（道路与铁道工程专业论文）TLA改性沥青配伍性研究.pdf

摘要 随着近年来t l a 改性沥青在道路工程中的广泛应用，t l a 改性沥青的评价 和设计技术受到公路建设者越来越多的关注。本文结合我国t l a 改性沥青的实际 应用情况，研究t l a 改性沥青的配伍性。通过选用不同种类的基质沥青、不同的 t l a 掺量来进行相关试验分析，并比较t l a 改性沥青性能，探讨t l a 改性沥青 的配伍组合，为合理应用t l a 改性沥青提供基础。 1 ) 结合常规试验以及s h r p 试验结果，分别对由埃索、壳牌、泰普克、富腾 和中海基质沥青配制的不同掺量的t l a 改性沥青的各项性能进行分析。结果表 明，随着t l a 掺量的增加，t l a 改性沥青的各项性能基本上呈现逐渐提高的趋 势。而在2 0 - 4 0 的t l a 掺量范围内，t l a 改性沥青的当量脆点增加幅度比较 平缓，延度降低得相对较小，说明此时的低温抗裂性较好。故建议t l a 的掺量为 2 0 - - 4 0 ，此时t l a 对各基质沥青的改性效果比较好且经济。 2 ) 结合图表和回归方程，在推荐的t l a 掺量范围内，对同掺量下各种t l a 改性沥青的性能指标进行比较，分析各性能的大致排序，得出在此掺量范围t l a 改性沥青的最佳配伍组合。主要考察t l a 改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性； 再结合其他性能全面比较。可以得出，当t l a 处于建议掺配量2 0 4 0 时，泰 普克基质沥青与t l a 的配伍性最好，富腾次之，接着是壳牌，而埃索与中海排在 后面，且认为两者与t l a 的配伍性相当。从高温稳定性、低温抗裂性、抗变形能 力、抗老化性能、感温性和抗车辙性能研究基质沥青性能对t l a 改性沥青性能的 影响，分析可得，在推荐的掺量范围内，基质沥青性能的优劣基本决定了其配制 的t l a 改性沥青的性能。 3 ) 通过红外光谱分析可知，基质沥青的高温稳定性和低温抗裂性好时，其苯 ，一氢数目多；而高温稳定性和低温抗裂性差时，苯一氢数目少。说明基质沥青的 高温稳定性和低温抗裂性的好坏与苯一氢数目多少有一定的联系。t g d s c 分析 表明热分析的试验结果和沥青高温常规试验保持了较好的相关性，它们之间可以 互相验证，可以用来更好地分析沥青的性能，同时也证明用当量软化点判断沥青 的高温稳定性更具有可信性。 关键词：特立尼达湖沥青；t l a 改性沥青；配伍性；常规试验；s h r p 试验；红 外光谱；t g d s c a bs t r a c t a st l am o d i f i e da s p h a l tw a s w i d e l ya p p l i e di nr o a de n g i n e e r i n gi nr e c e n ty e a r s , t h ee v a l u a t i o na n dd e s i g nt e c h n o l o g i e so ft l a m o d i f i e da s p h a l tw e r ep a i dm o r ea n d m o r ea t t e n t i o nb yr o a db u i l d e r s c o m b i n i n gp r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft l a m o d i f i e d a s p h a l ti no u rc o u n t r y , c o m p a t i b i l i t yo ft l am o d i f i e d a s p h a l tw a sr e s e a r c h e d t h r o u g hc h o i c eo fd i f f e r e n tt y p e so fb a s e a s p h a l ta n dd i f f e r e n tc o n t e n to ft l a r e l a t e de x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t ，a n dt h e np e r f o r m a n c e so ft l a m o d i f i e da s p h a l t w e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d c o m p a t i b i l i t yo ft l a m o d i f i e da s p h a l tw a sd i s c u s s e d ， w h i c hp r o v i d e dt h eb a s i sf o rr e a s o n a