（交通运输工程专业论文）特里尼达湖沥青在路面工程中的应用研究.pdf

、 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o l i i ii iul luii l li iii ii y 1811011 保密2 年 t o n g j iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro f t e c h n o l o g y r e s e a r c ho n a p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yo f t r i n i d a dl a k ea s p h a l tu s e da s p h a l t p a v e m e n te n g i n e e r i n g -， s c h o o l d e p a r t m e n t ：t r a n s p o r te n g i n e e r i n gi n s t i t u t e d i s c i p l i n e ：t r a n s p o r te n g i n e e r i n g m a j o r ： c a n d i d a t e ： j i a n g l u s u p e r v i s o r ：p r o f f e ny e sc h o o lg u i d a n c et e a c h e r ：p r o f j i a nz h o n gm a m a y , 2 0 0 8 位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者繇鹃 。矽y 毒与月矿日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 离貉 乙伽备歹月眇日 摘要 摘要 本文详细阐述了特立尼达湖沥青( t l a ) 的特性，分析了t l a 的化学组成 成分，从原理上阐述了t l a 具备良好路用特性的根源所在。分别通过t l a 与同 种基质沥青的不同掺配比例，与不同基质沥青相同掺配比例、与同种基质沥青 相同掺配比例不同骨料级配下的混合料进行沥青混合料性能试验，深入研究掺 配t l a 湖沥青对混合料高温稳定性、低温稳定性及强度性能和水稳定性能的影 响。通过应用数理统计的方法进行试验数据的处理、对比分析，结果表明：掺 入t l a 的沥青混合料马歇尔稳定度明显提高，动稳定度明显提高，具有很好的 高温稳定性能；低温劈裂强度明显加大，具有很好的低温稳定性；不同型号的 基质沥青经掺入t l a 后，沥青混合料各项技术指标较为接近，可根据现场情况 确定选取基质沥青。 依托太原一旧关高速公路路面改造工程，在实验室研究基础上，进一步进 行了t l a 施工配合比的确定和路用性能的实地检测，系统地研究1 1 a 作为改 性剂在沥青混合料中的应用。 经过对大量实验数据的分析处理，得出掺加一定量t l a 的沥青混合料具有软 化点高，高温、低温稳定性好，抗车辙能力强等特性的结论，极大的提高了沥 青混合料的路用性能，因此t l a 湖沥青是一种性能良好的沥青改性材料。 关键词：t l a ，沥青混合料，路用性能，研究 a b s t r a c t t h i sp a p e re l a b o r a t e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t r i n i d a dl a k ea s p h a l t i ta n a l y s i s c h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft r i n i d a dl a k ea s p h a l t f r o mt h ep r i n c i p l e se x p o u n d e do n t h et r i n i d a dl a k ea s p h a l t h a sag o o ds o u r c eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c s o fr o a d c h a r a c t e r i s t i c s t h r o u g ht h et e s to ft l a w i t ht h ed i f f e r e n tk i n d so fb a s eo nd i f f e r e n t a s d h a hb l e n d i n gr a t i o ，w i t hd i f f e r e n tb a s ea s p h a l t d o p e dw i t ht h es a m ep r o p o r t i o