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測站，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測站，廣東佛山 528041）

以殼牌70號瀝青為基質瀝青，采用不同摻配比例特立尼達湖瀝青（TLA）對其改性制備TLA改性瀝青，對改性瀝青進行常規性能指標與流變性能分析，結果表明摻配比例為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其進行路用性能分析，結果表明TLA改性瀝青混合料具有良好的高溫抗車轍能力和水穩定性，且隨著TLA摻配比例的增加不斷提高，同時低溫性能有所不足，但控制TLA摻配比例在25%以內可保證其低溫性能；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；特立尼達湖瀝青（TLA）；TLA改性瀝青；PG分級；路用性能

特立尼達湖瀝青（TLA）為天然瀝青，它是經過成千上萬年的氧化、無機物觸媒、微生物細菌等綜合作用下所形成，其物理化學性質非常穩定，具有良好的高溫穩定性及抗氧化能力等。其軟化點達93～99℃，瀝青質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物與水。TLA與石油瀝青有很好的配伍性，因而可作為基質瀝青優良的改性劑使用。在國外，TLA改性瀝青已使用超過一個世紀，主要應用于重交通路段與機場跑道等。國內在公路建設初期對TLA的應用較少，但隨著基質瀝青與改性瀝青價格的上升，TLA作為一種優良的改性劑開始大量應用于機場、公路及橋面鋪裝等建設中，北京首都國際機場、江陰長江大橋及在建的港珠澳大橋都大量使用TLA改性瀝青。目前國內對TLA改性瀝青的研究不夠系統與全面。該文利用不同摻配比例TLA對70號基質瀝青進行改性并探究其技術性能，同時對TLA改性瀝青混合料進行配合比設計并研究其路用性能，為TLA改性瀝青的推廣應用提供科學依據。

1　TLA改性瀝青性能分析

1.1原材料

采用殼牌70號瀝青作為基質瀝青，TLA及基質瀝青的技術指標分別見表1、表2，檢測結果均符合JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的要求。

1.2TLA改性瀝青常規指標分析

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

表1　TLA的技術性能指標

表2　殼牌70號瀝青的技術性能指標

表3　TLA改性瀝青的常規指標

從表3可看出：與基質瀝青相比，TLA改性瀝青的針入度降低，軟化點與當量軟化點增高，且隨著摻配比例的增加變化幅度加劇，說明TLA可有效改善基質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；延度與當量脆點隨著摻配比例的增大而降低，表明TLA的加入會影響基質瀝青的低溫性能，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

采用動態剪切流變試驗和彎曲梁流變試驗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，檢測結果見表4。采用布洛克菲爾德旋轉粘度試驗研究其高溫流動性，結果見圖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Superpave規范關于瀝青PG分級高溫等級的判決條件，摻配比例為0、20%、25%、30%、35%的TLA改性瀝青高溫分級分別為64、70、76、76、76℃，摻配比例25%、30%、35%時TLA改性瀝青的高溫分級比基質瀝青高出2個等級，表明TLA可有效提高基質瀝青的高溫穩定性，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，且小于基質瀝青；根據Superpave規范關于瀝青PG分級低溫等級的判決條件，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，低溫等級與基質瀝青大致相同。

粘度表示瀝青流動性的程度，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。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可有效提高基質瀝青的粘度，改善彈性恢復能力和高溫抗車轍性能，但粘度過大會影響施工和易性。

綜上，TLA的加入可提高基質瀝青的高溫穩定性，但同時會導致低溫性能有所降低。TLA摻配比例在25%時，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。由于中國幅員遼闊，環境差異較大，應根據工程當地環境氣候，結合使用要求與造價預算綜合確定TLA摻配比例。

2　TLA改性瀝青混合料配合比設計

選用玄武巖集料，檢測結果符合JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》的要求；基質瀝青選用殼牌70號瀝青，TLA改性瀝青摻配比例分別為0、20%、25%、30%、35%，基質瀝青與TLA改性瀝青的技術指標見表2、表3。瀝青混合料級配采用AC-20型，級配組成見表5。

根據JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》，按照配合比設計制作馬歇爾試件進行試驗，測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、穩定度及流值等技術指標，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瀝青混合料的級配

3　TLA改性瀝青混合料路用性能研究

根據最佳油石比和混合料級配制作試件對TLA改性瀝青混合料進行高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等路用性能研究。

3.1高溫穩定性

采用車轍試驗分析瀝青混合料的高溫穩定性，以動穩定度為評價指標，試驗結果見表6。

表6　不同摻配比例TLA改性瀝青混合料車轍試驗結果

由表6可知：基質瀝青經過TLA改性后，混合料的動穩定度大幅提高，而且隨著TLA摻配比例的增大而增加，說明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

采用小梁彎曲試驗對TLA改性瀝青混合料的低溫抗裂性進行分析評價，以彎曲應變與彎拉強度為評價指標，試驗溫度為-10℃，加載速率為50 mm/min，試驗結果見表7。

由表7可知：TLA的加入可提高TLA改性瀝青的彎拉強度，且隨摻配比例的增大而增高；但彎曲應變隨著摻配比例的增大先增大后減小，當摻配比例小于25%時與基質瀝青相當，大于25%時小于基質瀝青，這與TLA改性瀝青低溫性能分析規律一致，說明TLA的加入對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結果

3.3水穩定性

采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗分析瀝青混合料的水穩性，以殘留穩定度與凍融劈裂殘留強度比為評價指標，試驗結果見表8。

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

表8　不同摻配比例TLA改性瀝青混合料水穩定性試驗結果　%

4　結論

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

（2）TLA的加入會影響基質瀝青的低溫性能，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分別為-22、-22、-22、-16、-16℃。

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

（4）基質瀝青經過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定性，具有良好的路用性能，但會對低溫抗裂性產生少許不良影響，通過控制TLA摻配比例在25%以內可保證其低溫性能。

（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，高溫與低溫綜合性能最好且具有較好的水穩定性與施工和易性，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定性與水穩定性，南方溫度較高地區采用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使用壽命。

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U416.217

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1671-2668（2016）04-0082-04

2016-03-01