TLA改性沥青AC-25C型混合料路用性能研究

潘华良,易 强,许湛成,于发袂

(1.广西交通投资集团有限公司,广西 南宁 530022;2.广西交投科技有限公司,广西 南宁 531400;3.广西高速公路养护工程技术研究中心,广西 南宁 530007)

0 引言

沥青路面由于其优越的行车舒适性成为高等级公路常见的路面结构形式。广西山区夏季高温多雨且持续时间长,夏季路面最高温度可达到60 ℃,年降雨量达到2 000 ml,部分地区更是达到3 500 ml。因此如何提高沥青路面的高温稳定性,同时兼顾水稳定性已成为广西高速公路建设中重点关注的问题。

特立尼达湖沥青(TLA)是产于南美西印度群岛特立尼达境内的天然沥青,其含氮量高,因此湖沥青黏度较大、抗氧化性能强、与集料具有很好的粘附性,通过在基质沥青中添加湖沥青进行改性可有效提高沥青混合料的高温稳定性和抗水损害性能[1-3]。与其他聚合物改性剂相比,湖沥青和道路石油沥青相容性更好,因而在存储、运输过程中更加稳定、不容易出现分层、离析等现象,且采用湖沥青改性,制作过程简单,不需要特殊的加工设备,因而受到研究人员的广泛关注[4]。

国外对于湖沥青改性沥青的研究和应用较早[5-6],如美国、英国等国家均建立了关于湖沥青的技术规范。我国对湖沥青的研究虽然起步较晚,但也取得了十分丰富的研究成果,不少学者针对湖沥青的特点对湖沥青改性沥青混合料的配合比进行研究,针对各项目的实际情况完善配合比设计,指导湖沥青改性沥青成功应用于桥面铺装、高等级公路及机场等工程项目[7-9]。

本文通过室内试验,结合广西沥青路面配合比设计实际情况,以AC-25C为对象,选用TLA改性沥青和基质沥青进行混合料路用性能比较,分析TLA掺量、油石比对TLA改性沥青AC-25C型混合料(以下简称TLA改性沥青混合料)性能的影响规律,为广西TLA改性沥青混合料配合比设计、施工提供参考。

1 原材料性能

1.1 基质沥青

试验采用的基质沥青为壳牌70#A级道路石油沥青,其性能指标检测结果见表1。

表1 道路石油沥青技术性能的试验结果表

1.2 TLA

试验采用TLA的性能检测指标见表2。

表2 TLA技术性能的试验结果表

1.3 集料及填料

试验相关的集料选用广西桂柳改扩建工程项目下面层所用的集料,共六档规格,分别为22～28 mm碎石、11～22 mm碎石、6～11 mm碎石、3～6 mm碎石、0～3 mm机制砂,填料为石灰岩矿粉。试验结果如表3所示。

表3 粗、细集料及矿粉的试验结果表

1.4 TLA改性沥青制备

TLA改性沥青的制备过程为:先将TLA在155 ℃烘箱中预热15～16 h,道路石油沥青加热至135 ℃,然后用0.6 mm滤筛过滤掉TLA中的杂质,按照既定的比例投入高剪切混合乳化机,以5 000 r/min的速率搅拌30 min以上,搅拌温度控制在165 ℃±2 ℃,最后加工成TLA改性沥青。

2 TLA改性沥青混合料和基质沥青混合料路用性能分析

为了更好地对比分析TLA改性沥青混合料和基质沥青混合料的路用性能,参考桂柳改扩建工程项目AC-25C的配合比资料,本次TLA改性混合料及基质沥青混合料的级配设计尽可能采用相同级配,以减少级配的差异对沥青混合料性能的影响。在级配大致相同的情况下,确定沥青混合料的最佳油石比,在最佳油石比下验证基质沥青混合料和不同掺量TLA改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性。

2.1 AC-25C型基质和TLA改性沥青混合料配合比设计及性能分析

参考桂柳改扩建工程项目AC-25C的配合比资料,采用相近级配进行TLA改性沥青混合料级配设计,按±3%油石比进行生产配合比的马歇尔试验。根据马歇尔试验结果,并结合广西的气候特点和实际情况论证取用,得出最佳油石比。试验采用的级配曲线及最佳油石比见表4和图1。

图1 AC-25C型混合料级配对比曲线图

表4 AC-25C型混合料级配组成表

从图1可以看出基质沥青混合料和TLA改性沥青混合料两者采用的级配比较相近,关键筛孔4.75 mm的通过率相差较小,但是为了保证两个级配的空隙指标满足要求,TLA改性沥青混合料各档料的掺配比例中降低了3～5 mm规格的集料,同时TLA改性沥青级配中0.075 mm的通过率低于基质沥青。

通过室内试验发现,AC-25型TLA改性沥青混合料的最佳油石比比基质沥青混合料最佳油石比高0.3%,这主要是由于TLA混合料中含有部分矿物质造成的。

2.2 TLA掺量对混合料路用性能的影响分析

采用上述级配,分别对基质沥青混合料、掺量为20%、30%的TLA改性沥青混合料进行水稳定性和高温稳定性试验,相关的试验结果见表5～7及下页图2～3。

图2 不同TLA掺量的改性沥青混合料冻融劈裂强度比及浸水残留稳定度变化曲线图

图3 不同TLA掺量的改性沥青混合料动稳定度变化曲线图

表5 浸水马歇尔试验结果表

表6 冻融马歇尔试验结果表

表7 高温性能试验结果表

(1)TLA改性沥青混合料的最佳油石比较基质沥青混合料最佳油石比高0.3%,这主要是由于TLA中含有部分矿物质造成的。

(2)在采用相近级配曲线的情况下,TLA改性混合料的动稳定度较基质沥青明显提高,这是主要由于TLA中含有灰分,灰分沥青胶浆高温性能优于矿粉沥青胶浆,因而在经TLA改性后混合料的动稳定度明显提高。

(3)TLA改性沥青混合料的浸水残留稳定和冻融劈裂强度均优于基质沥青混合料。这是由于TLA中灰分的比表面积较大,且灰分的物理化学性质使其在TLA改性沥青混合料中起到类似抗剥落剂的作用[10],从而提高混合料的水稳定性。

(4)从表5～7和图2～3的试验结果还可以发现,在不同TLA掺量下,TLA改性沥青混合料的高温稳定性和低温性能出现一定的波动,30%掺量的TLA改性沥青混合料的高、低温性较20%掺量的TLA改性沥青混合料差。

3 结语

通过对不同掺量下的TLA改性沥青混合料和基质沥青混合料进行性能验证及分析,发现TLA改性沥青混合料最佳油石比略大于基质沥青混合料;TLA中灰分的存在,可显著改善TLA改性沥青混合料的水稳定性和高温稳定性;基于本文所用得级配及基质沥青,在TLA掺量为20%时,具有较好的高温稳定性和水稳定性,其中动稳定度较基质沥青混合料提高了84.7%,浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比均能达到规范中湿热地区改性沥青混合料的要求。