TLA改性瀝青AC-25C型混合料路用性能研究

潘華良,易 強,許湛成,于發袂

(1.廣西交通投資集團有限公司,廣西 南寧 530022;2.廣西交投科技有限公司,廣西 南寧 531400;3.廣西高速公路養護工程技術研究中心,廣西 南寧 530007)

0 引言

瀝青路面由于其優越的行車舒適性成為高等級公路常見的路面結構形式。廣西山區夏季高溫多雨且持續時間長,夏季路面最高溫度可達到60 ℃,年降雨量達到2 000 ml,部分地區更是達到3 500 ml。因此如何提高瀝青路面的高溫穩定性,同時兼顧水穩定性已成為廣西高速公路建設中重點關注的問題。

特立尼達湖瀝青(TLA)是產于南美西印度群島特立尼達境內的天然瀝青,其含氮量高,因此湖瀝青黏度較大、抗氧化性能強、與集料具有很好的粘附性,通過在基質瀝青中添加湖瀝青進行改性可有效提高瀝青混合料的高溫穩定性和抗水損害性能[1-3]。與其他聚合物改性劑相比,湖瀝青和道路石油瀝青相容性更好,因而在存儲、運輸過程中更加穩定、不容易出現分層、離析等現象,且采用湖瀝青改性,制作過程簡單,不需要特殊的加工設備,因而受到研究人員的廣泛關注[4]。

國外對于湖瀝青改性瀝青的研究和應用較早[5-6],如美國、英國等國家均建立了關于湖瀝青的技術規范。我國對湖瀝青的研究雖然起步較晚,但也取得了十分豐富的研究成果,不少學者針對湖瀝青的特點對湖瀝青改性瀝青混合料的配合比進行研究,針對各項目的實際情況完善配合比設計,指導湖瀝青改性瀝青成功應用于橋面鋪裝、高等級公路及機場等工程項目[7-9]。

本文通過室內試驗,結合廣西瀝青路面配合比設計實際情況,以AC-25C為對象,選用TLA改性瀝青和基質瀝青進行混合料路用性能比較,分析TLA摻量、油石比對TLA改性瀝青AC-25C型混合料(以下簡稱TLA改性瀝青混合料)性能的影響規律,為廣西TLA改性瀝青混合料配合比設計、施工提供參考。

1 原材料性能

1.1 基質瀝青

試驗采用的基質瀝青為殼牌70#A級道路石油瀝青,其性能指標檢測結果見表1。

表1 道路石油瀝青技術性能的試驗結果表

1.2 TLA

試驗采用TLA的性能檢測指標見表2。

表2 TLA技術性能的試驗結果表

1.3 集料及填料

試驗相關的集料選用廣西桂柳改擴建工程項目下面層所用的集料,共六檔規格,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機制砂,填料為石灰巖礦粉。試驗結果如表3所示。

表3 粗、細集料及礦粉的試驗結果表

1.4 TLA改性瀝青制備

TLA改性瀝青的制備過程為:先將TLA在155 ℃烘箱中預熱15～16 h,道路石油瀝青加熱至135 ℃,然后用0.6 mm濾篩過濾掉TLA中的雜質,按照既定的比例投入高剪切混合乳化機,以5 000 r/min的速率攪拌30 min以上,攪拌溫度控制在165 ℃±2 ℃,最后加工成TLA改性瀝青。

2 TLA改性瀝青混合料和基質瀝青混合料路用性能分析

為了更好地對比分析TLA改性瀝青混合料和基質瀝青混合料的路用性能,參考桂柳改擴建工程項目AC-25C的配合比資料,本次TLA改性混合料及基質瀝青混合料的級配設計盡可能采用相同級配,以減少級配的差異對瀝青混合料性能的影響。在級配大致相同的情況下,確定瀝青混合料的最佳油石比,在最佳油石比下驗證基質瀝青混合料和不同摻量TLA改性瀝青混合料的高溫穩定性和水穩定性。

2.1 AC-25C型基質和TLA改性瀝青混合料配合比設計及性能分析

參考桂柳改擴建工程項目AC-25C的配合比資料,采用相近級配進行TLA改性瀝青混合料級配設計,按±3%油石比進行生產配合比的馬歇爾試驗。根據馬歇爾試驗結果,并結合廣西的氣候特點和實際情況論證取用,得出最佳油石比。試驗采用的級配曲線及最佳油石比見表4和圖1。

圖1 AC-25C型混合料級配對比曲線圖

表4 AC-25C型混合料級配組成表

從圖1可以看出基質瀝青混合料和TLA改性瀝青混合料兩者采用的級配比較相近,關鍵篩孔4.75 mm的通過率相差較小,但是為了保證兩個級配的空隙指標滿足要求,TLA改性瀝青混合料各檔料的摻配比例中降低了3～5 mm規格的集料,同時TLA改性瀝青級配中0.075 mm的通過率低于基質瀝青。

通過室內試驗發現,AC-25型TLA改性瀝青混合料的最佳油石比比基質瀝青混合料最佳油石比高0.3%,這主要是由于TLA混合料中含有部分礦物質造成的。

2.2 TLA摻量對混合料路用性能的影響分析

采用上述級配,分別對基質瀝青混合料、摻量為20%、30%的TLA改性瀝青混合料進行水穩定性和高溫穩定性試驗,相關的試驗結果見表5～7及下頁圖2～3。

圖2 不同TLA摻量的改性瀝青混合料凍融劈裂強度比及浸水殘留穩定度變化曲線圖

圖3 不同TLA摻量的改性瀝青混合料動穩定度變化曲線圖

表5 浸水馬歇爾試驗結果表

表6 凍融馬歇爾試驗結果表

表7 高溫性能試驗結果表

(1)TLA改性瀝青混合料的最佳油石比較基質瀝青混合料最佳油石比高0.3%,這主要是由于TLA中含有部分礦物質造成的。

(2)在采用相近級配曲線的情況下,TLA改性混合料的動穩定度較基質瀝青明顯提高,這是主要由于TLA中含有灰分,灰分瀝青膠漿高溫性能優于礦粉瀝青膠漿,因而在經TLA改性后混合料的動穩定度明顯提高。

(3)TLA改性瀝青混合料的浸水殘留穩定和凍融劈裂強度均優于基質瀝青混合料。這是由于TLA中灰分的比表面積較大,且灰分的物理化學性質使其在TLA改性瀝青混合料中起到類似抗剝落劑的作用[10],從而提高混合料的水穩定性。

(4)從表5～7和圖2～3的試驗結果還可以發現,在不同TLA摻量下,TLA改性瀝青混合料的高溫穩定性和低溫性能出現一定的波動,30%摻量的TLA改性瀝青混合料的高、低溫性較20%摻量的TLA改性瀝青混合料差。

3 結語

通過對不同摻量下的TLA改性瀝青混合料和基質瀝青混合料進行性能驗證及分析,發現TLA改性瀝青混合料最佳油石比略大于基質瀝青混合料;TLA中灰分的存在,可顯著改善TLA改性瀝青混合料的水穩定性和高溫穩定性;基于本文所用得級配及基質瀝青,在TLA摻量為20%時,具有較好的高溫穩定性和水穩定性,其中動穩定度較基質瀝青混合料提高了84.7%,浸水馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂強度比均能達到規范中濕熱地區改性瀝青混合料的要求。