天然湖沥青（TLA）在城市道路改造中的应用-发表论文

　　天然湖沥青（TLA）在城市道路改造中的应用
　　方向前
　　（江苏燕宁公路工程技术有限公司江苏南京211112）
　　摘要：随着我国对公路交通的需求不断增大,公路建设的发展也得到了迅猛发展。近年来,我国南方地区持续高温,北方地区夏热冬寒,且公路的交通量逐年增加、轴载加大、交通渠化管理实施以及行车速度不断提高,对路面的使用功能也提出了越来越高的要求,使沥青路面经受了严峻的考验。如何使路面既有足够的耐久性又避免水损坏和早期损坏,已经引起业内人士的关注,本文就TLA混合沥青在路面改造中应用中的一些问题进行研究。
　　关键词：混合沥青特性温度控制
　　1 前言
　　城市道路具有交通量大、车辆轴载重、荷载作用时间间歇短，早晚高峰时段与其他时段交通变化大等交通特点，特别是主干道交叉口交通最为密集。特别是我国南方地区夏天温度高、降雨量大，因此对沥青路面要求普遍较高。为更好地解决沥青路面高温推移、低温开裂以及雨天打滑等问题，同时有效延长沥青路面的使用寿命，保证道路改造整体效果，必须采用改性沥青来提高沥青结合料的抗流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青结合料的耐久性。
　　近年来我国采用的改性沥青多为聚合物改性沥青，主要有SBS、SBR、EVA、PE等，各种纤维的使用也是越来越多，对改善沥青路面的使用性能起到了很好的作用。但是，高分子聚合物改性沥青在建设成本、耐老化性能上有一定的局限性，在沥青路面再生过程中也存在一定难度。这些问题都将对改性沥青的发展存在着不利影响。
　　如今天然湖沥青正在国内越来越多地被采用，与橡胶和聚合物改性沥青相比，它具有得天独厚的优越性。通过在人民西路改造中的使用，使得对天然湖沥青的性能和应用有了更深的体会。
　　2 TLA混合沥青及沥青混合料特性
　　2.1TLA混合沥青特点
　　天然沥青是石油在天然特殊条件下被氧化、聚合成不同程度的产物。其中特立尼达湖沥青（简称TLA）是世界上最著名的天然湖沥青。湖沥青是一种天然形成的物质，其物理和化学特性与石油沥青完全一致，它的基本性质取决于它的聚合程度和纯净度，以及软化点的高低和灰分含量的多少，一般情况下，软化点越高，其聚合程度越高，但只有含量相同的天然沥青才能用软化点的高低比较其性能之优劣，因为灰分的多少直接影响软化点的高低。灰分在天然沥青中的存在能起到提高沥青软化点、耐磨性、增加沥青膜厚度、增大路面摩擦系数的作用，但过高的灰分会影响沥青的延性。因此，具有合适的灰分比例及相对较高的软化点的天然湖沥青具有更优良的性能。我国对TLA的性能要求为下表：
　　特立尼达湖沥青质量技术要求（表1）
　　检验项目单位技术要求试验方法
　　针入度25℃ 0.1mm 0～5 T0604
　　软化点TR&B，不小于 ℃ 90 T0606
　　灰分 % 33～38 T0614
　　25℃密度 g/cm3 1.3～1.5 T0603
　　TFOT后残留针入度比，不小于 % 50 T0604
　　特立尼达湖改性沥青质量技术要求（表2）
　　指标单位针入度等级试验方法
　　  TMA-30 TMA-50 TMA-70 TMA-90
　　针入度25℃,100g,5s 0.1mm 20～40 40～60 60～80 80～100 T0604
　　粘度135℃,不大于 Pa.s 4.0 3.8 2.7 2.1 T0625
　　T0619
　　闪点,不小于 ℃ 240 T0611
　　溶解度（三氯乙烯） % 77～90 T0607
　　灰分 % 7.5～19.5 T0614
　　TFOT后残留物针入度比25℃,不小于 % 58 55 52 47 T0610
　　T0604
　　TLA混合沥青的特性可以归纳为以下几点：
　　（1）TLA与普通石油沥青的混融性很好；
　　（2）温度稳定性好；
　　（3）抗老化性能好；
