布敦岩天然沥青工程应用技术指南.docx

1、布敦岩天然沥青工程应用技术指南 布敦岩天然沥青路面工程应用技术指南北京天和嘉业商贸有限公司前 言随着我国高等级公路建设的迅猛发展，改性沥青在我国公路路面工程中得到了普遍应用，其中最普遍的是SBS改性沥青。BRA天然沥青具有较好的抗车辙性能、抗水损坏性能和抗老化性能，同时改性工艺简单，性能稳定，在国外得到广泛应用，近年来在我国路面工程中应用逐渐增多。2000年，由交通部公路科学研究所作为技术支持的印度尼西亚布敦岩（以下简称BRA）天然沥青进入我国公路建设市场。我国现行公路沥青路面施工技术规范(JTG F402008)关于改性沥青的技术标准只是针对聚合物改性沥青提出的，而对于布敦岩沥青这样的天然沥

2、青改性沥青却缺乏相应的技术规定，如：BRA天然沥青及其改性沥青技术标准改性沥青混合料技术要求；材料要求；配合比设计；施工技术；质量检验方法等均未涉及，使得工程中使用布敦岩沥青缺乏技术依据，缺少质量保证与管理控制手段。2005年，交通部批准了西部交通建设科技项目岩沥青资源开发与路用性能研究（2005 31822305），由交通部公路科学研究院承担，对天然沥青的路用性能，工程应用技术问题等进行研究，本指南主要依据该科技项目的成果编写，同时借鉴了国内外有关岩沥青工程应用的经验和技术标准。总体上我国天然沥青工程应用还不多，时间也较短，尚处于起步阶段，技术标准还很不完善，本指南会随着工程实践经验的总结积

3、累和科研工作的深入不断臻于完善。1、概述1.1 掺加BRA天然沥青对基质沥青进行改性，通常可以提高沥青路面的高温抗车辙性能、抗水损坏性能、抗老化性能和混合料的强度。为了在工程应用中制定技术科学、经济合理的技术方案，提高和控制施工质量，特编写本指南。1.2本指南在借鉴国外相关技术规范，国内外工程应用经验的基础上，主要根据交通部西部交通建设科技项目岩沥青资源开发与路用性能研究科研成果编写。1.3本指南适用于不同等级公路路面应用国内外不同种类BRA天然沥青的情况。1.4除本技术指南规定外，还应参照和执行公路沥青路面施工技术规范（JTG F402008）等现行规范。说明：本部分说明了本指南的编写目的、

4、依据、适用范围与其他规范标准的关系等。1.1 BRA天然沥青在国外路面工程有较多应用，长期的工程实践表明天然沥青通常就有较好的抗车辙性能、抗水损坏能力、抗老化性能和较高的强度。BRA岩沥青常年与自然环境共存，性能非常稳定，国外研究认为其路面性能主要有以下几个特点；BRA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；BRA天然沥青氮原子含量高，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；BRA天然沥青抗老化能力强，抗微生物侵蚀作用很强，耐候性好，沥青路面更耐久；BRA天然沥青是固体颗粒状材料，改性工艺简单，施工方便；BRA天然沥青是一种天然条件下生成的

5、高分子化合物，与基质沥青相容性好，稳定无离析。近年来，随着我国高等级公路建设的迅猛发展，国外BRA天然沥青纷纷进入我国公路建设市场。但是，我国现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F402008），其中对BRA天然沥青应用仅仅提出了原则性的意见：“天然沥青的质量要求是根据其品种参照相关标准和成功的经验执行”，对BRA天然沥青的适用条件、有关技术标准、沥青混合料技术要求与设计、施工技术、质量检验方法等均未涉及，使得工程中应用BRA天然沥青缺乏技术依据，缺少质量保证与管理控制手段。1.2本指南编制的主要依据是交通部西部交通建设科技项目岩沥青资源开发与路用性能研究（2005 31822305）的研究

6、成果，包括对国外岩沥青技术标准和规范的调研，国内外开展的早期研究和工程测试，我国自2000年以来BRA天然沥青铺筑路面的性能调查等。1.3在西部项目研究中，不仅主要研究了新疆乌尔禾岩沥青，而且对我公司BRA天然沥青，北美岩沥青，四川青川岩沥青等进行了研究。其中青川岩沥青由于不愿提供样品，进行实验研究相对较少。研究中对不同种类的岩沥青路用性能进行了比较，并参考了国外工程应用的施工经验。1.4我国现行技术规范（JTG F402008） 虽然没有具体的关于BRA天然沥青材料、配合比设计、施工技术质量检验等方面的规定，但勿庸置疑，摻加岩沥青是目前诸多沥青改性技术方案中的一种，现行规范有关于改性沥青施工