b l ea p p l i c a t i o no ft l a m o d i f i e da s p h a i t 1 ) c o m b i n e dw i t ht h er e s u l t so fc o n v e n t i o n a lt e s t sa n ds h r p t e s t s ，p e r f 0 m a n c e s o fd i f f e r e n tc o n t e n to ft l a m o d i f i e da s p h a l tw e r ea n a l y z e dr e s p e c t i v e l y , w h i c hw e r e m i x e dw i t hb a s ea s p h a l t so fe s s o ，s h e l l ，t i p c o ，f u t e n ga n dz h o n g h a i t h er e s u l t s s h o wt h a tp e r f o r m a n c e so ft l a m o d i f i e da s p h a l tw e r eb a s i c a l l yi m p r o v e d a sc o n t e n t o ft l aw a si n c r e a s e d i n20 t o4 0 c o n t e n to ft l a ，e q u i v a l e n tb r e a k i n gp o i n to f t l am o d i f i e da s p h a l tw a si n c r e a s e dg e n t l y , a n dd u c t i l i t yw a sd e c r e a s e ds l o w l v i t s h o w e dt h a tl o wt e m p e r a t u r ea n t i c r a c k i n gw a sb e t t e ri nt h ec o n t e n t s oi ti sp r o p o s e d t h a tc o n t e n to ft l ai sf r o m2 0 t o4 0 ，w h e np e r f o r m a n c e so f t l am o d i f i e da s p h a l t w e r eb e t t e ra n de c o n o m i c 2 ) c o m b i n i n gc h a r t sa n dr e g r e s s i o ne q u a t i o n s ，i nt h er e c o m m e n d e dc o n t e n to f t l a ，p e r f o r m a n c ei n d e x e so fd i f f e r e n tt l am o d i f i e da s p h a l tw e r ec o m p a r e du n d e r t h es a m ec o n t e n t t h ea p p r o x i m a t ec o m p o s i t o ro f p e r f o r m a n c e s 、v a sd i s c u s s e d i nt h e c o n t e n t ，t h eb e s tc o m p a t i b i l i t yc o m b i n a t i o no ft l am o d i f i e da s p h a l tw a s f o u n d h i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t ya n dl o wt e m p e r a t u r ea n t i c r a c k i n go ft l a m o d i f i e da s p h a l tw e r e m a i n l yd i s c u s s e d ，a n do t h e rp e r f o r m a n c e sw e r ec o m p a r e ds y n t h e t i c a l l y w h e nc o n t e n t o ft l aw a s2 0 t o4 0 ，c o m p a t i b i l i t yo f t i p c ob a s ea s p h a l tw i t ht l aw a st h eb e s t f o l l o w e db yf u t e n g ，s h e l l ；e s s oa n d z h o n g h a iw e r ei nt h eb a c k ，a n dp