　　（4）粘附性强，抗水害性能好；
　　（5）提高对燃油、微生物等侵蚀的抵抗能力。
　　TLA沥青作为一种沥青改性剂，按不同的比例掺加到石油沥青中，混合后的沥青在使用性能方面得到了很大的改善。常用沥青砼中TLA掺量为25%~50%，桥面铺装使用时掺量为50%~70%。人民西路改造为在既有水泥砼路面上加铺沥青面层，其中沥青上面层为AC-13C细粒式改性沥青砼路面厚4.5cm，中面层为AC-20C中粒式改性沥青砼厚5.5cm，下设，AC-20C或ATB-25沥青砼调平层。设计当中湖沥青改性沥青采用TLA与A级70号石油沥青混拌沥青，其检验指标如下：
　　湖沥青的技术性能指标试验结果（表3）
　　技术指标试验结果技术要求试验方法
　　针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm） 2．7 0~5 T0604-2000
　　软化点TR&B(环与球法)（℃） 99.6 ≥90 T0606-2000
　　灰分（%） 35.9 33~38 T0614-1993
　　密度（15℃）（g/cm3） 1.377 1.3~1.5 T0604-2000
　　旋转薄膜烘箱试验后残留针入度比（%） 74.0 ≥50 T0604-2000
　　埃索A级70号石油沥青技术性能指标试验结果（表4）
　　试验项目试验结果 A-70技术要求试验方法
　　针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm） 70.2 60~80 T0604-2000
　　针入度指数PI -1.79 -1.5~+1.0 T0604-2000
　　延度 (10℃，5cm/min)(cm) 113.4 ≥15 T0605-1993
　　 (15℃，5cm/min)(cm) >150 ≥100 T0605-1993
　　软化点TR&B(环与球法)（℃） 47.8 ≥47 T0606-2000
　　密度（15℃）（g/cm3） 1.0400 实验值 T0603-1993
　　RTFOT残留物（163℃，75min）加热损失（%） -0.100 -0.8~+0.8 T0610-1993
　　针入度比25℃（%） 62.2 ≥61 T0604-2000
　　残留延度（10℃）（cm） 98.7 ≥6 T0605-2000
　　为确定合适的TLA掺量，对不同掺量的TLA混合沥青进行试验，其结果见表5。
　　TLA改性沥青的技术性质（表5）
　　试验项目单位湖沥青掺量(%)
　　  0 20 40 45 50 70 100
　　针
　　入
　　度 15℃ 0.1mm 19.2 13.2 7.8 7.2 6.5 4.2 1.1
　　 25℃  64.0 45.8 27.8 22.8 20.0 10.8 2.7
　　 30℃  120.7 88.8 49.2 43.3 34.7 17.0 4.3
　　相关系数  1.000 1.000 0.999 0.999 1.000 0.999 1.000
　　针入度指数PI  -1.79 -1.92 -1.84 -1.64 -1.24 -0.13 0.08
　　T800 ℃ 45.6 47.7 52.5 54.6 58.1 70.9 87.5
　　T1.2 ℃ -7.6 -4.3 -0.3 0.1 -0.1 1.7 16.0
　　软化点 ℃ 48.5 51.3 56.0 58.2 60.4 67.0 99.6
　　延度（25℃） cm ≥150 121.8 70.1 64.2 51.0 12.2 1.1
　　灰分 % - - 11.9 - - - 35.4
　　粘度（135℃） Pa.s 0.40 0.58 0.95 - 1.22 -3.42 40.82
　　相对密度（25℃） g/cm3 1.030 - 1.133 - - - 1.381
　　薄
　　膜
