TLA改性瀝青AC-25C型混合料路用性能研究

潘華良,易 強(qiáng),許湛成,于發(fā)袂

(1.廣西交通投資集團(tuán)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(yǎng)護(hù)工程技術(shù)研究中心,廣西 南寧 530007)

0 引言

瀝青路面由于其優(yōu)越的行車(chē)舒適性成為高等級(jí)公路常見(jiàn)的路面結(jié)構(gòu)形式。廣西山區(qū)夏季高溫多雨且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),夏季路面最高溫度可達(dá)到60 ℃,年降雨量達(dá)到2 000 ml,部分地區(qū)更是達(dá)到3 500 ml。因此如何提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性,同時(shí)兼顧水穩(wěn)定性已成為廣西高速公路建設(shè)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

特立尼達(dá)湖瀝青(TLA)是產(chǎn)于南美西印度群島特立尼達(dá)境內(nèi)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(qiáng)、與集料具有很好的粘附性,通過(guò)在基質(zhì)瀝青中添加湖瀝青進(jìn)行改性可有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)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(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中更加穩(wěn)定、不容易出現(xiàn)分層、離析等現(xiàn)象,且采用湖瀝青改性,制作過(guò)程簡(jiǎn)單,不需要特殊的加工設(shè)備,因而受到研究人員的廣泛關(guān)注[4]。

國(guó)外對(duì)于湖瀝青改性瀝青的研究和應(yīng)用較早[5-6],如美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家均建立了關(guān)于湖瀝青的技術(shù)規(guī)范。我國(guó)對(duì)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(xué)者針對(duì)湖瀝青的特點(diǎn)對(duì)湖瀝青改性瀝青混合料的配合比進(jìn)行研究,針對(duì)各項(xiàng)目的實(shí)際情況完善配合比設(shè)計(jì),指導(dǎo)湖瀝青改性瀝青成功應(yīng)用于橋面鋪裝、高等級(jí)公路及機(jī)場(chǎng)等工程項(xiàng)目[7-9]。

本文通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn),結(jié)合廣西瀝青路面配合比設(shè)計(jì)實(shí)際情況,以AC-25C為對(duì)象,選用TLA改性瀝青和基質(zhì)瀝青進(jìn)行混合料路用性能比較,分析TLA摻量、油石比對(duì)TLA改性瀝青AC-25C型混合料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)TLA改性瀝青混合料)性能的影響規(guī)律,為廣西TLA改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、施工提供參考。

1 原材料性能

1.1 基質(zhì)瀝青

試驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為殼牌70#A級(jí)道路石油瀝青,其性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 道路石油瀝青技術(shù)性能的試驗(yàn)結(jié)果表

1.2 TLA

試驗(yàn)采用TLA的性能檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 TLA技術(shù)性能的試驗(yàn)結(jié)果表

1.3 集料及填料

試驗(yàn)相關(guān)的集料選用廣西桂柳改擴(kuò)建工程項(xiàng)目下面層所用的集料,共六檔規(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(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 粗、細(xì)集料及礦粉的試驗(yàn)結(jié)果表

1.4 TLA改性瀝青制備

TLA改性瀝青的制備過(guò)程為:先將TLA在155 ℃烘箱中預(yù)熱15～16 h,道路石油瀝青加熱至135 ℃,然后用0.6 mm濾篩過(guò)濾掉TLA中的雜質(zhì),按照既定的比例投入高剪切混合乳化機(jī),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(zhì)瀝青混合料路用性能分析

為了更好地對(duì)比分析TLA改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料的路用性能,參考桂柳改擴(kuò)建工程項(xiàng)目AC-25C的配合比資料,本次TLA改性混合料及基質(zhì)瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)盡可能采用相同級(jí)配,以減少級(jí)配的差異對(duì)瀝青混合料性能的影響。在級(jí)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(yàn)證基質(zhì)瀝青混合料和不同摻量TLA改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

2.1 AC-25C型基質(zhì)和TLA改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能分析

參考桂柳改擴(kuò)建工程項(xiàng)目AC-25C的配合比資料,采用相近級(jí)配進(jìn)行TLA改性瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì),按±3%油石比進(jìn)行生產(chǎn)配合比的馬歇爾試驗(yàn)。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果,并結(jié)合廣西的氣候特點(diǎn)和實(shí)際情況論證取用,得出最佳油石比。試驗(yàn)采用的級(jí)配曲線及最佳油石比見(jiàn)表4和圖1。

圖1 AC-25C型混合料級(jí)配對(duì)比曲線圖

表4 AC-25C型混合料級(jí)配組成表

從圖1可以看出基質(zhì)瀝青混合料和TLA改性瀝青混合料兩者采用的級(jí)配比較相近,關(guān)鍵篩孔4.75 mm的通過(guò)率相差較小,但是為了保證兩個(gè)級(jí)配的空隙指標(biāo)滿(mǎn)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(guī)格的集料,同時(shí)TLA改性瀝青級(jí)配中0.075 mm的通過(guò)率低于基質(zhì)瀝青。

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AC-25型TLA改性瀝青混合料的最佳油石比比基質(zhì)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(zhì)造成的。

2.2 TLA摻量對(duì)混合料路用性能的影響分析

采用上述級(jí)配,分別對(duì)基質(zhì)瀝青混合料、摻量為20%、30%的TLA改性瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性試驗(yàn),相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5～7及下頁(yè)圖2～3。

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

圖3 不同TLA摻量的改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線圖

表5 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

表6 凍融馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

表7 高溫性能試驗(yàn)結(jié)果表

(1)TLA改性瀝青混合料的最佳油石比較基質(zhì)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(zhì)造成的。

(2)在采用相近級(jí)配曲線的情況下,TLA改性混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較基質(zhì)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(yōu)于礦粉瀝青膠漿,因而在經(jīng)TLA改性后混合料的動(dòng)穩(wěn)定度明顯提高。

(3)TLA改性瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定和凍融劈裂強(qiáng)度均優(yōu)于基質(zhì)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(xué)性質(zhì)使其在TLA改性瀝青混合料中起到類(lèi)似抗剝落劑的作用[10],從而提高混合料的水穩(wěn)定性。

(4)從表5～7和圖2～3的試驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn),在不同TLA摻量下,TLA改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫性能出現(xiàn)一定的波動(dòng),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(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同摻量下的TLA改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證及分析,發(fā)現(xiàn)TLA改性瀝青混合料最佳油石比略大于基質(zhì)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(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性;基于本文所用得級(jí)配及基質(zhì)瀝青,在TLA摻量為20%時(shí),具有較好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性,其中動(dòng)穩(wěn)定度較基質(zhì)瀝青混合料提高了84.7%,浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均能達(dá)到規(guī)范中濕熱地區(qū)改性瀝青混合料的要求。