量蜡存在的，但经过再地壳中与其他条件的长期作用，造成蜡质成分转换成其他形式

存在。

2.2 具有“半聚合”的作用

天然岩沥青的分子量较大（7500～8800），分子量越大，活性越高，改性性能越优越。当它与基质沥青混合，溶入基质沥青后，在小分子和120℃的高温作用下，会造成岩沥青大胶束的破裂，使其迸发出许多活性点，而破裂的胶束迸发出的这些活性点会立即被小分子结合所填充，形成半聚合的作用。

2.3 耐候性较好

将普通沥青混合料加入布敦岩沥青后可以在其道路表面形成一层致密的保护膜，从而能极大改善沥青路面抗腐蚀性和耐久性，抗老化作用明显，可以达到延长道路使用年限的目的。

2.4 含氮量高

在布敦岩天然沥青中，含有较丰富的氮元素（一般为1.5%左右），高出普通沥青的几倍，使沥青混凝土路面具有较强的抗水损坏能力。

3 BMA混合料的配合比设计

3.1 原材料

本配合比选用句容茅迪产玄武岩集料、南京五木矿业生产的矿粉、壳牌AH-70沥青，各项试验指标均满足我国现行规范JTG F40-2004中技术要求。

3.2 配合比设计

试验用布敦岩沥青配制了SMA-13的沥青混凝土，由于布敦岩天然沥青中含有20.2%的沥青，其余79.8%为矿物质，按内掺20%比例进行粗、中、细三种级配组成

试验。

根据设计经验拟用油石比6.0%成型试件，测定各项马歇尔试验指标，从试验结果来看中级配各项指标最好，因选择中级配为设计级配。

设计级配确定后，分别采用4种不同油石比（5.5%、6.0%、6.5%、7.0%）进行马歇尔试验（两面各击实75次，温度为165℃～170℃）根据设计级配混合料油石比与密度、稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率及饱和度关系曲线确定最佳油石比为6.0%。

3.3 配合比设计检验

根据上述设计结果，分别进行低温抗裂性试验、动稳定度车辙试验、冻融劈裂试验和48h浸水马歇尔试验残留稳定度试验，以检验其改性效果，具体试验数据

如下：

表1 高温稳定性试验结果

试验指标 试验结果 技术要求

马歇尔稳定度（kN） 15.24 ≮7.50

流值（0.1mm） 30.2 20～50

动稳定度（次/0.1mm） 3965 ≮3000

表2 低温抗裂性试验结果

试验指标 试验结果 技术要求

破坏强度（MPa） 8.24 —

破坏应变?ε 3126 ≮3000

破坏劲度模量（MPa） 2619 —

表3 马歇尔残留稳定度试验结果

马歇尔

稳定度（kN） 48小时后浸水马歇尔稳定度（kN） 残留稳定度比

（%） 技术要求

（%）

15.03 14.26 94.9 ≮85

表4 冻融劈裂比试验结果

未经冻融强度（MPa） 冻融后强度（MPa） 冻融强度比（%） 技术要求

（%）

1.68 1.54 91.7 ≮85

表5 谢伦堡沥青析漏试验结果

试验条件 沥青析漏损失（%） 技术标准

185℃ 1 2 3 平均

0.05 0.05 0.07 0.06 <0.1

表6 肯塔堡飞散试验结果

试验条件 沥青混合料飞散损失（%） 技术标准

20℃±0.5℃/30～33rmin

的速度旋转300转 1 2 3 平均

4.7 4.9 4.3 4.6 <15

试验结果显示，在普通沥青混合料中加入布敦沥青BMA后，混合料的耐高温性能得到很大提高，马歇尔稳定度和动稳定度比基质沥青高出许多。除此之外，BMA沥青混合料的冻融劈裂强度比和常温劈裂强度也有提高，说明其抗水损害和抗裂性能都得到了改善。