n ， w i t ht h es 锄ek i n do fm a t r i xa s p h a l t - d o p e dw i t ht h es a m ep r o p o r t i o no fd i f f e l + e n t a g g r e g a t el e v e lw i t ht h em i x t u r e b l e n d i n gi n - d e p t hs t u d yt h ei n f l o u n c e o ft l al a k e a s p h a l tm i x t u r eo fh i g ht e m p e r a t u r e s t a b i l i t y , l o w - t e m p e r a t u r es t a b i l i t y , s t r e n g t h p e 怕r m a i l c e ，w a t e rs t a b i l i t y i no r d e rt ot e s td a t ap r o c e s s i n gt h r o u g ha p p l i i n go f t h e m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t r o d u c t i o no f t h ea s p h a l tm i x t u r e t l am a r s h a l ls t a b i l i t y 、d y n a m i cs t a b i l i t y 、s p l i t t i n gs t r e n g t ho fl o w 。t e m p e r a t u r e m a r k e d l vi m p r o v e d r e l y i n go nt h ep a v e m e n tr e p a i r m e n to ft a iy u a n _ j i u g u a n e x p r e s s w a y ，w e f u t h e r s t u d yt h e c o n s t r u c t i o na n dr o a dp e r f o r m a n c e o nt h e f i e l d t e s t i n g ， a r e rt h el a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t a ld a t aa n a l y s i s ，d r a w i n g t h ec o n c l u s i o nt h a t a s p h a l tm i x 眦a d d i n g ac e r t a i na m o u n to f t l ah a sh i g h e rs o f t e n e dp o i n t ，h i 曲a n d l o w - t e m d e r a t u r es t a b i l i t y , s t r o n g e ra n t i - r u t t i n g g r e a t l yi n c r e a s et h em i x t u r eo f a s p h a i t r o a dp e 怕m a n c e s ot h et l a l a k ea s p h a l ti sag o o dp e r f o r m a n c eo ft h em o d i f i e d a s p h a l tm a t e r i a l s k e yw o r d s ：t l a ，a s p h a l t m i x t u r e ，r o a dp e r f o r m a n c e ，r e s e a r c h 1 l 目录 第1 章绪论1 1 1 背景及意义1 1 2 国内外概况3 1 3 主要研究内容5 第2 章特立尼达湖改性沥青试验研究7 2 1 原材料试验7 2 2 沥青混合料试验1 4 2 3 沥青混合料路用性能研究1 7 第3 章特立尼达改型沥青混合料施工工艺2 2 3 1 工程概况2 2 3 2 原材料2 5 3 3 t l a 改性沥青混凝土配合比设计3 1 3 4t l a 改性沥青及沥青混凝土施工3 9 第4 章结论与展望5 3 4 1 主要研究结论3 3 i i i 目录 4 2 展望5 3 致谢5 5 参考文献5 6 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果5 8 第l 章绪论 1 1 立题背景及意义 第1 章绪论 在公路沥青路面建设中，为了改善沥青混合料物理力学性能和沥青混凝土 路面使用性能，往往采用各种改性沥青混合料做面层，也即在沥青中掺入改性 剂。