TLA湖沥青及其改性沥青的性能

武汉理工大学余剑英2009年4月武汉湖沥青及其改性沥青的性能湖沥青（TLA）应用技术交流会武汉理工大学内容提要1TLA改性沥青的物理性能52TLA改性沥青的流变性能TLA改性沥青的老化性能概述43TLA及其改性沥青的技术指标武汉理工大学沥青地沥青焦油沥青石油沥青岩沥青湖沥青木焦沥青煤沥青天然沥青海底沥青1、概述1.1沥青的分类（按照来源）武汉理工大学不同沥青的来源石油沥青：地壳中的原油，经开采加工得到的沥青。天然沥青：当地下原油通过岩石裂缝渗透到地表后并长期暴露在大气中时，其中所含轻质部分蒸发，而残留物经氧化后成为天然沥青，一般存在于岩石裂缝中、地面上或形成湖泊。焦油沥青：是煤、木材等有机物经干馏加工而得到的焦油再加工所得的产物。武汉理工大学1.2湖沥青简介湖沥青的形成是石油不断从地壳中冒出，存在于天然湖中，经长年沉淀、变化、硬化而成的天然沥青，最具代表性的产品是南美洲特立尼达岛的特立尼达湖沥青（TLA）。据分析，TLA中大约含53%～55%的地沥青（二硫化碳可溶解），36%～37%的矿物质，9%～10%的矿物质的化合水和有机质（二硫化碳不溶解）。

X-射线衍射分析矿物质主要由石英和粘土矿物质（高岭石和伊利石）组成，矿物质非常细，其中90%小于75μm，约44%小于10μm。武汉理工大学1.3湖沥青的特性相比石油沥青的溶胶结构，TLA具有更多的凝胶体，胶体不稳定指数为0.68。由于其特有的微观尺寸和沥青质的性质，TLA改善了改性沥青的结构与性能。1TLA含有较高的矿物质（灰分），其针入度、延度非常小。2TLA沥青的软化点高达93℃～99℃，比普通石油沥青高1倍以上，其液化时间也比石油沥青的长许多，混合温度高达170～180℃。3TLA沥青成分中沥青质和芳香芬含量较高，这正是石油沥青所缺乏的。同时它常年与环境共存，性质很稳定，因此，TLA改性沥青混凝土具有良好的高温稳定性、耐久性、抗老化性能及抗剥落性能。4武汉理工大学1与沥青有良好的相容性2生产、存储、运输和使用简便。3路用性能优良湖沥青改性沥青的优点武汉理工大学湖沥青改性沥青的应用状况湖沥青改性沥青在国外应用已有悠久历史。早在1880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TLA。后来应用在重交通路段，包括飞机场、桥面铺装、高速公路等地方。TLA在我国的使用源于江阴长江大桥在桥面铺装时使用了TLA。此后，重庆嘉陵江大桥、浙江钱塘江大桥等桥面铺装也采用了TLA改性沥青。随着改性技术的成熟，国内近年来应用TLA改性沥青铺路的工程日益增多。例如北京的二环和三环、首都国际机场、上海虹桥机场、武汉绕城公路等。武汉理工大学TLA及其改性沥青的技术指标武汉理工大学2.1TLA的技术指标指标规格针入度（25℃，0.1mm）0~4软化点

93~99℃加热损失（163℃，5h）﹤2.0%溶解度

52~55%灰分

32~39%25℃密度

1.39~1.44英国制定的关于TLA的质量要求（BS-3690）国外技术指标武汉理工大学

TLA质量技术要求

（JTGF40－2004

）检验项目单位技术要求试验方法针入度（25℃）0.1mm0～5T0604软化点，不小于℃90T0606灰分%33～38T061425℃密度g/cm31.3～1.5T0603TFOT后残留针入度比，不小于%50T0609/T0604国内技术指标武汉理工大学国外技术指标2.2TLA改性沥青的技术指标英国制定的关于TLA改性沥青技术要求（BS-3690

）指标单位针入度等级355070针入度25℃0.1mm28～4240～6060～80溶解度（三氯乙烯）％75～79灰分％16～19TFOT后残留物质量损失%0.50.50.5残留针入度比（25℃），不小于％202020武汉理工大学指标TMA1TMA2TMA3TMA4针入度（25℃，0.1mm）40~5560~7580~100120~150粘度（135℃，mm2/s）≥385≥275≥215≥175延度（25℃，5cm/min,cm）≥100≥100≥100≥100闪点（℃）＞232＞232＞232＞232溶解度（%）77~9077~9077~9077~90密度（25℃，g/cm3）实测记录软化点（℃）旋转薄膜加热试验（163℃，75min）无机质（灰分，%）7.5~19.5针入度比（25℃，%）＞55＞52＞47＞42延度（25℃，