4 布敦天然沥青混合料的施工工艺

布敦岩沥青混合料调配工艺并不复杂，只需要拌和楼上加上一套类似于矿粉上料系统的升送喂料系统，即可在拌和混凝土过程中直接作为一种材料加入拌和楼，使得石油与沥青混合均匀，从而最终达到改性的目的和作用。本试验项目通过对镇江宁沪高速管理处大院内200米路段进行试铺，本路段经常通过装有沥青混合料的重载车，通过实验可以得出较好效果，施工方法具体如下：（1）根据拌和楼每盘混合料的总质量，准确称量所需的岩沥青，可用纤维投放机式机器自动投放，也可以人工按剂量投放；（2）首先，在加热时，必须确保矿料的加热温度控制在190℃～200℃之间。其次，将布敦岩沥青加入到矿料中先干拌5～10秒钟，以确保混合料和布敦岩沥青充分混合均匀。再次，将混合料与布敦岩沥青均匀混合料后，把基质沥青加入其中拌和，拌和时间和普通沥青混凝土的拌和时间是一样的。最后，沥青混合料的出料应该稳定控制在170℃左右；（3）其余和普通沥青混凝土施工工序一样。试验路完工后，我们对其进行了质量检查和评定：试验结果均符合规范要求，试验路面表面集料颗粒分部均匀且平整密实，也没有裂缝、搓板、脱落、掉渣等问题，效果良好。endprint

5 布敦岩沥青的控制成本分析

以下将把印尼布敦岩沥青、特立尼达湖沥青、国内加工的SBS改性沥青和进口的SBS改性沥青等四种沥青进行成本分析，为更好地推广应用改性沥青给大家一些参考建议。对比数据如表7：

表7 改性沥青成价格本分析

改性剂

品种 布敦岩

沥青 特立尼达湖

沥青 国产加工SBS 进口成品SBS

剂量（%） 内掺20 内掺25 外掺5

单价（元/t-1） 1500 6280 12600 3300

1t混合料需沥青（kg） 50 50 50 50

改性剂用量（kg） 布敦岩沥青50

石油沥青40 特立尼达湖沥青12.5

石油沥青37.5 SBS2.38

石油沥青47.62 50

石油沥青单价（元/t） 1800 1800 1800 —

减少细料用量（%） 4 — — —

1t改性沥青加工费（元） 直接投入 100 500

1t沥青混合料中沥青总成本（元） 130.4 160.0 140.7 165.0

通过上述分析，掺加岩沥青的沥青混凝土成本明显低于其他同类产品。

6 结语

经过以上的各项数据分析可以总结以下三点：（1）在沥青混合料中掺配布敦岩沥青可以有效提高其耐高温性，掺配20%的敦岩沥青即可满足路面施工规范中夏季炎热区动稳定度大于3000次/mm的要求；（2）在沥青混合料中掺配布敦岩沥青可以更好地改善沥青混合料的水稳性。实验数据显示路面经过冻融循环以后，劈裂强度基本上没有损失，掺配布敦岩沥青还可以加大路面劈裂强度；（3）掺配布敦岩沥青可以大幅改善沥青混合料的低温性能，可以满足冬寒区改性沥青不小于2800μm的要求。

以上对岩沥青和沥青混凝土的性能进行了试验分析，通过试验结果并且结合相关的实际工程案例，我们可以初步做出如下结论：（1）岩沥青的各项指标基本上均符合规范要求；（2）掺加岩沥青后，沥青混凝土的水稳性、高温稳定性、低温抗裂性等各项指标均有一定提升，性质也变得非常稳定，和基质沥青混和后不会产生离析，同时还可以与其他改性剂（SBR、SBS等）进行复合改性，使沥青具有更强的综合性能；（3）掺配岩沥青的施工工艺优势是它较为简便，易操作，投资少，其产品性质同其他的聚合物改性技术相比较为稳定，但是必须在混合料温度较高时碾压，才能够保持较好的效果，且不需要增加碾压次数。总体来说，掺配岩沥青的施工工艺不仅可以降低道路造价成本，还可以提高道路质量和使用寿命，经济效益与社会效益都非常显著，因此掺配岩沥青的施工工艺值得广泛推广。

参考文献

[1] 董志伟.印尼布敦岩沥青（BRA）在路面工程中的应用研究[J].山西交通科技，2004，（1）.

[2] 陈旭，姜开明.布敦岩沥青改性沥青混凝土配合比设计[J].山东交通学院学报，2005，13（2）.

[3] 王联芳.布敦岩沥青混合料路用性能研究[J].石油沥青，2006，20（1）.

[4] 杜群乐，王庆凯，王国清.布敦岩改性沥青路用性能评价的研究[J].公路，2005，（8）.

（责任编辑：黄银芳）endprint