所用的改性剂类型有多种，如炭黑、高钙粉煤灰等微填料类改性剂；聚脂 纤维、石棉纤维等纤维类改性剂；树脂、橡胶等高聚合物类改性剂和硫磷类改 性剂等。这些改性剂有些可以改善其流变性，如高聚合物类改性剂和微填料类 改性剂，使用于高低温相差悬殊的地区；有些可以增加抗拉强度，如纤维类改 性剂，适用于低温干燥地区。但上述所有这些改性剂都是人工按比例掺配的， 有些有毒害作用，例如聚乙烯纤维、石棉纤维等，对人体的健康有害，当然对 环境保护也不利。 除了上述改性沥青外，目前有另一种沥青在西方国家正被广泛使用，就是 天然沥青。与橡胶和聚合物等改性沥青相比，它具有得天独厚的优越性。根据 生成矿床的不同，天然沥青可以分成浸润型( 如瑞士v a id et r a v e r s ) 、涌出型 ( 如特立尼达湖沥青) 和缝隙填充型( 如美国g i l s o n i t e ) ，通常又被称为海底 沥青、湖沥青和岩石沥青。 天然沥青主要表现在以下几个方面的特点： ( 1 ) 含氮量高，较普通沥青高出几倍至几十倍不等。在天然沥青中，氮元 素以官能团形式存在，这种存在使天然沥青具有很强的浸润性和对自由氧化基 的高抵抗性，其它元素的官能团及测链的存在也共同发育了上述特征，具体表 现就是沥青粘度增大，抗氧化性增强，特别是与集料的黏附性及抗剥离性得到 明显的改善。试验证明用天然沥青作改性剂，在高温长时间条件下，其黏附性 还有增强趋势，这为碱性石料缺乏的地区修建高等级沥青路面抗滑表层提供了 新的技术手段和崭新的思路。 ( 2 ) 天然沥青具有“半聚合”作用。天然沥青的分子量很大，当它溶于基 质沥青后，在高温及小分子包围作用下，造成天然沥青大胶束的破裂，使其暴 露出许多活性点，而这些活性点迅速与小分子结合形成这种半聚合作用。它与 第1 章绪论 有些树脂发生交联、聚合反应足以证明这一作用的存在，这也为它与其它物质 作为复合改性剂提供了极有价值的依据。 ( 3 ) 天然沥青具有很好的耐候性。这是因为它抗微生物侵蚀作用很强，并 具有在自由表面形成致密光亮保护膜的特点。天然沥青在涂料业中的使用已经 证明，天然沥青的加入极大改善了普通沥青的耐候性和抗紫外线能力，这将会 提高沥青路面的耐久性，减缓沥青老化速度，从而延长道路的使用寿命。 ( 4 ) 天然沥青中不含蜡，将其加入高含蜡量的沥青中会明显改善沥青的各 项指标。其实天然沥青并非不含蜡，只是在地壳中长期与各种条件作用，使蜡 含量急剧降低，并转化成其它形式存在。当它加入到普通沥青当中，会把这种 特性在重组中一定程度遗传给基质沥青，进而降低石蜡在沥青中的危害。在美 国，为改善高蜡含量沥青的性能，通常加入6 7 的北美硬沥青。 其中，最著名的要数特立尼达湖沥青，产地位于南美洲特立尼达岛，面积 约3 5 公顷，贮量约l 千万至1 千5 百万吨，又称“硬胶沥青湖”。关于它的成 因曾有许多猜测，通常认为是中新世后期时代由某种粘稠沥青涌出地面后形成 的。地壳下陷、海水侵蚀，沥青湖沉积了大量粘土和淤泥，其中一部分渗入沥 青，形成一种淤泥、粘土、水、沥青的粘性混合物。为石油在特殊条件下被氧 化聚合成不同矿物的产物。 其生产方式是用轻型牵引机械从湖面将沥青刮起，然后通过铁路输送到精 致蒸馏塔，在蒸馏塔用蒸气管道加热至恒定温度1 6 0 ，以去除杂质及水分，这 些提取的产品称之为特立尼达湖沥青( t r i n n i d a dl a k ea s p h a l t 简称t l a ) 。t l a 掺加到石油沥青中作为沥青改性剂，得到t l a 改性沥青，t l a 与基质沥青有较好 的混融性，由沥青质、树脂、油分和部分不溶的灰分组成，正是由于这些矿物 质具有坚硬特点和稳定结构，从而使特立尼达湖沥青具有了独特的特点和性能。 t l a 改性沥青具有良好的高温稳定性及低温性能，相对于s b s 等改性沥青具有更 为出色的性能：耐老化、耐高温、抗水损害、粘附力强。而且，其与基质沥青 配伍好，生产工艺简便易行。t l a 改性沥青有以上突出的优点，但缺乏t l a 改性 沥青路用性能的系统的研究以及施工工艺研究。 为此，山西省交通厅将该课题列入山西省2 0 0 3 年公路建养科研项目，编号 为0 3 1 1 。 特立尼达湖沥青是世界上最大的可作为商业用途的天然沥青矿。据说该矿 最早是在1 5 9 5 年三月由沃尔特罗利爵士( s i rw a s l t e rr a l e i g h ) 发现的。1 6 1 7 年他再次考察该湖时，在日记中首次记录了对该湖的描述。他不叫其为“湖” 而称其为“平原”。他加以解释说。整个地区遍地都是沥青，四处横溢，流向 大海。 人们最初尝试使用特立尼达湖沥青时只是在海岸边或海岸附近捞出大量沥 青。罗利本人就是使用过这种沥青修补船只的裂缝，他发1 1 现修补的效果极佳，人们反复尝试利用这种沥青的独一无二的特点，亦 曾尝试应用于其它方面的用途，然而，直到1 8 8 8 年由美英商人成立特立尼达湖 沥青公司( t r i n i d a da s p h a l tc o m p a n y ) ，这种简单的利用才真正发展到商业性 的水平，从那时起，这种沥青成为修筑路面的首选材料，使用量急剧上升。