e r f b r m a n c e so f t h e i rt l am o d i f i e da s p h a l tw e r ec l o s e t h ei n f l u e n c e so f b a s ea s p h a l tp e r f b m a n c e s t ot l am o d i f i e d a s p h a l tp e r f o r m a n c e sw e r e d i s c u s s e d ，b yd i s c u s s i n gh i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t y , l o wt e m p e r a t u r e a n t i - c r a c k i n g ，a n t i d e f o r m a t i o n ，a n t i a g i n g ， t e m p e r a t u r ea n da n t i 。r u t t i n gp e r f o r m a n c e i tg o tt h a tt h eb a s ea s p h a l tp e r f o r m a n c e s d e c i d e dt l a m o d i f i e da s p h a l tp e r f o r m a n c e si nt h er e c o m m e n d e dc o n t e n t 3 ) l n f r a r e ds p e c t r aa n a l y s i si n d i c a t e dt h a th i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t v 粕dl o w 1 1 t e m p e r a t u r ea n t i c r a c k i n gp e r f o r m a n c eo fb a s ea s p h a l tw e r e b e t t e r ，t h en u m b e ro t b e n z e n e - h y d r o g e n w a sm o r e ；w h i l eh i g ht e m p e r a t u r e a n dl o wt e m p e r a t u r e a n t i c r a c k i n gp e r f o r m a n c ew a sp o o r t h en u m b e ro fb e n z e n e - h y d r o g e nw a s l e s s i t s h o w e dt h a tt h e r ew a sac e r t a i n r e l a t i o nb e t w e e nt h eh i g hs t a b i l i t y a n dl o w t e m p e r a t u r ea n t i c r a c k i n gp e r f o r m a n c e o f b a s ea s p h a l ta n d t h en u m b e ro t b e n z e n e - h y d r o g e n t g d s ca n a l y s i ss h o w e dt h a tt e s tr e s u l t s o f t h e r m a la n a l y s l sa n d h i 2 ht e m p e r a t u r ec o n v e n t i o n a lt e s to fa s p h a l tm a i n t a i n e d ag o o dc o r r e l a t i o n ，a n dt h e y c o u l dv e r i f ye a c ho t h e r ，c o u l db eu s e dt oa n a l y z ep e r f o r m a n c e s o fa s p h a l tm o r e e f f e c t i v e l y ，a tt h es a m et i m ei tp r o v e dt h a tj u d g i n gh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo f a s p h a l tw i t he q u i v a l e n ts o f t e n i n gp o i n tw a s m o r ec r e d i b i l i t y k e yw 。r d s ：t l a ；t l am o d i f i e d a s p h a i t ；c o m p a t i b i l i t y ；c o n v e n t i 。