7、的技术要求和原则等是通用的。2、术语、符号与代号2.1天然沥青 石油在自然界长期受地壳挤压、变化，并与空气、水接触逐渐变化而行成的，以天然状态存在的石油沥青，其中有的混有一定比例的矿物质。按形成的环境可以分为湖沥青、岩沥青、海沥青、油页岩等。2.2岩沥青 岩沥青是石油在岩石夹缝经过长达亿万年的沉积、变化、再热、压力、氧化、触媒、细菌的综合作用下生成的沥青类物质。岩沥青是天然沥青中的一种。2.3岩沥青改性岩沥青通常不直接使用，而是作为化工炼制沥青的改性材料，将岩沥青与基质沥青混合、摻配，改善基质沥青的路用性能。2.4 BRA Buton Rock Asphalt的词首字母缩写，是印度尼西亚苏拉威

8、西省布敦岛产的BRA天然沥青。2.5 SBS 苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物,英文为Styrene_Butadiene_Styrene Block Copolymer。2.6“干法” 工艺dry Process在沥青混合料拌和锅进行矿料干拌时，将岩沥青作为改性剂投入拌和锅，适当延长拌和时间制备岩沥青改性混合料，称为“干法”工艺。3、路面工程中适用BRA岩沥青的情况3.1一般情况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，尤其是存在重载交通和慢速交通条件；或工程项目所处地区有高温和多雨气候条件；或工程项目所处地区的现有路面存在较多的车辙、推移等变形类病害问题

9、。3.2从交通荷载条件考虑，路面工程中适用BRA岩沥青的情况包括：1）道路存在重载交通条件；2）道路存在高轮压荷载条件，如矿区，港口地区的交通荷载；3）慢速交通路段，如山区公路上坡路段，经常出现交通拥堵的道路；4）水平荷载作用较多的路段，如道路的交叉路口、收费站附近、公交车站、急转弯路段；5）其他情况的路面，如桥面沥青铺装层、寒冷地区因防滑钉导致出现磨耗性车辙的道路；3.3 BRA岩沥青适用的气候条件包括夏炎热区和夏热区；或年降雨量800mm以上的气候区使用；在冬季严寒区应用时必须要经过论证和室内试验检验。3.4 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

10、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。3.5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。说明：3.1本条说明了BRA天然沥青应用于路面工程时总体上的使用条件，即重载交通 、慢速交通、高温地区、多雨地区和现有路面工程变形病害较多的情况。3.2本条具体说明了适合使用BRA天然沥青的交通荷载情况，其依据不仅考虑了西部项目的研究成果，也参考了国内外BRA天然沥青工程应用的实际路用性能和经验，尤其是长期性能的使用情况。3.3本条具体说明了BRA天然沥青应用于路面工程时所适用的气候条件。根据沥青路面使用性能气候分区，BRA天

11、然沥青适用的气候条件按以下情况考虑：1）适于最热月平均最高气温（高温分区指标）20以上的气候区，即夏炎热区和夏热区；2）多雨地区，如年降雨量800mm以上的气候区等。根据PG分级的低温性能指标略有下降。根据目前研究成果，暂不推荐在极端最低气温37以下的气候区使用，如冬严寒区。3.3 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。3.4 根据室内测得的试验数据，BRA天然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

12、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。4、材料4.1天然沥青4.1.1 不同的天然沥青产品按表4.1-1要求控制质量。表 4.1-1 岩沥青产品质量标准项目岩沥青种类新疆岩沥青山东岩沥青GilsoniteBRA颜色黑色黑色黑色褐色或黑色砂、泥土等杂质含量（）小于1含水量（）小于1小于3%灰分（）小于2小于10小于26575三氯乙烯溶解度（）大于98大于85大于97大于18密度（g/cm）1.000沥青四组分实测岩沥青成分波动性要求：不同批次样品灰分含量差小于24.1.2 规格与粒径对于以“干法”工艺使用的BRA天然沥青，其规格组成宜符合表 4.1-2 要求；表 4

