不同掺量TLA改性沥青及其混合料路用性能研究

2016-09-14植豪文

公路与汽运 2016年4期

关键词：基质低温比例

植豪文

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东佛山 528041）

不同掺量TLA改性沥青及其混合料路用性能研究

植豪文

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东佛山 528041）

以壳牌70号沥青为基质沥青，采用不同掺配比例特立尼达湖沥青（TLA）对其改性制备TLA改性沥青，对改性沥青进行常规性能指标与流变性能分析，结果表明掺配比例为0、20%、25%、30%、35%的TLA改性沥青的使用性能分级分别为PG64-22、PG70-22、PG76-22、PG76 -16、PG76-16；制备AC-20型TLA改性沥青混合料并对其进行路用性能分析，结果表明TLA改性沥青混合料具有良好的高温抗车辙能力和水稳定性，且随着TLA掺配比例的增加不断提高，同时低温性能有所不足，但控制TLA掺配比例在25%以内可保证其低温性能；综合TLA改性沥青性能与TLA改性沥青混合料路用性能，最佳TLA掺配比例为25%。

公路；特立尼达湖沥青（TLA）；TLA改性沥青；PG分级；路用性能

特立尼达湖沥青（TLA）为天然沥青，它是经过成千上万年的氧化、无机物触媒、微生物细菌等综合作用下所形成，其物理化学性质非常稳定，具有良好的高温稳定性及抗氧化能力等。其软化点达93～99℃，沥青质含量高且蜡含量极低，主要包括地沥青与矿物灰分及少部分有机物与水。TLA与石油沥青有很好的配伍性，因而可作为基质沥青优良的改性剂使用。在国外，TLA改性沥青已使用超过一个世纪，主要应用于重交通路段与机场跑道等。国内在公路建设初期对TLA的应用较少，但随着基质沥青与改性沥青价格的上升，TLA作为一种优良的改性剂开始大量应用于机场、公路及桥面铺装等建设中，北京首都国际机场、江阴长江大桥及在建的港珠澳大桥都大量使用TLA改性沥青。目前国内对TLA改性沥青的研究不够系统与全面。该文利用不同掺配比例TLA对70号基质沥青进行改性并探究其技术性能，同时对TLA改性沥青混合料进行配合比设计并研究其路用性能，为TLA改性沥青的推广应用提供科学依据。

1　TLA改性沥青性能分析

1.1原材料

采用壳牌70号沥青作为基质沥青，TLA及基质沥青的技术指标分别见表1、表2，检测结果均符合JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求。

1.2TLA改性沥青常规指标分析

采用0、20%、25%、30%、35%TLA掺配比例（TLA掺配量与改性沥青的质量比）与基质沥青配伍，采用针入度、软化点与当量软化点表征TLA改性沥青的高温性能，采用针入度指数表征其温度敏感性，采用延度与当量脆点表征其低温性能，检测结果见表3。

表1　TLA的技术性能指标

表2　壳牌70号沥青的技术性能指标

表3　TLA改性沥青的常规指标

从表3可看出：与基质沥青相比，TLA改性沥青的针入度降低，软化点与当量软化点增高，且随着掺配比例的增加变化幅度加剧，说明TLA可有效改善基质沥青的高温抗变形能力，且随着掺配比例的增加而提高；针入度指数随着TLA掺配比例的增加不断增大，表明改性沥青的温度敏感性得到很大改善；延度与当量脆点随着掺配比例的增大而降低，表明TLA的加入会影响基质沥青的低温性能，降低改性沥青的延展能力，这主要是由于TLA内含有大量矿物灰分，影响了改性沥青的延度。

1.3TLA改性沥青流变性能分析

采用动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验分析改性沥青的高温与低温流变性能，探究改性沥青的PG使用性能分级，检测结果见表4。采用布洛克菲尔德旋转粘度试验研究其高温流动性，结果见图1。

图1　不同TLA掺配比例改性沥青135℃粘度值

表4　不同掺配比例TLA改性沥青的流变性能

从表4可看出：无论是原样沥青还是RTFOT后沥青，其车辙因子均随着TLA掺配比例的增大而增大；根据Superpave规范关于沥青PG分级高温等级的判决条件，掺配比例为0、20%、25%、30%、35%的TLA改性沥青高温分级分别为64、70、76、76、76℃，掺配比例25%、30%、35%时TLA改性沥青的高温分级比基质沥青高出2个等级，表明TLA可有效提高基质沥青的高温稳定性，且随着掺配比例的增加而提高。蠕变劲度随着掺配比例的增大而提高，蠕变速率则随着掺配比例的增大而下降，且小于基质沥青；根据Superpave规范关于沥青PG分级低温等级的判决条件，掺配比例为0、20%、25%、30%、35%的TLA改性沥青低温等级分别为-22、-22、-22、-16和-16℃，表明随着TLA掺配比例的增大，TLA改性沥青的低温性能有所下降，但掺配比例小于25%时，低温等级与基质沥青大致相同。

粘度表示沥青流动性的程度，粘度大的沥青在车辆荷载作用下的变形较小，高温抗车辙能力较强。从图1可看出：TLA改性沥青的粘度随着掺配比例的增加而增加，表明TLA可有效提高基质沥青的粘度，改善弹性恢复能力和高温抗车辙性能，但粘度过大会影响施工和易性。

综上，TLA的加入可提高基质沥青的高温稳定性，但同时会导致低温性能有所降低。TLA掺配比例在25%时，高温与低温综合性能最好，且拥有较好的施工和易性，建议TLA改性沥青采用25%掺配比例。由于中国幅员辽阔，环境差异较大，应根据工程当地环境气候，结合使用要求与造价预算综合确定TLA掺配比例。

2　TLA改性沥青混合料配合比设计

选用玄武岩集料，检测结果符合JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求；基质沥青选用壳牌70号沥青，TLA改性沥青掺配比例分别为0、20%、25%、30%、35%，基质沥青与TLA改性沥青的技术指标见表2、表3。沥青混合料级配采用AC-20型，级配组成见表5。

根据JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，按照配合比设计制作马歇尔试件进行试验，测定不同沥青用量下试件密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度及流值等技术指标，确定0、20%、25%、30%、35%掺配比例TLA改性沥青混合料的最佳油石比分别为4.1%、4.5%、4.6%、4.6%、4.7%。

表5　AC-20沥青混合料的级配

3　TLA改性沥青混合料路用性能研究

根据最佳油石比和混合料级配制作试件对TLA改性沥青混合料进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能研究。

3.1高温稳定性

采用车辙试验分析沥青混合料的高温稳定性，以动稳定度为评价指标，试验结果见表6。

表6　不同掺配比例TLA改性沥青混合料车辙试验结果

由表6可知：基质沥青经过TLA改性后，混合料的动稳定度大幅提高，而且随着TLA掺配比例的增大而增加，说明TLA可有效提高沥青混合料的高温抗车辙能力。

3.2低温抗裂性

采用小梁弯曲试验对TLA改性沥青混合料的低温抗裂性进行分析评价，以弯曲应变与弯拉强度为评价指标，试验温度为-10℃，加载速率为50 mm/min，试验结果见表7。

由表7可知：TLA的加入可提高TLA改性沥青的弯拉强度，且随掺配比例的增大而增高；但弯曲应变随着掺配比例的增大先增大后减小，当掺配比例小于25%时与基质沥青相当，大于25%时小于基质沥青，这与TLA改性沥青低温性能分析规律一致，说明TLA的加入对沥青混合料低温性能有少许影响，但控制TLA掺配比例在25%以内可保证其低温性能。