　　烘箱试验质量损失 1.000 0.01 -0.25 -0.49 -0.66 -0.68 -0.73 -1.12
　　针入度25℃ 0.1mm 59.3 40.3 22.3 16.7 12.5 7.7 2.0
　　针入度比 % 92.7 0.88 80.2 73.2 62.5 70.8 75.0
　　软化点增值 ℃ 0.8 1.1 3.6 2.5 4.4 3.2 4.1
　　延度比 % 97.9 9.45 89.3 85.0 47.9 69.5 78.8
　　从中数据可得出以下结论：随着TLA掺量的增加，软化点上升，针入度指数PI值增加，针入度下降。表明沥青的高温稳定性和感温性得到了改善。但是随着TLA掺量的增加，延度下降，老化后的质量损失增大，针入度比下降，并不说明沥青的低温抗裂性和抗老化性能下降了，主要因为TLA中含火山灰活性矿物质细粉和挥发性物质，影响实验结果。因此，对TLA改性沥青的性能应该主要通过混合料的路用性能进行评价。
　　2.2TLA混合沥青混合料性能
　　为进一步确定TLA沥青混合料的性能，采用珠海洪湾的花岗岩、佛山南海小塘的玄武岩和三水六和的石灰岩作为集料，选择33%、35%、40%的TLA掺量，对AC-13C及AC-20C的TLA混合沥青混合料进行相关实验，结果如下：
　　TLA混合沥青混合料试验结果汇总表（表6）
　　设计参数
　　检验指标 TLA=33% TLA=35% TLA=40% TLA=35% TLA=40%
　　 AC-20C AC-20C AC-20C AC-13C AC-13C
　　集料类型花岗岩花岗岩花岗岩玄武岩、石灰岩花岗岩
　　抗剥落措施 3%水泥 2%水泥 2%消石灰 1.5%水泥 2%消石灰
　　油石比（%） 4.8 4.8 5.1 5.9 5.9
　　设计空隙率（%） 4.0 4.3 4.3 4.2 4.3
　　马歇尔稳定度（KN） 12.8 15.4 15.3 15.3 17.0
　　流值（0.1mm） 27.7 26.9 28.8 34.8 32.3
　　马氏残留稳定度（%） 93.9 91.7 94.9 87.9 93.9
　　冻融劈裂强度比TSR（%） 91.7 95.5 84.4 83.8 87.0
　　动稳定度（次/mm） 2930 14984 4130 5754 4328
　　渗水系数（mI/min） 104.3 82.1 71.4  43.6
　　构造深度（mm） - - -  0.75
　　肯塔堡浸水飞散损失（%） - 4.8 -  -
　　备注  掺0.3%车辙王  掺0.3%聚丙烯纤维稳定剂
　　从上表可以看出，当TLA掺量大于33%后，TLA混合沥青混合料的路用性能能满足要求。但22%掺量的TLA混合沥青混合料的动稳定度在规范要求的边界上，一般广东地区要求的沥青混合料的动稳定度要大于3000次/mm。考虑到主干道交通特性、工程成本、施工控制等因素，确定湖沥青改性沥青采用TLA与A级70号石油沥青混拌沥青，其混合比例35:65，同时为进一步提高道路的高温抗车辙性能及抗渗水性，分别在中面层中添加0.3%的抗车辙剂、在表面层中添加0.3%的纤维稳定剂，以有效延长道路的路用性能和使用寿命。
　　3 TLA改性沥青混合料温度控制
　　TLA混合沥青混合料质量的控制较一般改性沥青混合料的要求更高。除前期做好设计工作以及施工配合比的检验外，施工质量的相关保证措施仍然是沥青路面实施质量的重要环节，此外亦要做好摊铺后各项路用性能的检验和现场检测。
　　与普通改性沥青混合料相比TLA混合沥青混合料具有粘度更大，温度要求更高的特点，特别需要注意在拌和、运输、摊铺和碾压等施工程序上的紧密衔接和相应的保障措施。其中的重中之重乃是温度的控制。
　　热拌沥青混合料的施工温度(℃)（表7）
　　沥青种类 70号A级石油沥青 A-70技术要求试验方法
　　沥青加热温度 155~165 170~180 沥青加热罐
