特立尼达湖沥青(TLA)改性沥青及混合料.docx

1、1特立尼达湖沥青（TLA）改性沥青及混合料在重庆綦万高速的路用性能研究陈 桥(豪银有限公司)摘要：本研究依托重庆綦万高速维修试验段对 TLA 改性沥青及其混合料进行了一系列室内试验研究，包括不同掺量的 TLA 改性沥青的技术性质试验，TLA 改性沥青混合料的高温车辙试验、浸水马歇尔试验、和渗水试验。研究结果表明：TLA 能改善沥青的高、低温性能和抗老化性能，而且能明显提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗渗性，可应用于我国高速公路沥青路面工程中。关键词：TLA ；改性沥青；混合料；路用性能Research on Pavement Performance of TLA Modified Asp

2、halt and Its Mixture on qi-wan highwayJoe-chenAbstract:A series of laboratory tests of TLA modified asphalt and its mixture were made.These included different content TLA modified asphalt technical property test, TLA modified asphalt mixture rutting test at high temperature,retained stability and fr

3、eeze and thaw split test,permeability test. The results showed that TLA can improve the performance of asphalt at high-temperature and low-high temperature and anti-aged performance, and it is very effective to improve the performance of asphalt mixture at high temperature,the capacity of moisture-r

4、esistance damage and impermeability.So it can be applied for asphalt pavement engineering of expressway in China. Key words: TLA；Modified asphalt；mixture；p avement performance位 于 南 美 洲 的 特 立 尼 达 湖 是 世 界 上 最 大 的 天 然 沥 青 湖 。 将 开 采 的 湖 沥 青 送 到 工 厂 后 ， 先 进 行 粗炼 ， 加 热 到 160 把 水 蒸 发 ， 然 后 把 熔 化 的 材 料 通 过

5、细 筛 过 筛 ， 除 去 各 种 粗 的 杂 质 ， 得 到 的 产 品 即称 为 特 立 尼 达 精 炼 湖 沥 青 （ Trinidad Lake Asphalt， 简 称 TLA） 。 由 于 TLA 是 经 过 了 几 千 万 年 的 长 时间 ， 在 地 壳 压 力 和 高 温 的 作 用 下 充 分 氧 化 形 成 的 天 然 物 质 ， 所 以 它 具 有 软 化 点 高 、 热 稳 定 性 好 、 抗氧 化 能 力 强 、 耐 油 、 耐 酸 碱 、 降 噪 、 使 用 寿 命 长 等 路 用 性 能 突 出 优 点 。TLA 非 常 坚 硬 ， 针 入 度 太 小 ， 无

6、法 直 接 与 矿 料 拌 和 均 匀 ， 所 以 不 能 直 接 使 用 ， 通 常 都 是 与 普通 石 油 沥 青 掺 配 使 用 。 由 于 TLA 本 身 是 沥 青 ， 其 物 理 和 化 学 特 性 与 石 油 沥 青 一 致 ， 因 此 与 石 油 沥 青有 极 好 的 相 容 性 和 配 伍 性 。 通 过 不 同 掺 量 的 TLA 和 石 油 沥 青 掺 配 ， 可 制 得 不 同 稠 度 、 不 同 针 入 度 等级 质 量 均 匀 的 TLA 改 性 沥 青 。 TLA 是 一 种 独 特 的 天 然 沥 青 ， 它 具 有 更 多 的 凝 胶 体 而 不 是 溶 胶

7、 结 构 ，可 通 过 其 特 有 的 微 观 尺 寸 和 沥 青 质 的 性 质 提 供 改 性 后 的 结 构 性 能 ， 降 低 温 度 敏 感 性 。 软 沥 青 质 组成 物 的 成 分 给 TLA 中 的 地 沥 青 带 来 了 优 越 的 抗 剥 落 性 能 -大 大 地 提 高 了 对 石 料 的 广 泛 适 应 性 。国 外 将 TLA 应 用 于 道 路 工 程 已 有 100 多 年 的 历 史 ， 现 在 广 泛 应 用 于 欧 美 许 多 国 家 ， 有 效 提高 了 路 面 的 使 用 寿 命 ， 降 低 了 维 修 养 护 的 费 用 。 我 国 上 世 纪 70

