BRA岩沥青施工技术研究
作者：王幸
摘要：为了在工程应用中制定技术科学、经济合理的技术方案，提高和控制BRA岩沥青施工质量，本文借鉴国内外有关岩沥青工程应用的经验和技术标准，力求解决BRA岩沥青在使用过程中设计与施工相关的技术问题，使其能够在国内道路工程建设中获得广泛应用。
关键词：BRA岩沥青；施工技术；改性沥青；路面设计
近年来，随着我国高等级公路建设的迅猛发展，国外天然岩沥青纷纷进入我国公路建设市场，如北美硬沥青Gilsonite，印度尼西亚苏拉威西省布敦岛产的天然岩沥青BRA（Buton Rock Asphalt）。在我国新疆的克拉玛依地区、四川青川等地，也发现了储量丰富的天然岩沥青矿，天然沥青主要以岩石沥青(rock asphalt)、湖沥青(1ake asphalt)、砂石沥青(sand asphalt)和沥青岩(asphaltite)等形式存在，布敦天然岩沥青便是岩石沥青中最具代表性的一。大量研究与工程实践表明，将BRA作为改性剂掺入道路石油沥青后，能有效改善基质沥青的高温抗车辙性能、粘附性以及抗老化性能、抗水损坏性能，同时BRA与基质沥青有着极好的相容性，且改性工艺简单、价格便宜，在与SBS、湖沥青等同类产品的试验和应用对比中，其性价比表现最佳。有关BRA岩沥青的研究国外起步较早，并在高速公路、城市主干道、停车场、机场跑道和桥面铺装中得到广泛的应用。但对于BRA改性沥青及其混合料尚无一套较为完善的施工技术规范和质量评价体系，为了更好的将BRA岩沥青应用与沥青路面的铺面工程中，本文将进一步研究其材料组成设计及施工技术。
1 BRA岩沥青的技术性质
岩沥青常年与自然环境共存，性能非常稳定，国外研究认为其性能主要有以下几个特点：①BRA岩沥青软化点高，一般在160℃以上，用其改性可显著提高沥青路面的高温稳定性；②BRA岩沥青氮原子含量高，且氮原子以官能团形式存在，可显著提高沥青路面的抗水损坏能力；③BRA岩沥青抗老化能力强，抗微生物侵蚀作用很强，耐候性好，沥青路面更耐久；④BRA岩沥青是固体颗粒状材料，改性工艺简单，施工方便；⑤BRA岩沥青是一种天然条件下生成的高分子化合物，与基质沥青相容性好，稳定无离析。
2 BRA岩沥青的使用范围
（1）除特别寒冷的地区外，通常有使用改性沥青要求的路面工程都可以考虑使用BRA岩沥青，即可适用于重载交通、慢速交通、高温地区、多雨地区和现有路面工程变形类病害较多的情况。
（2）BRA岩沥青的应用层位。对于3层沥青混凝土结构层组成的沥青路面，BRA岩沥青优先在中面层使用；对于2层沥青混凝土组成的沥青路面，BRA岩沥青优先在上面层使用。根据有关路面力学的分析计算数据和美国永久式沥青路面的研究成果，尤其是国内外发生车辙病害的大量工程调查，中面层所处位置是剪应力比较大的区域，需要路面材料具有更强的抗车辙性能。
（3）在路面结构设计或验算分析中，BRA岩沥青改性混合料的路面结构设计参数应通过实际试验测定。根据室内测得的试验数据，BRA岩沥青混合料的刚度和强度要显著高于基质沥青混合料，与SBS 改性沥青混合料的模量和强度也有所不同，因此在路面结构设计或验算分析应选用实际的设计参数，所以通过实际试验测定为宜。
3 材料
（1）BRA岩沥青
我国没有BRA岩沥青的质量标准，因此以印尼国家标准为参考。表1布敦岩沥青(BRA)产品质量标准。对于以“干法”工艺使用的BRA岩沥青，要求4.75mm通过率为100%，2.36ｍｍ通过率为90%～100%，0.6mm的通过率为10%～30%。另外，由于岩沥青是一种天然产品，其品质不同应用的技术方案也不同，但其质量要求必须稳定，BRA岩沥青质量稳定性直接影响改性沥青混合料性能的稳定，其稳定性主要包括原材料成分、性质和加工质量稳定性等。BRA岩沥青产品包装必须防水。对于干法施工，袋装可采用低密度聚乙烯塑料包装袋；包装净质量应考虑施工使用的便利性。
表1 BRA岩沥青产品质量标准
|
指标 |
印尼国家标准 |
|
天然沥青含量/% |
≥18 |
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灰分含量/% |
- |
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密度（15℃）/g/cm3 |
≥1.70 |
|
闪点/℃ |
≥230 |
|
含水量/% |
≤2.0 |
（2）基质沥青
基质沥青的技术指标，应符合现行规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的技术要求。