13、.1-2“干法”工艺使用的岩沥青产品规格要求4.75mm通过率100%2.36mm通过率90%100%0.6mm通过率10%30%4.1.3包装BRA天然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；包装净质量应考虑施工使用的便利性。4.2 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 F40-2008)的技术要求。4.3 粗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 F40-2008)的技术要求。4.4 细集料细集料技术指标，应符合现行技术规范公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2008)的要求，对于高速

14、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。4.5 填料填料应干燥、洁净，符合现行技术规范公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2008)的要求，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。在粗集料粘附性不符合要求时，可考虑添加抗剥落剂，通常添加消石灰，消石灰的添加量占矿粉量的40以下。说明：4.1 由于BRA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。因为BRA天然沥青质量稳定性直接影响改性沥青混合料性能的稳定性，而且对施工方法和技术方案确定也有影响。BRA天然沥青的稳定性包括原材料成分、性质和加工质

15、量稳定性等，在施工质量管理中应予以关注和控制。施工方式不同对BRA天然沥青加工规格的要求也不同。对于直接以添加剂方式投入到拌和锅使用的BRA天然沥青，如果加工BRA岩沥青的颗粒较细，则在使用时容易造成粉末飞扬。如果岩沥青产品的颗粒较粗，则易导致拌和分散困难，改性效果下降。5、施工机械设备5.1当BRA天然沥青使用“干法”施工工艺时，问歇式沥青混合料拌和机宜配备两个带独立计量装置的矿粉仓，或配备自动控制的螺旋推进系统控制岩沥青的自动添加，尤其是大规模施工条件下；当不具备上述条件或小规模施工，或断续使用BRA天然沥青改性混合料时，可考虑在拌和锅设投料口，此情况下应安装响铃装置和监控设备。5.2 对

16、高速、一级公路，宜配备5台用于沥青路面施工的压路机，其中钢轮振动式压路机、胶轮压路机不少于2台。对于低等级公路，则优先配备钢轮振动式压路机或钢轮压路机。其他施工设备应符合现行技术规范的要求。说明：本条说明了沥青路面工程中使用BRA天然沥青时，“干法”工艺对施工设备的要求，从而保证BRA天然沥青改性混合料施工质量的稳定性。6、试验检测仪器按现行规范配备性能良好、精度符合规定的试验检测仪器，包括测试BRA天然沥青灰分含量的高温炉。对BRA天然沥青改性混合料的沥青含量试验，宜优先使用燃烧法测定；当对沥青混合料的抗车辙性能有较高要求时，现场应配置车辙成型仪和车辙试验机，从而进行车辙试验检测动稳定度。说

17、明：对工程上确定使用BRA天然沥青产品，其品质也可能随开采位置等不同而发生一定程度的变化，应在工程中进行监测，灰分是一个较好的指标。根据实际试验数据，岩沥青改性混合料沥青含量测定采用高温燃烧法较好，试验结果稳定可靠，且比较环保。7、配合比设计7.1 BRA天然沥青改性掺加量1) 初步确定布敦岩天然沥青掺量BRA天然沥青掺量的初步选择考虑以下几个因素：BRA岩沥青的品种、矿物质含量和四组分组成；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；根据工程项目的气候和交通设计条件进行适当的调整；使用层位、费用成本等因素。无工程应用经验时按下表推荐使用，并结合项目情况、BRA岩

18、沥青材料测试情况进行适当调整。表 7.1-1 推荐的BRA天然沥青改性掺加量岩沥青种类掺加量范围典型掺加量备注BRA354以沥青混合料为基数2）根据目标配合比试验数据调整BRA岩沥青掺加量根据初定BRA天然沥青掺量的目标配合比设计数据，分析掺加BRA天然沥青后混合料的马歇尔强度、水稳性、高温稳定性等性能检验结果，综合混合料技术要求和经济性分析，进一步调整确定工程用BRA天然沥青掺量。有条件时，应以初步选定的BRA天然沥青掺量为中心，进行3个不同BRA岩沥青掺量的沥青混合料性能试验，优化确定。7.2 BRA天然沥青改性混合料设计要求BRA天然沥青改性混合料的设计技术要求应满足下表要求，其中反映沥