n a l t e s t ； s h r pt e s t ；i n f r a r e ds p e c t r a ；t g d s c i l l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：氇害 日期：渺8 年5 月2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签 童惫 日期：加。g 年手月二9 日 日期：淌n 27 日 1 1 问题的提出 第一章绪论 沥青路面因其良好的行车舒适性和优越的使用性能，在世界范围内得到了广 泛应用。现代公路运输业的发展，使得交通量迅猛增长，重载、超载情况加剧， 交通渠化愈趋明显，对道路材料质量提出越来越高的要求，普通沥青已很难适应 这一要求。另外，沥青路面在如桥面铺装、机场跑道、s m a 路面、o g f c 路面， 以及其它一些恶劣气候条件地区的路面和一些特别重要的公路上的应用，对沥青 结合料性质也有更高的要求，普通沥青已很难胜任，对沥青进行改性提高其性能 成了道路建设者的首要选择。实践表明，针对气候特点和交通荷载要求使用性能 良好的改性沥青，不仅可以显著提高沥青路面使用寿命，同时可以明显改善沥青 路面的使用功能，降低维修养护工作量与养护成本，从而保证沥青路面为公路交 通提供安全、舒适、经济的通行条件【i j 。 从沥青改性手段来看，改性沥青可分为工艺改性、结构改性和改性剂改性等； 从改性剂类型来看，有非聚合物改性和聚合物改性。前者主要有填料、天然沥青、 纤维、抗剥离剂、抗老化剂和抗氧化剂等，后者则主要有热塑性弹性体、树脂类 和橡胶类等【2 】。其中聚合物改性沥青以其良好的技术经济优势得到了广泛的应用， 国内外曾对各种聚合物改性沥青展开了广泛的研究。聚合物改性剂的类型主要有 p e 、e v a 、s b r 、c r 、s b s 等，在推广应用中，s b s 改性沥青最终得到了越来越 多的认可，并逐渐占据改性沥青市场的主要份额。根据2 0 0 3 年1 1 月美国沥青 产品和沥青市场( a s p h a l tp r o d u c t s & m a r k e t s ) 一书的分析，到2 0 0 7 年美国大 约需要沥青3 7 0 0 0 万吨，这其中主要以s b s 改性沥青为主。 但是大多数聚合物改性剂，都不易与沥青相溶。由于聚合物沥青改性剂的这 一特点，决定了在生产和工艺设备等方面需要较大的投资，如特殊的剪切设备和 较高的能源消耗，以使改性剂与沥青能够充分溶合。在运输和储存上，则需要加 热保温和不间断搅拌，防止改性剂与沥青的分层与离析，用户使用十分不便，从 而限制了改性沥青的应用【3 】。天然沥青作为改性剂，就可以避免这些问题。特立 尼达湖沥青( t l a ) 是世界上最有名的天然沥青，在南美西印度群岛特立尼达境 内的沥青湖中，蕴藏了数以百万吨的湖沥青。特立尼达湖沥青是一种天然形成的 物质，它本身是沥青而不是合成添加剂，其物理和化学特性与常规沥青完全一致， 因此它作为一种沥青改性剂掺加到石油沥青中，两者具有良好的混融性，混合后 的沥青在使用性能方面得到了改善。改性沥青时只需在一定的温度下直接投入拌 缸搅拌即可，大大简化了工艺，降低了投资，成品改性沥青十分稳定，在生产、 存储、运输和使用等方面也很简便。t l a 由沥青质、树脂和油分及部分不溶物组 成，较小的针入度、高软化点及少量矿物质灰分，使得t l a 改性沥青在高温稳定 性及低温抗裂性方面有较好的表现。此类改性沥青相对s b s 等改性沥青具有更为 出色的路用性能：耐老化、耐高温、抗水损害、粘附性强等【4 l 。工程实践表明， 用t l a 作改性剂的改性沥青以其优越的路用性能在很大程度上预防了沥青路面 病害的出现，应用前景十分广阔。 随着近年来t l a 改性沥青在工程上的广泛应用，关于t l a 改性沥青的研究 越来越多，但t l a 改性沥青配伍性的研究相对缺乏。本文结合我国t l a 改性沥 青的实际应用情况，研究t l a 改性沥青的配伍性。通过选用不同种类的基质沥青， 不同的t l a 掺量来进行相关试验，分析并比较t l a 改性沥青性能，探讨t l a 改 性沥青的配伍组合，为合理应用t l a 改性沥青提供基础。 1 2 国内外研究概况 特立尼达湖沥青( t l a ) 产于加勒比岛国一一特立尼达和多巴哥境内的沥青 湖，是世界上最著名的天然沥青，属于涌出型天然沥青【5 1 。沥青湖蕴藏了数以百 万吨的天然沥青。t l a 提炼方式很简单，先用轻轨牵引机械从湖面将沥青刮起来， 然后通过铁路输送到分解蒸馏器，在相对低温下进行水合作用，除去杂质和水分 即可装箱运输。 据研究，t l a 具有以下特性【6 胡】： ( 1 ) t l a 含有3 5 一3 9 的矿物质( 灰分) ，其针入度、延度非常小。 ( 2 ) t l a 沥青的软化点高达9 5 9 9 ，比普通石油沥青高1 倍左右，其 液化时间也比石油沥青的长许多，混合温度高达1 7 0 一1 8 0 。 ( 3 ) t l a 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，因而t l a 改性沥青混凝土具有良好的高温 稳定性、低温抗裂性、耐久性、抗老化性能及抗剥落性能。 ( 4 ) 相比石油沥青的溶胶结构，t l a 具有更多的凝胶体，胶体不稳定指数 为o 6 8 。由于其特有的微观尺寸和沥青质的性质，t l a 提高了改性后沥青的结构 性能和改善了结合料的感温性。 ( 5 ) t l a 的密度大( 1 3 9 9 c m 3 1 4 4 9 c m 3 ) ，液化后的t l a 改性沥青储存时， t l a 沥青中的矿物质易沉淀而影响混合沥青的质量。同时，t l a 的稠度大，使得 t l a 混合沥青从管子流入拌和锅的速度慢，从而使混合料拌和时间比正常的增加 1 0 s 左右。 1 2 1 国外研究概况 t l a 改性沥青在国外开始应用很早，早在1 8 8 0 年，美国华盛顿特区在几个 2 城市街道的路面工程中已应用了t l a 。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。纽约和新泽西的交通厅在承受大面积极繁重负荷的 区域，如桥面铺装、斜坡匝道、公共汽车枢纽站及其他类似的地方应用了t l a 。 国外使用特立尼达湖沥青，主要是作为改性剂使用。通常情况下，在沥青混 凝土中使用时，掺加2 5 一4 0 ，桥面铺装使用时，掺加5 0 7 0 。在t l a 性质 方面国外做了大量的研究，已经总结出了一套t l a 改性沥青技术要求和t l a 质 量标准。如美国的t l a 改性沥青技术要求( a s t md 5 7 1 0 9 5 ) ，英国的t l a 质量 标准( b s 3 6 9 0 ) ，分别如表1 1 、表1 2 。 表1 1t l a 改性沥青技术要求( 美国，a s t md 5 7 1 0 9 5 ) 指标 t m a lt m a 2t m a 3t m a 4 针入度( 2 5 ，0 1 m m ) 4 0 5 56 0 7 58 0 l o o1 2 0 1 5 0 粘j 嚏( 1 3 5 c ，m m 2 s ) 3 8 5 2 7 5 芝2 1 5芝1 7 5 延度( 2 5 c ，5 c m m i n ，e r a ) 之1 0 0之1 0 0芝1 0 0之1 0 0 闪点( ) 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 溶解度( ) 7 7 9 07 7 9 07 7 9 07 7 9 0 密度( 2 5 ，g c m 3 ) 实测记录 软化点( ) 旋转薄膜 无机质( 灰分，) 7 5 1 9 5 加热试验 针入度比( 2 5 ，) 5 5 5 2 4 7 4 2 ( 1 6 3 ，7 5 m i n ) 延度( 2 5 c ，c m ) 5 0 5 0 7 5芝1 0 0 表1 2 特立尼达湖沥青质量标准( 英国，b s 3 6 9 0 ) 指标 规格 针入度( 2 5 c ，5 s ) ( o 1 m m ) 2 士2 软化点( ) 9 3 - 9 9 加热损失( 1 6 3 ，5 h ) ( ) 2 o 溶解度( ) 5 2 5 5 灰分( ) 3 5 3 9 2 5 c 密度( g c m 3 ) ， 1 3 9 1 4 4 英国伦敦的主要街道和高速公路在热压式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 的几百公里的路面上使用了t l a 改性沥青。混合料包括浇注式沥青混凝土和沥青 3 玛蹄脂，在3 0 多年的使用中，节省了大量的结构维护费用，表现出在极寒冷的气 候条件下很低的感温性和粘结剂的韧性【9 】。 桥面铺装和机场跑道采用t l a 改性沥青玛蹄脂铺设成功的实例很多。研究表 明掺加t l a 的改性沥青针入度降低，软化点升高，表明它的高温稳定性有所提高， 但低温延度却很小，似乎其低温抗裂性不但没有改善，反而降低了，但经试验发 现，虽然这种改性沥青的低温延度很小，但是试验中延度拉力却很大【l o 】。英国 h u m b e r 大桥在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 年使用t l a 改性沥 青铺设了热压式沥青混合料路面，至1 9 8 4 年，经过3 亿多次车辆使用，由于不适 当的表层清扫导致表层沥青产生磨损，用同一种混合料重新铺设表层，至今还没 有收到关于表层沥青损坏的报告j 。乔治华盛顿大桥、林肯隧道、肯尼迪机场、 拉瓜机场和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，反而削减 了维修养护的费用。 