8、 80 年 代 曾 经 对 TLA 进 行 过 研 究 ，2并 在 北 京 、 山 西 、 浙 江 等 地 铺 筑 了 试 验 路 ， 均 表 现 出 良 好 的 路 用 性 能 ， 但 由 于 当 时 TLA 价 格 高 而 国产 沥 青 价 格 低 的 原 因 没 有 在 中 国 推 广 。 时 至 今 日 ， 随 着 国 内 外 沥 青 价 格 的 节 节 上 涨 ， TLA 改 性 沥 青价 格 已 经 与 SBS 改 性 沥 青 的 价 格 基 本 持 平 或 略 低 ， 再 加 上 TLA 和 石 油 沥 青 极 好 的 相 容 性 以 及 TLA改 性 沥 青 混 合 料 良 好

9、 的 路 用 性 能 ， TLA 改 性 沥 青 在 我 国 呈 现 出 良 好 的 推 广 应 用 前 景 。 自 1999 年 至今 ， 已 在 中 国 大 陆 地 区 一 百 多 个 大 大 小 小 的 工 程 中 得 到 广 泛 的 采 用 。 因 此 ， 深 入 研 究 TLA 改 性 沥 青及 其 混 合 料 的 路 用 性 能 ， 具 有 重 要 的 经 济 价 值 和 现 实 意 义 。本研究选择重庆高速公路通常采用的 AC-13 和 AC-20 沥青混合料进行对比，在綦万高速LK27+530LK27+200 进行了湖沥青 AC-20 中面层和 AC-13 上面层的试验段施工。

10、分别以茂名基质沥青 AH-70、SBS 改性沥青和 TLA 改性沥青（以广东茂名沥青分别添加20%TLA、25%TLA、30%TLA 而成的 TLA 改性沥青）进行试验对比。1 原 材 料 的 技 术 性 质 和 TLA 改 性 沥 青 的 制 备1.1 基 质 沥 青本研究采用的基质沥青为茂名 A 级 70 号沥青，其主要技术性质见表 1。 表 1 基质沥青的主要技术性质技 术 指 标 单 位 试 验 值 技 术 要 求针 入 度 （ 25 ,100g,5s） 0.1mm 61.7 60 80软 化 点 49.4 46（ 10 ,5cm/min） 15延 度 （ 15 ,5cm/min） c

11、m 100.0 未 断 100密 度 （ 15 ） g/cm3 1.021 1.2 特 立 尼 达 精 炼 湖 沥 青 （ TLA）研 究 表 明 ， 经 过 精 炼 加 工 后 的 TLA 由 以 下 四 种 物 质 组 成 ： （ 1） 地 沥 青 （ 二 硫 化 碳 可 溶 分 ） 占53 55 ， 它 包 含 36 软 沥 青 质 和 18 沥 青 质 。 在 可 溶 性 沥 青 中 ， 含 67 70 软 沥 青 质 和30 33 沥 青 质 。 （ 2） 矿 物 质 （ 灰 分 ） ， 约 占 36 37 ， 主 要 成 分 是 石 英 和 粘 土 。 矿 物 质 非 常精 细 ，

12、 90 小 于 0.075mm， 44 小 于 0.01mm， 呈 珊 瑚 状 ， 在 高 温 作 用 下 ， 可 将 沥 青 轻 组 分 吸 入 细孔 中 ， 其 作 用 不 同 于 在 沥 青 中 加 矿 粉 。（ 3） 4.3 矿 物 质 的 化 合 水 。 （ 4） 3.2 有 机 材 料 （ 在 二 硫 化 碳中 不 可 溶 解 ） 。 现 行 公路沥青路面施工技术规范 （JTG F402004）有给出 TLA 和 TLA 改性沥青的质量技术要求，条文中说明了是参照英国 BS3690、美国 ASTM D5710、特立尼达和多巴哥TIS590:2002,TIS593:2002 及日本沥

13、青路面技术指南而制定的。表 2 TLA 的主要技术性质检 测 项 目 单 位 实 测 值 技 术 要 求针 入 度 （ 25 ,100g,5s） 0.1mm 2.7 0 53软 化 点 不 小 于 99.6 90灰 分 35.4 33 38密 度 （ 25 ） g/cm3 1.381 1.31.5TFOT 后 残 留 针 入 度 比 、 不 小 于 74 50表 3 TLA 改性沥青质量技术要求1.3 集料本研究石料均用自产于重庆中梁山的石灰岩、级配、压碎值、针片状含量等均满足规范要求。表 4 集料试验检测情况表试验项目 检测日期 含量（%）5-10mm(小)石灰岩级配 满足设计要求5-10m