1 8 7 0 年德士美公司( e j d e s m e d t ) 使用特立尼达湖沥青在美国新泽西州的纽华市铺 设了第一条沥青道路，早在1 8 8 0 年，美国华盛顿特区在几个城市街道的路面工 程中已应用了t l a ( 如1 8 9 0 年铺设的宾夕法尼亚大道) 。用这种沥青铺设的道路 因其使用寿命极长，维修费用低而著名。后来尤其是应用在重交通路段，包括 飞机场、桥面铺装、高速公路等等，纽约和新泽西州的运输部都在承受大面积 极繁重负载的区域，如桥面铺装、斜坡匝道、公共汽车枢纽站及其它相类似的 地方应用了t l a ，包括乔治华盛顿大桥、林肯隧道、肯尼迪机场、拉瓜迪机场和 n e w a r k 机场的跑道。超过1 2 年的使用证明，由于没有出现明显的变形、开裂和 泛油推挤，粘结剂的粘韧性抵挡了寒冬及酷暑不同气候的变化，从而减少了维 修养护的费用。 英国伦敦的主要街道和高速公路在沥青混凝土路面上普遍应用了t l a 改性 沥青，从而能抵挡慢速重型车辆引起的变形，抗滑及使用周期长，许多高速公 路的服务寿命已经超过3 0 年。 在德国柏林和几个州的高速公路、环城公路的几百公里路面上使用了t l a 改性 沥青。混合料包括浇注式沥青混凝土和沥青马蹄脂，在3 0 多年的应用中，节省 了大量的结构维护费用，表现出在极寒冷的气候条件下的很低的温度敏感性和 粘结剂的韧性。 桥面铺装采用t l a 改性沥青马蹄脂铺设的成功的实例很多，英国h u n b e r 大 第l 章绪论 桥在1 9 8 1 年铺设后，一直运作良好，大多数情况下不需要维护，日本的本州四 国联络桥使用了t l a 改性沥青，在高温及特别繁重的交通条件下，动稳定度明 显提高了，至今使用良好。在香港，过海隧道于1 9 7 2 年用t l a 改性沥青铺设了 热压式沥青混合料路面。 在特立尼达和多巴哥，最早采用t l a 是在1 9 4 4 年，c u r c h i l l - r o o s e v e l t ( 丘 吉尔一罗斯福) 公路采用3 0 4 0 针入度级的t l a 改性沥青结合料铺设表层，制备 过程中，沥青粘结剂的针入度值低至1 8 。此公路直到1 9 7 7 年，即3 3 年后才重 新铺设，实际使用年限是估计寿命的2 倍多。此后，南北干道走廊约1 3 k m 长的 主干道公路和1 8 k m 长的铺道，所有路面混合料采用具有6 0 - 7 5 的针入度值的t l a 改性沥青。自1 9 8 4 年1 2 月投入使用以来，路面每天平均承受大约2 3 0 0 0 辆的 交通量( 约1 7 是卡车) ，至今仍未显示出任何破坏的迹象。 在研究方面，文献 3 ，4 就动态弹性模量和疲劳特性而言，3 0 3 3 t l a 掺量 最具有经济效益。特立尼达和多巴哥沥青有限公司、威斯康星大学( u w i ) 土木 工程系和若干国际测试机构进行了长达5 0 多年的沥青试验研究，对其特性有了 充分的了解。特立尼达湖沥青( t l a ) 为半固体、乳化状的天然沥青，原始和精 制状态下的t l a 的绝大部分是沥青成分，均含有相当大比例的矿物质，在过去 1 0 0 多年中，t l a 的组成是，5 3 一5 5 沥青、3 6 一3 7 矿物质和9 1 0 的水化水， 以及吸收沥青和挥发性物质。矿物质是绝对细小的，其中9 0 d x 于0 0 7 5 m m ，4 4 小于0 o l m m ，经x 射线衍射识别主要是石英和粘土矿物质( 高岭石和伊利石) 。 在沥青中的这种细小矿物质对车轮提供了相当的摩擦阻力。t l a 非常坚硬( 针入 度1 - 4 ，软化点9 3 - 9 9 ) ，结构稳定( 最高至5 0 0 ) 。将精制湖沥青中的矿物 质全部清除，抽提出其中所含的地沥青，其密度为1 0 5 1 0 8 9 c m 3 ，2 5 针入 度1 1 0 ，软化点6 5 。其化学构成为碳5 2 3 、氢1 0 7 、硫6 2 、氮0 8 。 因此，t l a 是一种独特的天然湖沥青，分析t l a 的基本胶体结构提示了它具有更 多的凝胶体而不是溶胶结构，通过其特有的微观尺寸和沥青质的性质提供改性 后沥青的结构性能和降低温度敏感性。软沥青质组成物的成分给t l a 中的地沥 青带来了优越的抗剥落性能。 我国7 0 - 8 0 年代在北京、河北、浙江、江苏等许多地方都铺筑过试验路段， 且显示出t l a 具有良好的使用性能，但t l a 没有普遍使用起来，关键在于价格 上，当时我国的国产沥青的价格很低，每吨仅数百元；相比之下t l a 的单价就 显得难以承受。时至今日，普通沥青的价格有了相当大的变化，不少聚合物改 厂 性沥青也登上了历史舞台。而t l a 的价格则有了较大幅度的下降，t l a 改性沥青 的价格已经可以和现在国际上常用的s b s 改性沥青的价格相竞争，因此t l a 在 我国得到应用就有了经济上的保证。