TLA改性AC-25瀝青混合料路用性能研究

作者簡介：

杜青旺（1992—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

摘要：為提高AC-25瀝青混合料的路用性能，探索提升瀝青路面中、下面層性能的新方法，文章提出采用特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）對其進(jìn)行改良，通過馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗及四點彎曲疲勞試驗，研究了不同TLA摻量的AC-25瀝青混合料試件的路用性能變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：TLA的摻入可以提高AC-25瀝青混合料的強(qiáng)度、抗水損性能及高溫穩(wěn)定性，但對其抗疲勞性能影響不大，外摻法時TLA的最佳推薦摻量為瀝青質(zhì)量的20%。

關(guān)鍵詞：TLA；改性瀝青；瀝青混合料；路用性能

U414.75 A 17 057 3

0 引言

特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）為天然瀝青的一種，產(chǎn)于南美西印度群島特立尼達(dá)境內(nèi)的瀝青湖中，是一種天然形成的物質(zhì)，大約含53%～55%的瀝青、36%～37%的礦物質(zhì)及9%～10%的其他物質(zhì)［1-2］。由于湖瀝青長年暴露于地表，與大氣開放環(huán)境共存，性質(zhì)特別穩(wěn)定且抗氧化性強(qiáng)。與聚合物及其他改性劑相比，其分子量大、比重大，分子組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)與瀝青接近，因此與瀝青有很好的相容性，不易發(fā)生離析［3］。湖瀝青含氮量高，所以瀝青黏度較大且與集料有很好的粘附性，提高了湖瀝青改性瀝青的抗水損害性能［4］。

我國早在20世紀(jì)70～80年代曾在北京、河北、山西、浙江、江蘇等許多地方都鋪筑過TLA改性瀝青的試驗路段。作為維修養(yǎng)護(hù)的改進(jìn)措施，在北京二環(huán)路、110國道北京八達(dá)嶺段、北京首都國際機(jī)場、香港啟德機(jī)場、珠海琪澳大橋、重慶嘉陵江大橋、錢塘江大橋、香港青馬大橋、香港海底隧道等眾多工程都運(yùn)用了TLA改性瀝青［5］。但這些都是TLA改性瀝青在瀝青路面上面層的應(yīng)用研究，對于中、下面層的探索研究則較少。目前國內(nèi)高速公路瀝青路面的中、下面層多采用AC-25瀝青混合料，失穩(wěn)車轍及水損破壞等早期病害時有發(fā)生。為滿足人們對道路交通質(zhì)量日益增長的要求，亟須探索一種提升瀝青路面中、下面層路用性能的新方法。

因此，本文使用70#石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，制備不同摻量的TLA改性瀝青，并使用該瀝青分別制備AC-25瀝青混合料，再通過馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗及四點彎曲疲勞試驗檢測其性能指標(biāo)，研究其性能變化情況，為今后道路建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料及試驗介紹

1.1 材料介紹

特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）及70#A級道路石油瀝青均由廣西交投商貿(mào)有限公司提供，檢測結(jié)果如表1、表2所示。

礦料為南寧市武鳴區(qū)產(chǎn)的石灰石，分為六檔規(guī)格，分別為22～28 mm碎石、11～22 mm碎石、6～11 mm碎石、3～6 mm碎石、0～3 mm機(jī)制砂。填料為石灰?guī)r礦粉。試驗結(jié)果如表3所示。

1.2 試驗介紹

本試驗中TLA改性AC-25瀝青混合料所使用的TLA改性瀝青，由試驗室使用乳化剪切機(jī)按外摻法制備而成。先將湖瀝青表面塵土清潔干凈，然后放入155 ℃烘箱中預(yù)熱15～16 h，把70#道路石油瀝青放入烘箱加熱至145 ℃，然后按照湖瀝青20%、基質(zhì)瀝青80％及湖瀝青30％、基質(zhì)瀝青70％的質(zhì)量比例混合，并使用高速乳化剪切機(jī)，以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速剪切30 min，剪切溫度控制在165±2℃，即可加工成TLA改性瀝青。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）的規(guī)定進(jìn)行馬歇爾試驗確定AC-25瀝青混合料的級配和各試驗組的最佳油石比（如表4～5所示）。

試驗組分為三組，分別為：普通AC-25瀝青混合料、20%TLA摻量AC-25改性瀝青混合料及30%TLA摻量AC-25改性瀝青混合料。各試驗組依照確定的級配和最佳油石比，按照規(guī)范要求制備相關(guān)試件進(jìn)行馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗及四點彎曲疲勞試驗。