14、m（小）石灰岩针片状 3.210-20mm(大)石灰岩级配 满足设计要求10-20mm(大)石灰岩针片状2012 年 9 月 20 日2.81.4 填 料填料：1.5 TLA 改 性 沥 青 的 制 备参考国内外有关的研究成果，在实验室按以下方法制备 TLA 改性沥青：分别预热基质沥青针入度等级指标 单位TMA-30 TMA-50 TMA-70 TMA-90试验方法针入度 25.100g.5s 0.1mm 20-40 40-60 60-80 80-100 T 0604粘度 135，不大于 Pa.s 4.0 3.8 2.7 2.1 T 0625T 0619闪点。不小于 240 T 0611溶解度

15、（三氯乙烯） % 77-90 T 0607灰分 % 7.5-19.5 T 0614TFOT 后残留物针入度比 25.不小于% 58 55 52 47 T 0610T 06044及 TLA 到 150和 160，按一定比例将基质沥青与 TLA 拌和，提高温度到 170时搅拌 30 分钟，即制成 TLA 改性沥青。2 TLA 改 性 沥 青 的 性 能 研 究根据国外使用 TLA 作为改性剂的经验，通常用于沥青混凝土中掺加 25%33% 的 TLA，在桥面铺装使用时掺加 50%70%的 TLA。因此，本研究分别采用 20%、25%、30% 、三种 TLA掺量制备 TLA 改性沥青，然后进行 TLA

16、 改性沥青的技术性质试验，研究 TLA 掺量对基质沥青路用性能的影响，并与 SBS 改性沥青进行试验对比。见表 5。表 5 茂名基质沥青 AH-70、SBS 改性沥青、 TLA 改性沥青性能指标汇总针入度（25 0.1mm）软化点（） 延度（cm） 密度（g/m3） 灰分含量（%）检测项目 类别技术要求实则值技术要求实测值技术要求 实测值 技术要求实测值AH-70 沥青 60-80 61.7 46 49.4 100（15）100.0未断- 1.021SBS 改性沥青40-60 53.7 60 72.9 20（5）35.2 - 1.02420% 20-40 39.0 - 54.0 - 200.0

17、 未断（25）- 1.08725% 20-40 38.0 - 55.2 - 109.7（25）- 1.08730% 20-40 34.0 - 57.8 - 85.9（25）- 1.098TLA湖沥青掺量100% 0-5 4.7 90 90 - 12.3 1.3-1.5 1.308 36.6从表 5 可以看出以下几点：（1）SBS 改性沥青比基质沥青提高了一个针入度等级，软化点也有所提高， TLA 改性沥青又比 SBS 改性沥青再提高一个针入度等级，这是其它一般沥青改性剂难以达到的。同 SBS 改性沥青相比，花同样多的钱，TLA 改性沥青混合料能把道路承载能力的等级比 SBS 改性沥青混合料提高

18、了一个等级。5（2）随着 TLA 掺量的增加，改性沥青各个温度的针入度均下降，软化点、当量软化点和粘度均上升，表明掺加 TLA 后，沥青的高温稳定性能得到了提高，而且 TLA 掺量较大时，改性效果更明显。（3）随着 TLA 掺量的增加，改性沥青的延度下降，但这并不能说明改性沥青的低温抗裂性下降了。这是因为在 TLA 中含有 35.4的矿物质细粉，而细粉对延度值和当量脆点均有影响，延度试验中发现 TLA 改性沥青试件断裂时延度仪振动较大，同时能听到较大的断裂声音，表明TLA 改性沥青的内聚力很大，以致影响试验结果，所以不能采用延度和当量脆点来评价 TLA 改性沥青的低温性能，但可以考虑采用测力延

19、度来评价。（4）从其它项目薄膜烘箱试验结果可以看出（广东佛山外环、见下表 6） ，随着 TLA 掺量的增加，改性沥青的质量损失和软化点增值增大，针入度比和延度比在 050TLA 掺量时呈下降趋势，当 TLA 掺量超过 50时呈上升趋势，但这不能说明 TLA 改性沥青的抗老化性能下降了。这是因为在 TLA 中含有少量挥发性物质，所以在薄膜烘箱试验后会出现上述结果，但当TLA 的挥发性物质蒸发完后，TLA 是非常稳定、耐久的粘结剂。表 6 埃索 AH-70 基质沥青中六种不同比例 TLA 掺量的改性沥青性质试验项目 单位 0 20 33 40 45 50 70 10015 0.1mm 19.2 1