自1 9 9 9 年开始大量使用，北京二环路改造 工程、首都机场西跑道路面，江阴长江大桥桥面铺装，重庆市上清寺大转盘、 “0 国道八达岭段、成渝高速公路桥面铺装等都使用了t l a 沥青，并取得了良好 的效果。文献主要对6 0 7 0 级沥青中掺入1 5 、3 0 、4 5 比例的t l a 改性沥青的影 响及2 5 ：7 5 掺配比例的t l a 改性沥青混合料的路用性能进行了研究；文献对掺 配比例2 5 ：7 5 的t l a 改性性能进行试验，并在1 1 0 国道( 延庆段) 的养护大修 中修筑了试验段。 从国内外有关特立尼达湖改性沥青的试验研究报道可知，t l a 改性沥青主要 集中在特定的掺配比例下对其进行性能研究，通常在道路工程的基质沥青中掺 和2 5 为多，即t l a 沥青与石油沥青的掺加比例为2 5 ：7 5 ，而对于不同掺量下 的特立尼达湖沥青胶结料和沥青混合料进行系统研究的报道，特别是在山西地 区环境气候和运煤重载交通条件下的系统研究并不多见。为全面掌握t l a 改性 沥青及其混合料的路用性能，本文针对这种状况，在试验研究当中扩大了t l a 改性沥青的掺配比例范围，并将各级嵌挤密级配沥青混合料的设计思想应用于 t l a 改性沥青混合料的矿料级配设计中，以便使沥青混合料的热稳定性得到进一 步提高，掌握不同掺配比例的沥青混合料的路用性能，为t l a 改性沥青混合料 设计提供依据。 1 3 主要研究内容 本文依托太原一旧关高速公路路面改造工程项目，并主要参与其中的沥青 混合料性能试验，在论文中主要分析研究以下内容： ( 1 ) 特立尼达湖改性沥青胶结料路用性能：高温性能、低温性能、抗老化 性能的研究； ( 2 ) 马氏击实试验确定特立尼达湖改性沥青最佳用量的参数范围的研究； ( 3 ) 特立尼达湖改性沥青混合料路用性能：高温稳定性、低温稳定性、水 稳定性的研究； ( 4 ) 特立尼达湖改性沥青面层施工技术( 包括沥青混合料摊铺温度、碾压 温度、碾压次数及施工机械) 的研究； 第1 章绪论 ( 5 ) 特立尼达湖改性沥青经济、社会效益分析研究。 究 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 山西省作为能源重化工基地，山陵重丘区较多，在荷载较大的新建高速公 路表面层、中面层、长大陡坡路段及高速公路大中修加铺层中使用新型改性沥 青，可以提高沥青面层高温抗车辙性能，增强低温抗裂性能，减少水损坏，减 轻重交通沥青路面的早期破坏，延长沥青路面使用寿命。本章对不同掺量下的 改性沥青性能进行试验，研究特立尼达湖沥青作为改性剂的使用性能。 2 1 原材料试验 2 1 1 检验依据 j t ge 4 2 2 0 0 5 公路工程集料试验规程； j t gf 4 0 - 2 0 0 4 公路沥青路面施工技术规范。 j t j 0 5 2 2 0 0 0 沥青及沥青混合料试验规程； 2 1 2 粗集料 粗集料采用平定张庄玄武岩碎石和寿阳石灰岩碎石，各项物理、力学性能 试验结果见表2 - 1 。 粗集料物理、力学性能试验结果表2 一l 试验项目平定玄武岩寿阳石灰岩规范要求 表观密度 ( g c m 3 ) 2 7 9 32 7 0 52 6 0 毛体积密度( g c m 3 ) 2 7 0 12 6 9 7 松散密度 ( g c m 3 ) 1 3 0 5 1 3 8 5 捣实密度( g c m 3 ) 1 4 6 21 5 1 7 压碎值( ) 2 1 52 2 42 6 吸水率 ( )1 20 12 0 洛杉矶磨耗( ) 2 6 92 6 72 8 针片状含量 ( )1 0 11 2 o1 5 粘附性 4 级偏上5 级4 级 水洗法 0 0 7 5 m m 含量( ) 1 oo 51 o 坚同性( ) 4 73 61 2 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 平定玄武岩和寿阳石灰岩各项性能指标都符合公路沥青路面施工技术规 范表4 8 2 的要求。 2 1 3 细集料 细集料采用平定张庄玄武岩石屑、寿阳石灰岩石屑、河北正定砂，各项物 理性能试验结果见表2 2 。 细集料物理、力学性能试验结果表2 - 2 试验项目平定石屑寿阳石属河北下定砂规范要求 表观密度( r c m 3 ) 2 8 5 72 7 2 7 2 6 0 92 5 0 松散密度( g c m 3 )1 5 5 01 4 0 71 5 0 7 捣实密度( g c m 3 )1 7 0 51 4 9 71 6 0 3 砂当量 ( )8 7 88 3 67 9 96 0 水洗法 2 5 0 亲水系数 ( )o 7 l 含水量 ( )o 。l l 塑性指数 3 6 4 加热安定性合格实测记录 0 6 m m9 8 91 0 0 粒度范围 5 7 沥青结合料试验结果汇总表 表2 - 6 品种p i 值t f o t 试验质量损失值( ) 密度( g c m 3 ) s k1 1 4旬0 41 0 5 2 规范要求 1 5 斗1 o 圣b o 8实测 2 1 5 2t l a 天然沥青 9 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 湖沥青在天然状态下形成，因此含有一定数量的矿物质。