植豪文

（佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站，廣東佛山 528041）

不同摻量TLA改性瀝青及其混合料路用性能研究

植豪文

（佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站，廣東佛山 528041）

以殼牌70號(hào)瀝青為基質(zhì)瀝青，采用不同摻配比例特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）對(duì)其改性制備TLA改性瀝青，對(duì)改性瀝青進(jìn)行常規(guī)性能指標(biāo)與流變性能分析，結(jié)果表明摻配比例為0、20%、25%、30%、35%的TLA改性瀝青的使用性能分級(jí)分別為PG64-22、PG70-22、PG76-22、PG76 -16、PG76-16；制備AC-20型TLA改性瀝青混合料并對(duì)其進(jìn)行路用性能分析，結(jié)果表明TLA改性瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍能力和水穩(wěn)定性，且隨著TLA摻配比例的增加不斷提高，同時(shí)低溫性能有所不足，但控制TLA摻配比例在25%以內(nèi)可保證其低溫性能；綜合TLA改性瀝青性能與TLA改性瀝青混合料路用性能，最佳TLA摻配比例為25%。

公路；特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）；TLA改性瀝青；PG分級(jí)；路用性能

特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）為天然瀝青，它是經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)年的氧化、無(wú)機(jī)物觸媒、微生物細(xì)菌等綜合作用下所形成，其物理化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，具有良好的高溫穩(wěn)定性及抗氧化能力等。其軟化點(diǎn)達(dá)93～99℃，瀝青質(zhì)含量高且蠟含量極低，主要包括地瀝青與礦物灰分及少部分有機(jī)物與水。TLA與石油瀝青有很好的配伍性，因而可作為基質(zhì)瀝青優(yōu)良的改性劑使用。在國(guó)外，TLA改性瀝青已使用超過(guò)一個(gè)世紀(jì)，主要應(yīng)用于重交通路段與機(jī)場(chǎng)跑道等。國(guó)內(nèi)在公路建設(shè)初期對(duì)TLA的應(yīng)用較少，但隨著基質(zhì)瀝青與改性瀝青價(jià)格的上升，TLA作為一種優(yōu)良的改性劑開始大量應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、公路及橋面鋪裝等建設(shè)中，北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)、江陰長(zhǎng)江大橋及在建的港珠澳大橋都大量使用TLA改性瀝青。目前國(guó)內(nèi)對(duì)TLA改性瀝青的研究不夠系統(tǒng)與全面。該文利用不同摻配比例TLA對(duì)70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性并探究其技術(shù)性能，同時(shí)對(duì)TLA改性瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并研究其路用性能，為TLA改性瀝青的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1　TLA改性瀝青性能分析

1.1原材料

采用殼牌70號(hào)瀝青作為基質(zhì)瀝青，TLA及基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)分別見表1、表2，檢測(cè)結(jié)果均符合JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

1.2TLA改性瀝青常規(guī)指標(biāo)分析

采用0、20%、25%、30%、35%TLA摻配比例（TLA摻配量與改性瀝青的質(zhì)量比）與基質(zhì)瀝青配伍，采用針入度、軟化點(diǎn)與當(dāng)量軟化點(diǎn)表征TLA改性瀝青的高溫性能，采用針入度指數(shù)表征其溫度敏感性，采用延度與當(dāng)量脆點(diǎn)表征其低溫性能，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表1　TLA的技術(shù)性能指標(biāo)

表2　殼牌70號(hào)瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)

表3　TLA改性瀝青的常規(guī)指標(biāo)

從表3可看出：與基質(zhì)瀝青相比，TLA改性瀝青的針入度降低，軟化點(diǎn)與當(dāng)量軟化點(diǎn)增高，且隨著摻配比例的增加變化幅度加劇，說(shuō)明TLA可有效改善基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力，且隨著摻配比例的增加而提高；針入度指數(shù)隨著TLA摻配比例的增加不斷增大，表明改性瀝青的溫度敏感性得到很大改善；延度與當(dāng)量脆點(diǎn)隨著摻配比例的增大而降低，表明TLA的加入會(huì)影響基質(zhì)瀝青的低溫性能，降低改性瀝青的延展能力，這主要是由于TLA內(nèi)含有大量礦物灰分，影響了改性瀝青的延度。

1.3TLA改性瀝青流變性能分析

采用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)和彎曲梁流變?cè)囼?yàn)分析改性瀝青的高溫與低溫流變性能，探究改性瀝青的PG使用性能分級(jí)，檢測(cè)結(jié)果見表4。采用布洛克菲爾德旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)研究其高溫流動(dòng)性，結(jié)果見圖1。

圖1　不同TLA摻配比例改性瀝青135℃粘度值

表4　不同摻配比例TLA改性瀝青的流變性能

從表4可看出：無(wú)論是原樣瀝青還是RTFOT后瀝青，其車轍因子均隨著TLA摻配比例的增大而增大；根據(jù)Superpave規(guī)范關(guān)于瀝青PG分級(jí)高溫等級(jí)的判決條件，摻配比例為0、20%、25%、30%、35%的TLA改性瀝青高溫分級(jí)分別為64、70、76、76、76℃，摻配比例25%、30%、35%時(shí)TLA改性瀝青的高溫分級(jí)比基質(zhì)瀝青高出2個(gè)等級(jí)，表明TLA可有效提高基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性，且隨著摻配比例的增加而提高。蠕變勁度隨著摻配比例的增大而提高，蠕變速率則隨著摻配比例的增大而下降，且小于基質(zhì)瀝青；根據(jù)Superpave規(guī)范關(guān)于瀝青PG分級(jí)低溫等級(jí)的判決條件，摻配比例為0、20%、25%、30%、35%的TLA改性瀝青低溫等級(jí)分別為-22、-22、-22、-16和-16℃，表明隨著TLA摻配比例的增大，TLA改性瀝青的低溫性能有所下降，但摻配比例小于25%時(shí)，低溫等級(jí)與基質(zhì)瀝青大致相同。