20、3.5 10.5 7.8 7.2 6.5 4.2 1.125 0.1mm 64.0 45.8 31.5 27.8 22.8 20.0 10.8 2.7针入度 30 0.1mm 120.7 88.8 62.7 49.2 43.3 34.7 17.0 4.3相关系数 1 1 0.997 0.999 0.999 1 0.999 1针入度指数 PI -1.79 -1.92 -1.57 -1.84 -1.64 -1.24 -0.13 0.08T800 45.6 47.7 51.9 52.5 54.6 58.1 70.9 87.5T1.2 -7.6 -4.3 -3.2 -0.3 0.1 -0.1 1.7

21、16.0软化点 48.5 51.3 53.5 56.0 58.2 60.4 67.0 99.6延 度 25 cm 150 121.8 119.9 70.1 64.2 51.0 12.2 1.1灰分 9.3 11.9 35.4粘度，135 Pas 0.40 0.58 0.72 0.95 - 1.22 3.42 40.82相对密度（25） g/cm3 1.030 - 1.103 1.133 - - - 1.381质量损失 0.01 -0.25 -0.33 -0.49 -0.66 -0.68 -0.73 -1.12针入度 25 0.1mm 59.3 40.3 25.2 22.3 16.7 12.5

22、7.7 2.0针入度比 92.7 88.0 79.9 80.2 73.2 62.5 70.8 75.0软化点增值 0.8 1.1 1.7 3.6 2.5 4.4 3.2 4.1薄膜烘箱试验延度比 97.9 94.5 92.8 89.3 85.0 47.9 69.5 78.86综上所述，TLA 能改善沥青的路用性能，而且掺量越大改性效果越明显，但是 TLA 掺量过大会使得改性沥青的粘度较大而造成施工较困难，同时会提高 TLA 改性沥青的成本。因此，本研究综合考虑选择 20和 25、30%的 TLA 掺量制备 TLA 改性沥青进行混合料的路用性能研究。3 TLA 改性沥青混合料路用性能研究本研究路

23、用性能试验采用在最佳油石比时的合成级配 AC-13 和 AC-20 并分别拌制基质沥青混合料、SBS 改性沥青混合料、20TLA 改性沥青混合料、 25%TLA 改性沥青混合料和30TLA 改性沥青混合料成型试件。表 7 AC-13 沥青混合料性能各项指标对比试验结果汇总表类型 AC-13(AH-70)AC-13(SBS)AC-13(20%TLA)AC-13(25%TLA)AC-13(30%TLA)技术要求油石比（%） 5.0 5.0 5.5 5.5 5.5 -理论最大相对密度(g/cm3)2.509 2.508 2.526 2.526 2.528试件毛体积密度（g/cm3）2.390 2.4

24、00 2.408 2.411 2.417流值（0.1mm ） 23.8 33.8 30.1 28.6 21.5 15-40稳定度（KN） 13.80 15.52 17.80 18.42 17.67 8饱和度（%） 67.3 69.6 66.3 67.5 68.0 65-75孔隙率（%） 4.7 4.3 4.7 4.5 4.4 3-6矿料间隙率%(VMA)14.5 14.1 13.8 14.0 14.1 14.0动稳定度（次/mm）1788 15004104 4848 5166 5678 3000浸水马歇尔残留稳定度（%）87.1 80 87.9 91.2 92.0 93.5 85表 8 AC-

25、20 沥青混合料性能各项指标对比试验结果汇总表类型 AC-20(AH-70)AC-20(SBS)AC-20(20%TLA)AC-20(25%TLA)AC-20(30%TLA)技术要求油石比（%） 4.2 4.2 4.6 4.6 4.6 -理论最大相对密度(g/cm3)2.538 2.545 2.560 2.540 2.543 -试件毛体积密度（g/cm3）2.430 2.430 2.450 2.446 2.444 -流值（0.1mm ） 28.6 37.9 33.5 26.7 24.5 15-407稳定度（KN） 17.67 18.95 18.73 18.7 20.43 8饱和度（%） 67.