其化学成分主要 由沥青质、树脂和油分组成，还有部分不溶物。天然沥青的基本性质取决于他 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。为此，按照英国 b s 3 6 9 0 标准对湖沥青的性能进行检测，检测结果见表2 7 。 经提炼后，t l a 中的矿物成分为：s i o 。7 0 ，a 1 。0 。1 7 ，f e ：0 。8 ，c a o 、m g o 、 n a ：o 、k 、s o 。、c 1 等5 。颗粒尺寸：0 2 m m 为2 2 ，0 1 7 m m 为8 ，0 o l m m 为 8 9 8 。 湖沥青质量检测结果表表2 7 检测指标试验值标准 针入度( 2 5 ，5 s ) 0 1 m m 2 o0 - 4 软化点 9 3 o9 3 9 9 加热损失( 1 6 3 ，5 h ) 1 0 5 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 溶解席( = 氯7 ：烯) ( ) 7 7 9 07 7 9 07 7 - - 一9 07 7 9 0 t f o t 后残留物 碳留针入度2 5 ，l o 哝，5 s ( ) 5 5 5 2 4 7 4 2 延度2 5 5 f i i l m i n ( c m )5 05 07 51 0 0 无机质( 灰分) ( )7 5 - 一1 9 57 哥v 1 9 57 5 d 9 57 5 1 9 5 a s t m 标准表2 9 等级针入度建议应用条件 t m a l4 0 5 5 极繁重的荷载条件、重交通路面、停机坪等 t m a 26 0 7 5 繁重的交通量、标准负荷的高速公路、机场道面、街道等 中等至繁重的交通量、标准负荷的干线公路、次干道、公路、停车 t m a 38 0 1 0 0 场等 轻至中等的互泄、标准负荷的次干道、1 亭车场、热拌沥青及冷拌沥青混合料、 t m a 41 2 0 1 5 0 表面修复 2 1 0 。 另将英国b s - 3 6 9 0 关于特立尼达湖沥青( t l a ) 的标准也一并摘录，见表 特立尼达湖改性沥青标准( 英国b s 一3 6 9 0 )表2 一1 0 针入度等级 指标 3 55 07 0 m l n m a xm i n i m a x m i n i m a x 针入度2 5 。c ，l o o g ，5 s ( d m m ) 3 5 75 0 1 07 0 1 0 溶解度( 三氯乙烯) ( ) 7 5 7 97 5 7 97 5 7 9 无机质( 灰分)( ) 1 6 1 9 1 6 - - 1 91 6 1 9 t f o t 后残留物 质量损失 ( )0 5o 50 5 针入度降低2 5 c ，l o o g ，5 s ( ) 2 02 02 0 改性沥青技术指标以针入度作为分级的主要依据，以针入度指数p i 的变 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 化作为关键性评价指标。一般重交沥青的p i 值基本不超过- 1 0 ，但改性后要求 大于一1 o 。从改善沥青的温度敏感性要求出发，为使改性后沥青在试验温度范 围内感温曲线变化尽量平缓，使得高温性能变化较小，而施工温度范围内粘度 又不会太大，美国a s t m 特立尼达湖改性沥青标准规定1 3 5 的粘度 3 8 5m m2 s 。 改性后提高沥青软化点的同时，针入度又不会下降太多，低针入度与疲劳开裂 有关。另外，沥青试验技术要求中，某一指标的好坏非常关键，可通过改性前 后指标的变化评价改性效果。对不同类型的改性剂，互相之间的比较意义较小， 不能完全根据该指标好坏就判断改性效果的好坏，还要根据改性沥青混合料的 相关性能进行评价。因此，室内试验分别采用如下实验方案： ( 1 ) 试验方案一：不同参量下改性沥青性能比较 以韩国s k 9 0 a # 交通沥青为基质沥青，t l a 沥青与石油沥青的掺配比例分别 为2 0 ：8 0 、2 5 ：7 5 、3 3 ：6 7 、5 0 ：5 0 ，其中2 5 ：7 5 比例采用颗粒状t l a 沥青，其余 比例采用块状t l a 沥青，其各项性能试验结果见表2 1 1 。 