19、青混合料抗车辙性能的动稳定度指标、反映低温抗裂性能的弯曲试验破坏应变指标，则根据工程项目的交通荷载、气候条件等情况进行适当调整。表7.2-1 BRA天然沥青改性混合料技术性能要求试验项目单 位技术要求备 注马歇尔试件击实次数次75马歇尔试验稳定度， 不小于KN8.0马歇尔试验流值mm1.54.0残留稳定度， 不小于%80冻融劈裂强度比， 不小于%80动稳定度， 不小于次/mm18002800根据气候条件弯曲试验破坏应变，不小于25003000根据气候条件渗水系数， 不大于ml/min120注：体积指标设计要求按现行技术规范表7.22 BRA天然沥青改性混合料抗车辙性能要求气候条件夏炎热区夏热区

20、夏凉区动稳定度（次/mm）280024001800表7.23布敦岩沥青改性混合料低温弯曲试验破坏应变技术要求气候条件冬寒区冬冷区冬温区破坏应变（）2800250025007.3 目标配合比设计方法BRA天然沥青改性混合料目标配合比设计方法：首先按常规马歇尔试验方法进行基质沥青（即不掺加BRA天然沥青）混合料的配合比设计，包括原材料的检验、沥青混合料级配确定、最佳油石比确定和性能检验。然后对于确定的普通沥青混合料最佳油石比，降低00.2作为BRA天然岩沥青改性混合料的最佳油石比，并以BRA天然沥青改性混合料技术性能要求为依据，进行各种性能检验。7.4 BRA天然沥青改性混合料室内试验的试件制备对

21、于“干法”方式，先将预热的目标级配集料加入室内试验用的小拌和机中，然后按掺配比例将BRA天然沥青加入拌和锅中拌和40s，再加入基质沥青拌和80s，然后单独加入矿粉再拌和80s，最后将拌制好的混合料按照压实温度进行试件的成型工作，其中各环节温度控制可见下表。表7.4-1 BRA天然沥青室内试验时的温度控制矿料加热温度180190沥青加热温度150160沥青混合料拌和温度170175拌和好沥青混合料温度165170试件击实温度1551607.5 生产配合比设计与验证生产配合比设计按现行规范进行。生产配合比进行试拌、铺筑时，应重点检验“干法”工艺拌制沥青混合料质量的稳定性，并取料进行车辙试验、浸水马

22、歇尔等性能试验。根据油石比检验结果分析沥青用量的波动，使用核子密度仪比选不同压实工艺，优化确定压实方案和压实遍数。说明：7.2 BRA天然沥青改性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，本指南对BRA天然沥青改性混合料的设计要求、步骤等进行了适当调整，混合料设计性能应满足工程项目的交通荷载、气候条件等实际情况需要。8、施工8.1 准备工作对下承层基面提前检查、评定，洒布粘层；BRA天然沥青材料的运输和储存必须做到防水；对一线施工人员进行详细的技术交底和培训；对“干法”工艺应提前

23、试验，作到工艺稳定；进行对比试验标定燃烧法测试沥青用量的修正系数。8.2生产8.2.1“干法”工艺1) 当沥青混合料拌和楼存在两个矿粉仓时，可将符合质量标准的BRA天然沥青提升到其中一个独立的矿粉仓中。2) 按生产配合比确定各种材料的用量参数，输入控制拌和楼的计算机，设置温度、时间的工艺参数。3) 按如下程序拌和生产BRA天然沥青改性混合料：计量好的集料先进入拌和锅，然后把计量好的BRA岩沥青也进入拌和锅，以保证矿料与BRA岩沥青颗粒均匀混合。干拌时间与普通沥青混合料的拌和时间一样。干拌结束后，将基质沥青喷入进行“湿拌”，湿拌时间可与现行规范时间保持一样。4) 拌和后的混合料应均匀地裹覆沥青，

24、无花白料、无结团成块或严重的粗细料分离现象，根据现场拌和效果对初定的干拌和湿拌时间进行检查和调整。5) BRA天然沥青改性混合料的生产温度按下表控制。表8.2.1 BRA天然沥青改性混合料生产温度控制(单位)工艺环节控制温度备 注沥青加热温度150160矿料加热温度180190拌和好的混合料温度165175超过190废弃混合料运输到场温度不低于160注：拌和温度和碾压温度宜经粘温曲线检验（但粘温曲线对岩沥青等改性沥青的适用性还值得探讨）。6)当沥青混合料拌和楼无两个矿粉仓时，也可以采用其他机械或人工等方式将提前计量好的BRA天然沥青直接投入拌和锅。但必须保证投放时机，在喷入基质沥青前通过高温矿