2 結(jié)果及分析

2.1 馬歇爾試驗

使用馬歇爾擊實儀雙面擊實75次制備標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每組試件5個，并按照要求進(jìn)行體積參數(shù)試驗及馬歇爾試驗，結(jié)果如表6所示。

由表6試驗結(jié)果可知，TLA的摻入對AC-25瀝青混合料的毛體積相對密度影響不大，但由于TLA的摻入使得最佳油石比提高了0.3%，所以理論最大相對密度及空隙率都有所降低，瀝青飽和度升高。雖然馬歇爾穩(wěn)定度及流值都隨著TLA的摻量增加而增加，但馬歇爾模數(shù)變化不大。

2.2 浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗

依照上述方法分別制備馬歇爾試件，按照規(guī)范分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，研究TLA的摻入對瀝青混合料抗水損害性能的影響，結(jié)果如表7～8所示。

由表7結(jié)果可知，摻入TLA提高了AC-25瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，且殘留穩(wěn)定度隨著TLA摻量的增加而增大，但增長幅度不大。由表8結(jié)果可知，TLA的摻入提高了AC-25瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比，且隨著TLA摻量的增加而增長，但增長幅度不大。由以上兩組試驗結(jié)果可知，TLA的摻入可增強(qiáng)AC-25瀝青混合料的抗水損害性能，且隨著TLA摻量的增加而增強(qiáng)，但增強(qiáng)幅度不大。

2.3 車轍試驗

依照上述方法分別制備車轍板試件，按照規(guī)范使用車轍試驗機(jī)進(jìn)行車轍試驗，研究摻入TLA對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響。試驗結(jié)果如表9所示。

由表9可知，TLA的摻入提高了AC-25瀝青混合料的動穩(wěn)定度，但隨著TLA摻量的增加并未出現(xiàn)明顯的增長趨勢。由此表明，TLA的摻入可以提高AC-25瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但TLA摻入過多會導(dǎo)致改性瀝青黏度過大而影響施工，性能及經(jīng)濟(jì)性降低［6-7］，所以在保證瀝青混合料可施工性及經(jīng)濟(jì)性的前提下，TLA提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的幅度有限。

由以上試驗可知，TLA的摻入可以提高AC-25瀝青混合料的路用性能，但提高幅度有限。為了保證瀝青混合料的施工性及經(jīng)濟(jì)性，推薦其最佳摻量為外摻法瀝青質(zhì)量的20%。

2.4 四點彎曲疲勞試驗

依照規(guī)范，制備基質(zhì)瀝青及20%TLA摻量AC-25瀝青混合料的四點彎曲小梁試件，采用UTM-25試驗機(jī)對AC-25基質(zhì)瀝青混合料及TLA改性瀝青混合料進(jìn)行四點彎曲疲勞試驗。試驗溫度為15 ℃，加載頻率為10 Hz，加載模式為連續(xù)偏正弦加載，設(shè)置目標(biāo)拉應(yīng)變值為400 με［8］。試驗結(jié)果如表10所示。

由表10結(jié)果可知，摻入TLA小梁試件的四點彎曲循環(huán)次數(shù)由30 010次降低至29 057次，這說明TLA的摻入小幅降低了AC-25瀝青混合料的抗疲勞性能。

3 結(jié)語

（1）摻入TLA可以提高AC-25瀝青混合料的強(qiáng)度、抗水損害性能及高溫穩(wěn)定性。因此，TLA摻入AC-25瀝青混合料中可以增強(qiáng)AC-25瀝青混合料的路用性能。

（2）綜合考慮摻入TLA的性能提升效果與瀝青混合料的施工性及經(jīng)濟(jì)性，推薦TLA改性AC-25瀝青混合料中TLA的最佳摻量為外摻法瀝青質(zhì)量的20%。

（3）AC-25瀝青混合料中摻入TLA會小幅降低瀝青混合料的抗疲勞性能，但影響不大。

參考文獻(xiàn)

［1］李 平，高建平，查旭東，等.特立尼達(dá)湖瀝青中瀝青材料特性［J］.長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，35（3）：46-52.

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［3］張 濤，吳少鵬，王金剛，等.特立尼達(dá)湖改性瀝青性能研究［J］.新型建筑材料，2009，36（9）：58-61.

［4］陳 煒.TLA改性瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)研究［D］.長沙：長沙理工大學(xué)，2007.

［5］黃良振.特立尼達(dá)湖瀝青在國內(nèi)外路面工程中的應(yīng)用［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012，8（7）：175-177.

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［7］楊 睿.特立尼達(dá)湖瀝青混合料路用性能研究［D］.西安：長安大學(xué)，2007.

［8］陳 定.TLA改性瀝青混合料疲勞性能研究［D］.長沙：長沙理工大學(xué)，2008.

收稿日期：2022-10-08