t l a 改性沥青性能试验结果表2 - 11 试验值 检测指标 标准 基质 2 0 ：8 02 5 ：7 53 3 ：6 75 0 ：5 0 针 ( 1 5 ，5 s ) 0 1 m m2 8 32 4 61 3 81 7 91 0 8 入( 2 5 ，5 s ) o 1 m m9 1 05 7 23 7 94 3 62 7 24 0 - - 一5 5 度( 3 0 ，5 s ) o 1 m m 1 4 4 79 3 85 9 67 1 74 6 6 软化点 4 6 04 9 05 6 85 4 85 7 4 密度( g c m 3 ) 1 0 5 21 0 8 91 1 0 41 1 5 31 2 7 4 针 1 5 2 0 61 7 21 1 51 3 11 0 7 5 5 入2 5 5 9 44 2 4 2 6 72 9 o2 0 9 5 0 薄膜烘箱 度3 0 1 0 7 7 7 4 04 4 64 7 03 4 6 试验 1 5 7 2 8 6 9 9 8 3 _ 3 7 3 2 9 9 1 ( 1 6 3 ， 比 2 5 6 5 3 7 4 1 7 0 4 6 6 5 7 6 8 5 h ) 值 3 0 7 4 4 7 8 9 7 4 8 6 6 1 6 0 3 梦5 质量损失 0 0 4 00 2 4 60 0 4 00 3 7 l一0 4 5 5 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 从表2 1 1 中的数据可以得： 随着湖沥青掺量的增加，改性沥青的针入度降低，软化点升高，沥青 的高温性能明显改善。 随着湖沥青掺量的增加，改性沥青t f o t 后损失值逐渐增大。可见，湖 沥青中含有一定量的高温下可分解的物质。 随着湖沥青掺量增加，改性沥青密度逐渐增大。这与湖沥青密度较高有 关。 经对比，表明温度越高t l a 掺量对针入度的影响越大。 在掺入湖沥青后，改性沥青的延度明显降低，甚至在掺量达到5 0 时， 在低温下即使不受力也立即脆断。究其原因，可能是因为湖沥青中含有3 0 矿物 质( 灰分) ，此种物质非常细，其中的9 0 可通过0 0 7 5 r a m 的筛孔，约4 0 通过 0 o l m m 筛孔，细度相当于矿粉，但具有一定活性，所以也是一种改性剂。由于 矿物质的存在，显然会影响到改性沥青的延度指标。这就是一般不用延度指标 评价湖沥青低温性能的原因。也是掺入湖沥青后沥青与其他聚合物改性沥青评 价标准不同的原因。所以，对于t l a 改性沥青注重评价沥青混合料路用性能为 好。 颗粒状t l a 改性沥青的性能与块状t l a 改性沥青相比较，当其掺量为2 5 时，其针入度的降幅与软化点的增幅都超过块状t l a 改性沥青掺量为3 3 时取值 而接近于掺量为5 0 的取值。可见其高温性能改善幅度大于块状t l a 改性沥青。 t f o t 后质量损失接近于基质沥青，而远远小于其他掺量块状t l a 改性沥青。 ( 2 ) 试验方案二：不同标号基质沥青制成的改性沥青性能比较以中海7 0 # 及9 0 # 重交通石油沥青为基质沥青，掺2 5 特立尼达湖沥青( t l a ) 进行试验， 试验结果见表2 1 2 。 t l a 改性沥青的性能试验指标表2 1 2 中海7 0 8中海9 0 4 检测项目 基质 2 5 t l 变化率 基质 2 5 t l 变化率 沥青 a 沥青 a 针入度( 2 5 c ，5 s ) o 1 m m6 5 04 2 33 4 9 8 7 44 5 84 7 6 软化点弼球漓 4 7 55 3 9+ 1 3 5 4 4 o5 2 5+ 1 9 3 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 延度( 2 5 c ，5 m v i n i n ) 锄 1 0 0 1 0 0 密度( 1 5 ) g c m 3 1 0 2 41 11 6+ 9 o 1 0 0 51 1 1 2+ 1 0 6 溶解度e 氯乙烯) 9 9 38 6 71 2 7 9 9 68 5 71 4 0 由表中试验数据分析可以得出以下结论 随t l a 改性沥青掺量增多，沥青混合料针入度减小，软化点提高，说 明其高温稳定性得到改善； 由于t l a 含有较多的矿物质，改性沥青三氯乙烯溶解度仅为8 6 左右， 延度值也达不到l o o c m 的要求； t l a 改性后沥青各项指标的变化率，9 0 # 沥青比7 0 # 显著，掺量为2 5 t l a 改性沥青，9 0 # 署f l7 0 # 的指标值相近，说明用9 0 # 或7 0 # 做基质沥青的t l a 改性沥 青性能基本接近。 2 2 沥青混合料试验 2 2 1 配合比设计指标 ( 1 ) 稳定度8 k n ( 2 ) 流值 2 0 - 4 0 ( 0 1 m m ) ( 3 ) 空隙率3 - - - 5 2 2 2 油石比计算方法 t l a 湖沥青中含有一定量的灰分，这些灰分不仅使湖沥青具有了区别于其它 改性沥青的特点，也使其油石比计算方法有了特殊性。以下以1 ：3 的掺量举例 说明： t l a 中的成分：c s 2 可溶分( 沥青分) 5 4 灰分 3 6 其它( 主要是结晶水) 1 0 一份t l a 改性沥青中实有沥青：7 5 + 2 5 x5 4 = 8 8 5 ，也就是说为了能使 沥青真正达到1 ，实际需要加入t l a 改性沥青i 0 8 8 5 = 1 1 3 份( 当t l a 掺量变 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 为2 0 时，实际需要掺入的沥青为1 1 0 份，依此类推计算。) 