（3）集料
粗集料的技术指标，应符合现行技术规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求；细集料符合现行技术规范的要求，对于高速公路和一级公路，细集料应采用机制砂，且其中亚甲蓝值的技术标准为不大于1.5kg/g；填料应干燥、洁净，符合现行技术规范要求，储藏时禁止受潮。对高速、一级公路，拌和机回收的粉料禁止使用。
4 配合比设计
岩沥青改性沥青混合料与其他类型混合料配合比设计基本相同，包括目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段。与现行技术规范采用马歇尔试验方法进行配合比设计相适应。但是对BRA岩沥青改性混合料的设计步骤进行了适当的调整，混合料设计性能应满足工程项目的交通荷载、气候条件等情况需要。
（1）确定BRA岩沥青掺量
BRA岩沥青掺量的初步选择考虑以下几个因素：①BRA岩沥青的品种、矿物质含量和四组分组成；②已有工程使用技术经验，特别是本地区应用BRA岩沥青效果较好的工程典型案例；③根据工程项目的气候和交通设计条件进行适当的调整；④使用层位、费用成本等因素。BRA的推荐掺量为3%～5%，典型掺加量为4%（以沥青混合料为基数进行计算）。具体掺加量需要根据沥青混合料马歇尔强度、水稳定性、高低温稳定性等性能试验确定。
（2）采用“干法”工艺进行室内试验。
在沥青混合料拌合锅进行矿料干拌时，将岩沥青作为添加剂投入拌和锅，适当延长拌合时间制备岩沥青改性混合料，称为“干法”工艺。
由于BRA岩沥青中含有天然沥青和灰分，因此其配合比设计不同于一般沥青混合料。本部分针对BRA岩沥青的特点，提出了其配合比的适用公式。
设沥青混合料的质量是m1(g)，矿粉质量是m2(g)，油石比是p(%)，BRA岩沥青中纯沥青含量是a(%)，灰分含量是b(%)，BRA掺量是c(%)（此处BRA掺量是指BRA岩沥青质量与沥青混合料质量的百分比），那么：
BRA质量：m3= m1* c；BRA中纯沥青质量：ma= m3*a；BRA中灰分质量：mb=m3*b；沥青混合料中原来所需的基质沥青质量：
。在进行配合比设计时，BRA岩沥青中的天然沥青和灰分替代了部分基质沥青和矿粉，因此沥青混合料中实需的基质沥青质量和矿粉质量分别是：沥青混合料中实需的基质沥青质量m5= m4 - ma；沥青混合料中实需的矿粉质量m6= m2 – mb
在试验过程中，按上述公式分别计算出各种材料所需质量，然后将预热的目标级配集料加入室内试验用的小拌和机中，按掺配比例将岩沥青加入拌和锅中，拌和15～30s；再加入基质沥青拌和、制备试件，其中各环节温度控制为：矿料加热温度180-190℃，沥青加热温度150-160℃，沥青混合料拌合温度170-175℃，拌和好沥青混合料温度165-170℃，试件击实温度℃。最终配合比的确定同普通沥青混合料设计。
5 施工中的关键工艺控制
（1）运输。运料车应用篷布覆盖，用以保温、防雨、防污染，运料车到达现场后等本车混合料摊铺完后才可揭开保温篷布。到达现场时混合料温度不宜低于160℃。自卸汽车运输能力比拌和能力和摊铺速度有所富余，使用15t以上自卸汽车运输。开始摊铺时排在施工现场等候卸料的运料车不少于3辆。
（2）摊铺。采用两台摊铺机成梯队作业进行全幅摊铺，两台摊铺机相隔间距2～4m。根据拌和机拌和能力、施工机械配套情况及摊铺层厚度、宽度，经计算确定摊铺速度，宜控制在2.0～4.0m/min左右，保证摊铺机缓慢、均匀、连续不断地摊铺。摊铺过程中，不得出现停机待料或者随意更换摊速度。摊铺机应对沥青混合料进行较好地初步振实。
（3）碾压。BRA岩沥青的粘附性较好，使用轮胎式压路机易出现粘轮问题，因此应先用钢轮压路机碾压，并紧凑安排压实，压路机紧跟摊铺设备碾压，初始碾压温度要大于 150℃，然后进行复压、终压，碾压要消除表面轮迹。压实工艺组合与遍数应在试验段试铺时使用核子密度仪确定。碾压完毕后封闭交通，待路面温度在 50℃以下时可以通车。接缝处理等其他环节按现行技术规范执行。
6 结语
布敦岩沥青BRA是一种天然沥青，具有良好的耐久性、高温抗车辙、抗老化的工程特性，是极具工程应用潜力的材料。近年来，BRA以其优良的路用性能、简便的施工工艺及合理的价格备受人们关注。由于我国目前对布敦岩沥青BRA的研究较少，且未形成系统的技术规范，因此在一定程度上限制了其推广和应用。
参考文献
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