cm）≥50≥50≥75≥100美国制定的关于TLA改性沥青技术要求（ASTMD5710-95）国外技术指标武汉理工大学我国制定的TLA改性沥青质量技术要求

（JTGF40－2004

）国内技术指标指标单位针入度等级试验方法TMA-30TMA-50TMA-70TMA-90针入度25℃0.1mm20～4040～6060～8080～100T0604135℃粘度Pa·s≤4.0≤3.8≤2.7≤2.1T0625闪点，不小于℃240T0611溶解度（三氯乙烯）％77～90T0607灰分％7.9～19.5T0614TFOT后残留物针入度比25℃，不小于％58555247T0609T0604武汉理工大学各种等级的TLA改性沥青的适用范围等级针入度/0.1mm建议应用范围TMA140～55极繁重的载荷条件、重交通路面、停机坪等TMA260～75繁重的交通量、标准负荷的高速公路、机场跑道、街道等TMA380～100中等至繁重的交通量、标准负荷的干线公路、次干道、公路、停车场等TMA4120～150轻至中等的交通量、标准负荷的次干道、停车场、热拌沥青及冷拌沥青混合料、表面修复武汉理工大学湖沥青在改性沥青中的用量TLA一般是被作为改性剂使用。通常情况下，在沥青混凝土中使用时，掺加20%～30%；在桥面铺装使用时，掺加50%～70%。江阴大桥成渝高速首都机场武汉理工大学TLA改性沥青的物理性能武汉理工大学3.1湖沥青对沥青针入度的影响随着TLA掺量的增加，针入度显著减小，沥青的抗变形能力增强。随着TLA掺量的增加，针入度指数PI值由负向正逐渐增大，当掺量为30%左右时，PI值接近于0。这表明TLA的掺入能明显改善沥青的感温性能。武汉理工大学3.2湖沥青对沥青软化点的影响掺加TLA后，沥青软化点得到明显提高，且随着掺量的增加呈线性增大，表明随着TLA掺量的增加，TLA改性沥青的高温稳定性得到显著的改善。武汉理工大学3.3湖沥青对沥青延度的影响加入TLA后，改性沥青的延度下降，这主要是由于TLA的沥青质含量较高，导致改性沥青的胶体结构由溶胶型结构转变为溶－凝胶型结构。但是掺量达到25%以后，延度下降的趋势变缓。武汉理工大学TLA改性沥青的流变性能武汉理工大学4.1TLA对沥青粘度的影响随着湖沥青的增加，沥青的粘度呈现指数增大，这表明湖沥青的加入使得沥青的高温稳定性能得到了显著的提高。Brookfield旋转粘度计武汉理工大学动态剪切流变仪工作原理4.2动态流变性能DSR试验武汉理工大学动态剪切流变试验主要用于评价沥青胶结料的高温稳定性以及耐疲劳性能。DSR通过测量沥青胶结料的复数剪切模量（G﹡）和相位角（δ）来表征沥青胶结料的粘性和弹性性质。复数剪切模量（G﹡）是材料重复剪切变形时总阻力的度量，它包括两部分，弹性（可恢复）部分和粘性（不可恢复）部分。δ是可恢复和不可恢复变形数量的相对指标。动态剪切流变性能简介武汉理工大学在SHRP沥青胶结料规范中：G*/sinδ表示车辙因子，用来表征沥青的抗车辙能力；G*·sinδ表示疲劳因子，用来表征沥青的抗疲劳性能。动态剪切流变仪，AntonPaarMCR101武汉理工大学4.3TLA对沥青复数模量的影响与基质沥青相比，随着TLA掺量的增大，TLA改性沥青的的G*值显著增大，表明沥青的粘弹性得到了很大程度的改善。武汉理工大学4.4TLA对沥青相位角的影响与基质沥青相比，同一温度下TLA改性沥青的相位角都减小了，且随着TLA用量的增大，相位角降低的幅度变大，即TLA的加入明显地降低了沥青的内耗，提高了沥青抵抗流动变形的能力。

武汉理工大学4.5TLA对沥青车辙因子的影响与基质沥青相比，TLA改性沥青的车辙因子显著增大，这说明TLA改性沥青表现出了较高的抵抗车辙变形的能力。武汉理工大学TLA用量对改性沥青PG等级的影响样品用量,%G*/sinδ=1kPa时对应的温度,

℃中海-70071.5中海-70/TLA1078.8中海-70/TLA2086.0中海-70/TLA30﹥90.0SHAP规定在DSR试验中频率为10rad/s(1.6Hz)时，通过对样品进行温度扫描，G*/sinδ=1kPa所对应的温度即为该沥青用于沥青路面的最高设计温度。

武汉理工大学TLA改性沥青的老化性能武汉理工大学5.1薄膜烘箱老化（TFOT）TFOT老化后，TLA用量较小时，针入度比略有降低，但随着TLA用量的增加，残留针入度比呈线性增加，这说明TLA的加入可以改善沥青的抗老化性能。武汉理工大学TFOT老化与基质沥青相比，TLA改性沥青的软化点增量有所降低，这说明，TLA的加入可以改善沥青的抗老化性能。5.2压力容器老化箱（PAV）老化原理：模拟长期使用过程中热和空气对沥青性能的影响。试验条件：RTFOT老化后的残留物在100℃，2.1MPa

空气环境中，老化20h。武汉理工大学

PAV老化对沥青针入度的影响PAV老化后，随着TLA用量的增加，残留针入度比逐渐增大，当用量超过20%以后，变化趋势趋于平缓。这说明TLA的加入可以显著地改善沥青抵抗长期热氧老化的性能。TLA改性机理分析普通沥青湖沥青搅拌温度基质沥青的胶体结构发生改变形成以天然沥青大胶束分子为中心，普通沥青小分子填充、包围的新的胶体结构。TLA改性沥青原子力显微照片中海-70基质沥青中海-70+20%TLA武汉理工大学湖沥青研究展望

已