　　矿料温度比沥青加热温度高10~15（填料不加热） 190~200 加热提升斗
　　混合料出厂温度 155~165，不得超过180 175~185，不得超过195 运料车
　　混合料贮存温度贮料过程中温度降低不超过10 贮料过程中温度降低不超过10 贮存罐
　　运输到现场温度不低于150 不低于165 运料车
　　摊铺温度 145~165 160~170 摊铺机
　　初碾温度（内部） 145~150 155~165 摊铺层内部
　　复碾温度（表面）不得低于130 不得低于140 碾压层内部
　　终碾温度（表面）钢轮压路机不低于100 不低于120 碾压层内部
　　轮胎压路机不低于90 不低于100 碾压层内部
　　开放交通温度（表面）路面冷却后，温底低于50
　　沥青混合料的最低摊铺温度（表8）
　　铺筑时的路表温度
　　（℃）相应于下列不同摊铺层厚度的最低摊铺温度（℃）
　　普通沥青混合料 GLA混合沥青混合料
　　 <50mm 50~80mm >80mm <50mm 50~80mm >80mm
　　<5 不允许不允许 140 不允许不允许不允许
　　5~10 不允许 140 135 不允许不允许不允许
　　10~15 145 138 132 不允许 155 150
　　15~20 140 135 130 155 150 145
　　20~25 138 132 128 153 147 143
　　25~30 132 130 126 147 145 141
　　>30 130 125 124 145 140 139
　　4 TLA改性沥青使用效果综合评价
　　4.1技术可靠性
　　通过一系列室内实验及实体工程的使用，证明TLA混合沥青具有优良的技术性能，他主要表现在沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及耐热老化性等方面。TLA该性沥青还有一个聚合物不可比拟的突出优点，由于其本身就是沥青，路面老化后他仍然保持沥青的性质，这就为路面达到使用寿命后的再生利用提供了很大的可能，而目前聚合物改性沥青老化后的再生利用仍无法明确其不利影响。
　　4.2经济比较性
　　目前TLA混合沥青在国内的价格仍然比SBS等改性沥青的稍贵，但由于使用TLA改性沥青不需要专门的研磨加工设备，同时在大批量使用后考虑到其优良的性能，以及今后再生利用等方面的优势，随着国内市场的不断发展，在经济性上更将具有可比性。
　　4.3施工适应性
　　使用TLA混合沥青不需专门的研磨加工设备，只要使用带搅拌装置的沥青掺配罐便可以完成改性沥青的生产。TLA混合沥青停止搅拌后也会产生沉淀，但在继续加热后又会恢复均匀状态，并不影响使用质量。而聚合物改性沥青一旦产生沉淀就会形成凝聚，使得改性作用失效。因此，TLA改性沥青配置完成后可不受存储时间制约可以多次加热，大大方便了施工，减少施工管理难度。同时TLA混合沥青具有较强的粘结力，对玄武岩和花岗岩等基、酸性石料的粘附性可达Ⅳ级，在不使用抗剥落剂的条件下混合料即可满足水稳定性的要求，即节省了成本又减少了施工工艺的复杂性。
　　5 结束语
　　TLA混合沥青在国内的推广和研究正快速的发展，在我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）当中虽然有提及，但仍未对其应用及使用性能进行详细的表述和要求，随着更多工程的应用和推广，TLA混合沥青在国内的发展将具更大的前景。
　　参考文献
　　1、公路沥青路面设计及施工规范（JTJ014-97、032-94）
　　2、公路改性沥青路面施工技术规范（JTJ036-98）
　　3、沥青路面施工及验收规范（GBJ92-96）
　　4、公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052--2000)
　　5、公路工程集料实验规程（JTGE42-2005）