26、2 66.1 64.8 71.1 69.9 65-75孔隙率（%） 4.3 4.5 4.3 3.9 3.9 3-6矿料间隙率%(VMA)13.0 13.0 12.2 12.9 13.0 13.0动稳定度（次/mm）2480 15004213 5107 6918 9118 3000浸水马歇尔残留稳定度比（%）83.5 80 91.5 94.4 91.0 88.1 8531 高温稳定性研究大量的试验已经证明，马歇尔稳定度试验主要是用于确定沥青混合料配合比设计的最佳油石比和施工质量管理，并不能正确地反映沥青路面的抗车辙能力，而车辙试验结果与沥青路面地高温稳定性有较好的相关性。因此，本研究采用车辙试验

27、评价 TLA 改性沥青混合料的高温稳定性，TLA 改性沥青混合料 60车辙试验结果见表 7。按照我国沥青路面气候分区重庆市属夏炎热冬冷区（13 区） ， 公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）规定 13 区普通沥青混合料动稳定度不小于 1000 次/mm，改性沥青混合料动稳定度不小于 2800 次/mm ，本次试验的动稳定度均满足规范要求。比较三种混合料试验结果，20TLA 改性青混合料的总变形比普通沥青混合料的总变形大幅度减小，动稳定度大幅度提高；甚至优于 SBS 改性沥青，而 25TLA 改性青混合料的总变形又比 20TLA 改性青混合料的总变形有所减小，动稳定度进一步提高

28、，表明 TLA改性沥青混合料抗车辙能力远大于普通沥青混合料和 SBS 改性沥青混合料，具有优良的高温稳定性，而且 TLA 掺量越大（30%时） ，TLA 改性沥青混合料的高温稳定性越好。与 SBS 改性沥青混合料相比，30%掺量 TLA 湖沥青混合料的动稳定度提高了 38%-116%。这是不得了的贡献，花再多的钱也是值得的。 3.2 水稳定性研究沥青混合料的水稳定性，即沥青路面抵抗受水的侵蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力。由于水分的存在不仅降低了沥青本身的粘聚力，也破坏了沥青路面中沥青与矿料的粘结力，在汽车车轮动态荷载下沥青从石料表面剥离、脱落，造成了沥青路面各种水损害现象的

29、发生。本研究采用浸水马歇尔试验方法来评价 TLA 改性沥青混合料的水稳定性，TLA 改性沥青混合料浸水马歇尔试验结果见表 9表 9 AC-16、AC-20 湖沥青混合料水稳定性试验检测结果混合料类型 浸水前马歇尔稳定 度 MS(kN) 浸水 48h 后的马歇尔稳定度 MS1(kN)残留稳定度MS0(%)规范要求MS0(%)AC-13 13.88 13.46 96.9 85AC-20 12.16 11.49 94.5 85按我国沥青路面气候分区重庆市属夏炎热东冷区， 公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）规定夏炎热冬冷区普通沥青混合料的残留稳定度要求不小于 80，改性沥青混合料8

30、的残留稳定度要求不小于 85，本次试验的残留稳定度均满足要求。比较三种混合料试验结果，基质沥青混合料残留稳定度SBS 改性沥青混合料的渗水系数20TLA 改性青混合料的渗水系数，表明 TLA 改性沥青混合料抗渗性比普通沥青混合料和 SBS 改性沥青混合料都要好，而且 TLA 掺量越大，TLA改性沥青混合料的抗渗性越好。4. 结语（1）本研究并结合其他 TLA 项目能看出：TLA 能改善沥青的高温稳定性、感温性、低温抗裂性和抗老化性能，但是其低温抗裂性和抗老化性能不适合采用常规指标延度和薄膜烘箱试验针入度比来评价。（2）TLA 能明显提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗渗性，关键是能极大地提

31、高路面的重载荷能力，并经久不坏（耐老化） ，可应用于我国各种等级公路沥青路面工程中。参考文献：1 沈金安. 特立尼达湖沥青及其应用前景J.国外公路，2000,20(2):28-31 .2 沈金安. 特立尼达湖改性沥青的性能J.国外公路，2000,20(3):30-32.3 沈金安. 改性沥青与 SMA 路面M.北京：人民交通出版社，1999.4 JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范S.5 JTJ052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程S.6 张宜洛. 沥青路面施工工艺及质量控制.北京：人民交通7 重庆通力高速公路养护工程有限公司 綦万高速 TLA 湖沥青试验路总结汇报材料8 冯新军 查旭东 郝培文 TLA 改性沥青及其混合料路用性能研究