布敦巖天然瀝青的配合比設計、施工及經濟價值分析

丁海燕

摘要：布敦巖瀝青作為天然的優質瀝青，通過人工開采和加工后，同傳統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計理論進行了布敦巖瀝青凝土配合比設計，結合路面工程實例，證明布敦巖天然瀝青能提高瀝青混合料的強度、抗疲勞應力和抗永久變形能力。

關鍵詞：布敦巖瀝青；配合比設計；瀝青混合料；瀝青路面；路面工程 文獻標識碼：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）盛產于南太平洋東南部的布敦島，是一種因為地下石油不斷從地殼中滲出，并且滲入到巖石、山體的裂縫中，再經由長年累月的蒸發及凝固而形成的一種天然瀝青材料。布敦巖瀝經過挖掘和粉碎后會形成含油狀淺褐色微細顆粒，瀝青含量約為20%～30%，剩余成分是石灰巖類礦物質。

2 布敦巖天然瀝青的特點

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，溫度高時瀝青路面易產生車轍，溫度低時瀝青路面易產生開裂，故我國規范規定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時是有少量蠟存在的，但經過再地殼中與其他條件的長期作用，造成蠟質成分轉換成其他形式

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，改性性能越優越。當它與基質瀝青混合，溶入基質瀝青后，在小分子和120℃的高溫作用下，會造成巖瀝青大膠束的破裂，使其迸發出許多活性點，而破裂的膠束迸發出的這些活性點會立即被小分子結合所填充，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的抗水損壞能力。

3 BMA混合料的配合比設計

3.1 原材料

本配合比選用句容茅迪產玄武巖集料、南京五木礦業生產的礦粉、殼牌AH-70瀝青，各項試驗指標均滿足我國現行規范JTG F40-2004中技術要求。

3.2 配合比設計

試驗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，按內摻20%比例進行粗、中、細三種級配組成

試驗。

根據設計經驗擬用油石比6.0%成型試件，測定各項馬歇爾試驗指標，從試驗結果來看中級配各項指標最好，因選擇中級配為設計級配。

設計級配確定后，分別采用4種不同油石比（5.5%、6.0%、6.5%、7.0%）進行馬歇爾試驗（兩面各擊實75次，溫度為165℃～170℃）根據設計級配混合料油石比與密度、穩定度、流值、空隙率、礦料間隙率及飽和度關系曲線確定最佳油石比為6.0%。

3.3 配合比設計檢驗

根據上述設計結果，分別進行低溫抗裂性試驗、動穩定度車轍試驗、凍融劈裂試驗和48h浸水馬歇爾試驗殘留穩定度試驗，以檢驗其改性效果，具體試驗數據

如下：

表1 高溫穩定性試驗結果

試驗指標 試驗結果 技術要求

馬歇爾穩定度（kN） 15.24 ≮7.50

流值（0.1mm） 30.2 20～50

動穩定度（次/0.1mm） 3965 ≮3000

表2 低溫抗裂性試驗結果

試驗指標 試驗結果 技術要求

破壞強度（MPa） 8.24 —

破壞應變?ε 3126 ≮3000

破壞勁度模量（MPa） 2619 —

表3 馬歇爾殘留穩定度試驗結果

馬歇爾

穩定度（kN） 48小時后浸水馬歇爾穩定度（kN） 殘留穩定度比

（%） 技術要求

（%）

15.03 14.26 94.9 ≮85

表4 凍融劈裂比試驗結果

未經凍融強度（MPa） 凍融后強度（MPa） 凍融強度比（%） 技術要求

（%）

1.68 1.54 91.7 ≮85

表5 謝倫堡瀝青析漏試驗結果

試驗條件 瀝青析漏損失（%） 技術標準

185℃ 1 2 3 平均

0.05 0.05 0.07 0.06 <0.1

表6 肯塔堡飛散試驗結果

試驗條件 瀝青混合料飛散損失（%） 技術標準

20℃±0.5℃/30～33rmin

的速度旋轉300轉 1 2 3 平均

4.7 4.9 4.3 4.6 <15

試驗結果顯示，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，馬歇爾穩定度和動穩定度比基質瀝青高出許多。除此之外，BMA瀝青混合料的凍融劈裂強度比和常溫劈裂強度也有提高，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配工藝并不復雜，只需要拌和樓上加上一套類似于礦粉上料系統的升送喂料系統，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，從而最終達到改性的目的和作用。本試驗項目通過對鎮江寧滬高速管理處大院內200米路段進行試鋪，本路段經常通過裝有瀝青混合料的重載車，通過實驗可以得出較好效果，施工方法具體如下：（1）根據拌和樓每盤混合料的總質量，準確稱量所需的巖瀝青，可用纖維投放機式機器自動投放，也可以人工按劑量投放；（2）首先，在加熱時，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，以確保混合料和布敦巖瀝青充分混合均勻。再次，將混合料與布敦巖瀝青均勻混合料后，把基質瀝青加入其中拌和，拌和時間和普通瀝青混凝土的拌和時間是一樣的。最后，瀝青混合料的出料應該穩定控制在170℃左右；（3）其余和普通瀝青混凝土施工工序一樣。試驗路完工后，我們對其進行了質量檢查和評定：試驗結果均符合規范要求，試驗路面表面集料顆粒分部均勻且平整密實，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、特立尼達湖瀝青、國內加工的SBS改性瀝青和進口的SBS改性瀝青等四種瀝青進行成本分析，為更好地推廣應用改性瀝青給大家一些參考建議。對比數據如表7：

表7 改性瀝青成價格本分析

改性劑

品種 布敦巖

瀝青 特立尼達湖

瀝青 國產加工SBS 進口成品SBS

劑量（%） 內摻20 內摻25 外摻5

單價（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（元/t） 1800 1800 1800 —

減少細料用量（%） 4 — — —

1t改性瀝青加工費（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品。

6 結語

經過以上的各項數據分析可以總結以下三點：（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范中夏季炎熱區動穩定度大于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性。實驗數據顯示路面經過凍融循環以后，劈裂強度基本上沒有損失，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行了試驗分析，通過試驗結果并且結合相關的實際工程案例，我們可以初步做出如下結論：（1）巖瀝青的各項指標基本上均符合規范要求；（2）摻加巖瀝青后，瀝青混凝土的水穩性、高溫穩定性、低溫抗裂性等各項指標均有一定提升，性質也變得非常穩定，和基質瀝青混和后不會產生離析，同時還可以與其他改性劑（SBR、SBS等）進行復合改性，使瀝青具有更強的綜合性能；（3）摻配巖瀝青的施工工藝優勢是它較為簡便，易操作，投資少，其產品性質同其他的聚合物改性技術相比較為穩定，但是必須在混合料溫度較高時碾壓，才能夠保持較好的效果，且不需要增加碾壓次數。總體來說，摻配巖瀝青的施工工藝不僅可以降低道路造價成本，還可以提高道路質量和使用壽命，經濟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。

參考文獻

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[4] 杜群樂，王慶凱，王國清.布敦巖改性瀝青路用性能評價的研究[J].公路，2005，（8）.

（責任編輯：黃銀芳）endprint