。 例如：设计油石比为4 7 ，实际需要加入的t l a 改性沥青油石比为 4 7 1 1 3 = 5 3 其中： 基质沥青 5 3 7 5 = 4 o t l a 天然沥青5 3 2 5 9 6 = 1 3 有效沥青成分 1 3 5 4 = 0 7 灰分 1 3 3 6 = 0 5 有效沥青用量为4 o + 0 7 = 4 7 同时在矿粉中扣除0 5 的用量即可。 2 2 3 试验方案及试验结果 按照j t j 0 5 2 2 0 0 0 沥青及沥青混合料试验规程进行混合料马歇尔试验， 普通沥青混合料拌和温度为1 6 0 c ，成型温度为1 4 5 - - 1 5 5 ，改性沥青拌和温 度为1 7 0 ，成型温度为1 5 5 - - 1 6 0 。 ( 1 ) 试验方案一 以韩国s k 9 0 a # 为基质沥青，t l a 湖沥青与石油沥青的掺配比例分别为2 0 ：8 0 、 2 5 ：7 5 、5 0 ：5 0 ，其中2 5 ：7 5 比例采用颗粒状t l a 沥青，其余比例采用块状t l a 沥青，级配采用a c - 1 6 ，通过绘图计算得出各种沥青混合料的最佳油石比，并实 测最佳油石比下沥青混合料的各项物理指标，试验结果见表2 - 1 3 、2 - 1 4 各项性能试验结果汇总表2 - 1 3 a c 1 6 检测项目 基质沥青 2 0 ：8 0 2 5 ：7 5 5 0 ：5 0 最佳油石比( ) 4 95 45 ，56 1 密度( g c m 3 ) 2 4 2 32 4 0 52 4 3 72 4 1 5 稳定度( k n ) 8 0 58 8 11 3 2 0“7 6 流值1 0 1 m m ) 2 6 o2 5 32 5 72 7 5 空隙率( ) 4 85 74 15 9 饱和度( ) 7 2 26 8 5 7 3 9 6 6 3 分析稳定度与t l a 掺量关系得知：相同级配条件下，改性沥青随着掺量的增 加，油石比增大，稳定度增加趋势明显，基质沥青稳定度为8 0 5 k n ，当掺量为 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 2 5 时，增长9 4 ，当掺量为5 0 时，增长4 6 1 。对于颗粒状t l a 改性沥青， 当掺量为2 5 时，已增长6 4 o 。可见，湖沥青对混合料稳定度的影响非常明显， 而颗粒状湖沥青影响效果更为显著。 而且还表明颗粒状t l a 各项性能指标都优于块状t l a 。 ( 2 ) 试验方案二 以中海7 0 ： t $ i9 0 # 重交通石油沥青为基质沥青，t l a 湖沥青掺量为2 5 ，采 用a c - 2 0 、a c - 1 3 混合料进行马歇尔试验见表2 1 4 。 不同级配沥青混合料的性能试验表2 - 1 4 密度稳定度流值 空隙率 饱和度最佳 沥青混合料类型 ( g c m 3 ) ( k n )( m m )( )( )油石比( ) 中海a h 7 0 42 3 6 57 8 52 5 85 7 86 2 7 54 5 a c 2 0改性中海7 0 42 4 1 31 0 2 82 8 l3 6 87 3 7 05 4 改性中海9 0 4 2 4 0 0l o 1 72 5 84 1 87 1 1 25 4 a c 1 3 改性中海9 0 8 2 3 9 21 0 8 72 6 03 3 27 7 1 66 o 注：a c - 1 3 的矿料为玄武岩，a c 一2 0 为石灰岩。 由试验数据可以看出： 中海a h - 7 0 # 沥青用t l a 改性后，a c - 2 0 混合料的马歇尔稳定度从7 8 5 k n 提高到1 0 2 8 k n ，提高3 1 ； 采用中海9 0 # 改性沥青的a c 一2 0 沥青混合料稳定度为1 0 1 7k n ，略低于 中海7 0 # 改性沥青的1 0 2 8k n 。 研究结果表明在相同油石比条件下，t l a 改性沥青混合料的稳定度比基质 沥青混合料要大。这是因为t l a 是一种独特的天然沥青，它具有更多的凝胶体 而不是溶胶结构，通过其特有的微观尺寸和沥青质的性质提供改性后沥青的结 构性能和降低温度敏感性。 在相同油石比条件下，t l a 改性沥青混合料的空隙率均比基质沥青混合料 要小，而沥青饱和度均比基质沥青混合料要大。这是因为t l a 中含有灰分，故 在相同油石比条件下t l a 改性沥青的纯沥青含量比基质沥青要少。 ( 3 ) 试验方案三 以中海9 0 # 重交通沥青为基质沥青，采用a c - 2 0 、a c 一1 6 两种级配，掺2 5 、 第2 章特立尼达湖沥青及沥青混合料性能试验研究 2 0 特立尼达湖沥青，进行马歇尔试验见表2 - 1 5 。 不同t l a 掺量改性沥青混合料的性能试验表2