粘度表示瀝青流動(dòng)性的程度，粘度大的瀝青在車輛荷載作用下的變形較小，高溫抗車轍能力較強(qiáng)。從圖1可看出：TLA改性瀝青的粘度隨著摻配比例的增加而增加，表明TLA可有效提高基質(zhì)瀝青的粘度，改善彈性恢復(fù)能力和高溫抗車轍性能，但粘度過(guò)大會(huì)影響施工和易性。

綜上，TLA的加入可提高基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致低溫性能有所降低。TLA摻配比例在25%時(shí)，高溫與低溫綜合性能最好，且擁有較好的施工和易性，建議TLA改性瀝青采用25%摻配比例。由于中國(guó)幅員遼闊，環(huán)境差異較大，應(yīng)根據(jù)工程當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候，結(jié)合使用要求與造價(jià)預(yù)算綜合確定TLA摻配比例。

2　TLA改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

選用玄武巖集料，檢測(cè)結(jié)果符合JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求；基質(zhì)瀝青選用殼牌70號(hào)瀝青，TLA改性瀝青摻配比例分別為0、20%、25%、30%、35%，基質(zhì)瀝青與TLA改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表2、表3。瀝青混合料級(jí)配采用AC-20型，級(jí)配組成見表5。

根據(jù)JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，按照配合比設(shè)計(jì)制作馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定不同瀝青用量下試件密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值等技術(shù)指標(biāo)，確定0、20%、25%、30%、35%摻配比例TLA改性瀝青混合料的最佳油石比分別為4.1%、4.5%、4.6%、4.6%、4.7%。

表5　AC-20瀝青混合料的級(jí)配

3　TLA改性瀝青混合料路用性能研究

根據(jù)最佳油石比和混合料級(jí)配制作試件對(duì)TLA改性瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等路用性能研究。

3.1高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗(yàn)分析瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，以動(dòng)穩(wěn)定度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　不同摻配比例TLA改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知：基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)TLA改性后，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大幅提高，而且隨著TLA摻配比例的增大而增加，說(shuō)明TLA可有效提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力。

3.2低溫抗裂性

采用小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)TLA改性瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以彎曲應(yīng)變與彎拉強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

由表7可知：TLA的加入可提高TLA改性瀝青的彎拉強(qiáng)度，且隨摻配比例的增大而增高；但彎曲應(yīng)變隨著摻配比例的增大先增大后減小，當(dāng)摻配比例小于25%時(shí)與基質(zhì)瀝青相當(dāng)，大于25%時(shí)小于基質(zhì)瀝青，這與TLA改性瀝青低溫性能分析規(guī)律一致，說(shuō)明TLA的加入對(duì)瀝青混合料低溫性能有少許影響，但控制TLA摻配比例在25%以內(nèi)可保證其低溫性能。

表7　不同摻配比例TLA改性瀝青混合料小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

3.3水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)分析瀝青混合料的水穩(wěn)性，以殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

由表8可知：TLA的加入使TLA改性瀝青的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比相對(duì)于基質(zhì)瀝青混合料均有所提高，表明TLA可提高基質(zhì)瀝青的水穩(wěn)定性，且隨著摻配比例的增大而增強(qiáng)，可有效防止水損害及在水侵蝕下所導(dǎo)致的松散、坑槽等早期破壞現(xiàn)象。

表8　不同摻配比例TLA改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果　%

4　結(jié)論

（1）TLA可有效提高基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力，且隨著摻量的增加而提高，同時(shí)可改善基質(zhì)瀝青的溫度敏感性，摻配比例為0、20%、25%、30%和35%的TLA改性瀝青的高溫等級(jí)分別為PG64、PG70、PG76、PG76、PG76。

（2）TLA的加入會(huì)影響基質(zhì)瀝青的低溫性能，降低TLA改性瀝青的延展能力，摻配比例為0、20%、25%、30%、35%的TLA改性瀝青的低溫等級(jí)分別為-22、-22、-22、-16、-16℃。

（3）TLA可有效提高基質(zhì)瀝青的粘度，改善彈性恢復(fù)能力和高溫抗車轍性能，但粘度過(guò)大會(huì)影響施工和易性。

（4）基質(zhì)瀝青經(jīng)過(guò)TLA改性后，可以有效提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力與水穩(wěn)定性，具有良好的路用性能，但會(huì)對(duì)低溫抗裂性產(chǎn)生少許不良影響，通過(guò)控制TLA摻配比例在25%以內(nèi)可保證其低溫性能。

（5）綜合分析改性瀝青的流變性能與改性瀝青混合料的路用性能，TLA摻配比例為25%時(shí)，高溫與低溫綜合性能最好且具有較好的水穩(wěn)定性與施工和易性，建議TLA改性瀝青采用25%摻配比例。

盡管TLA改性瀝青在低溫性能方面存在些許不足，但考慮到其良好的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性，南方溫度較高地區(qū)采用TLA改性瀝青尤為合適，可有效降低瀝青路面的早期病害并延長(zhǎng)使用壽命。

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U416.217

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1671-2668（2016）04-0082-04

2016-03-01