25、料的剪切作用将岩沥青熔融分散。当采用人工方式投放时，应在投放口设置摄像头和投放提示铃，于控制室进行视频监控和铃声提醒，以保证投放准确和稳定，避免多投、漏投或投放时间偏差过大，投放的BRA天然沥青应提前称量和分装。8.3 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。为防止沥青与车厢板粘结，车厢侧板和底板涂一层隔离剂（如植物油和水的混合物)，不得有余液聚在车厢底部。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。8.4 摊铺采用两

26、台摊铺机成梯队作业进行全幅摊铺，两台摊铺机相隔间距24m。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2.04.0m/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铺速度。摊铺机应对沥青混合料进行较好地初步振实。摊铺温度与松铺厚度紧跟摊铺机测量，并予以记录，摊铺后沥青混合料温度控制宜在155以上，松铺系数经试铺确定。粘层如有损坏，必须在损坏部位进行人工补洒后方可施工。摊铺前摊铺机熨平板加热温度应在100以上。摊铺过程中要派人在摊铺机后巡查，如果有离析等异常现象要及时分析原因，采取措施予以处理，或暂停施工，重新

27、进行工艺试验。当路面温度低于5、气温低于10时或大风天气时，禁止摊铺。表 8.4-1 BRA天然沥青改性混合料现场施工温度控制(单位)到场温度160摊铺温度155初压温度150，紧跟摊铺机复压温度紧跟初压终压温度表面90说明：1.气温较低或有风天气宜提高 5;2.内部温度使用插入式温度计（水银温度计或热电偶温度计)，表面温度以标定后的红外测温设备为准。8.5 碾压BRA天然沥青的粘附性较好，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

28、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。说明：本部分说明了BRA天然沥青改性混合料的施工技术，其中重点是混合料的拌制生产。西部项目研究中对干法和湿法都进行了试验，结果表明在合理控制的条件下，两种方法都可以达到预期的效果，且BRA天然沥青改性工艺简单、易操作。比较而言，湿法工艺对设备有一定要求，干法施工更加方便、经济，首先在矿料温度较高的条件下熔融岩沥青，减少了基质沥青的老化；然后在沥青混合料搅拌的同时完成了分散剪切，减少了一道工序，降低了成本。BRA天然沥青改性混合料的温度控制与普通沥青混合料明显不同。BRA天然沥青混合料的拌和温度

29、比普通道路石油沥青要高1020。9、质量控制与管理9.1 原材料的质量控制颜色、杂质含量等在施工中随时目测，每30吨岩沥青进行筛分、含水量和灰分试验一次，每100吨岩沥青进行一次全面质量检测。基质沥青、集料和矿粉等的质量检验按现行技术规范执行。9.2 沥青混合料生产的质量控制BRA天然沥青改性混合料生产的质量控制管理与其他沥青混合料基本相同，高速及一级公路应按下表执行。表 9.2-1 BRA天然沥青改性混合料生产的质量控制要求(高速、一级公路)检测项目频 率质量标准试验方法外 观随 时均匀、色泽亮、无花白料、离析、油团目 测混合料成品温度逐车检测评定165175自动检测与打印、存储混合料温度波

30、动逐盘测量记录，每天标准差评定标准差小于5自动检测与打印、存储级配检查1每日2次NMAS与0.075mm：1.52.36，4.75mm：3其他筛孔：4T0725抽提或燃烧法级配检查2逐盘在线检测NMAS与0.075mm：12.36，4.75mm：2其他筛孔：3自动检测与打印、存储油石比检查1每日2次0.3燃烧法或T0722油石比检查2逐盘在线检测0.2自动检测与打印、存储最大理论密度每日1次实测记录T0711实验室试件空隙率每日2次与设计偏差1T0702、T0709实验室试件VMA每日2次与设计偏差1T0702、T0709马歇尔试验稳定度、流值每日2次符合设计要求T0702、T0709马歇尔残留稳定度每2日1次符合设计要求T0702、T0709车辙试验每日1次符合设计要求T0719低温弯曲实验必要时符合设计要求T0715热料仓筛分结果每2日1次实际测定T0302