、 在特立尼达和多巴哥，最早采用t l a 是在1 9 4 4 年，c h u r c h i l lr o o s e v e l t ( 丘吉 尔罗斯福、) 公路采用3 0 1 4 0 针入度级的t l a 改性沥青混合料铺设表层，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【9 】。之后铺筑的路段多不胜数。其中包括南北 干道走廊约1 3 k m 长的主干道公路和1 8 k m 长的辅道，所有路面混合料均采用具 有6 0 7 5 的针入度值的t l a 改性沥青，掺量为3 0 。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 示出任何损坏迹象。 w i t e z a k 通过测定不同温度下的动态模量、径向模量和壳牌方法的劲度模量， 研究t l a 改性沥青混合料的弹性模量性质。所选用的集料级配的最大粒径为1 2 5 m m ，相应的最佳结合料含量6 0 i 眩j 。在6 0 1 7 0 级沥青中掺加t l a ( 1 5 4 5 ) ， 弹性模量随掺量的增加而变化。t l a 改性沥青混合料模量与基质沥青结合料( 不 掺t l a ) 模量的比例用r m 表示，结果表明分别在2 、4 、8 和1 6 h z 下所对应的 j i c 小平均值随t l a 掺量增加而增加。温度越高，t l a 混合料产生的模量相对越高， 而随后则更粘稠( 或更小弹性) 。可以看出，在总混合料中掺加2 t l a ( 相对于 结合料中t l a 的比例为3 3 ) 提供了最优化的处理，超过这个值，r 历值提高的 比率下降，但数值仍然提高。 有些地区夏季气温较高，雨量充沛，大型载重汽车占交通量比例高，轴重大， 交通繁忙，对道路破坏严重，其中尤以重载造成的车辙为甚。欧美国家为解决此 类问题，交通部门特地研制了比现有的检验沥青混凝土动稳定度试验条件更为苛 4 刻的汉堡车辙试验仪( h a m b u r gw h e e l ) 。它与国内使用的车辙试验仪器最大的不 同主要有：( 1 ) 试验轮为钢制，荷载是刚性传递；( 2 ) 试件在整个试验过程中 完全浸泡在4 5 热水之中；( 3 ) 轮载重复遍数为2 万次。美国科氏公司研究结 果表明，掺加了2 5 t l a 和5 s b s 的t l a 复合改性沥青路面结构经2 万次荷载 碾压后，车辙深度远低于高速公路不大于1 0 m m 的标准。再加压2 万次，试件的 车辙深度仅增加1 0 1 2 r a m ，说明在路面结构的上面层被碾压密实后，复合沥青 混凝土的抗变形能力被充分地体现出来【1 3 q 引。 1 2 2 国内研究概况 我国早在2 0 世纪7 0 年代8 0 年代曾经对特立尼达湖沥青表示过浓厚的兴 趣，交通部曾组织北京、河北、山西、浙江、江苏等许多地方都铺筑过t l a 改性 沥青的试验路段，显示出其具有良好的路用性能【9 】。 “七五国家科技攻关期间，为了解决我国修建高速公路的优质沥青缺乏问 题，交通部组织了代表团专程赴英国对t l a 改性沥青进行过技术考察，参观了施 工现场，并切实感到t l a 改性沥青的各种优越性，但是当时由于价格昂贵，未能 在中国引进及大面积推广。 t l a 改性沥青真正在我国大陆大批量使用是从1 9 9 9 年建成江阴长江大桥以 后。当时江阴长江大桥采用的t l a 和普通石油沥青的掺配比例是7 ：3 ，由于其表 现出了令业内人士欣喜的路用性能，之后2 0 0 1 年建成通车的珠海淇澳大桥也采用 了相同掺配比例铺设了5 e m 厚的t l a 混合沥青混凝土，自验收通车至今，铺装 层经历了雨( 台风) 季和炎热高温的考验，目前没有发现车辙裂缝，也未发现烂 边、摊挤等损坏。此外，重庆嘉陵江大桥、钱塘江大桥、东海大桥也采用了t l a 改性沥青。 北京在2 0 0 2 年对一环路进行大修的时候，上面层采用了s m a 1 3 混合料，结 合料采用“t l a + s b s 复合改性沥青，进一步提高了t l a 改性沥青混合料的某 些性能指标，发挥了t l a 和s b s 各自的优势，从而满足了对沥青路面所提出的 近乎矛盾的、十分苛刻的既耐高温又耐低温的要求【l6 1 在2 0 0 3 年对三环进行大 修的时候，全长4 8k m 的路段全部采用t l a 改性沥青，至今使用性能良好，得到 了业内人士的普遍赞赏【1 7 】。之后号称“中国都市第一环 的武汉绕城高速公路东 北段9 4k m 的中面层采用6 e m 厚的t l a 混合沥青混凝土，其中t l a 与普通重交 沥青的比例为1 ：3 ，湖沥青在市政工程上的成功应用主要归功于其行车噪声小、 舒适有弹性和刹车不打滑这几大优点。 机场建设方面，北京的首都机场、香港启德机场、赤腊角国际机场还有上海 的虹桥机场也采用了t l a 改性沥青作为其加铺罩面的主要材料，因为其能满足机 场跑道抗高温、抗低温和抗疲劳开裂的要求，又具有强度高、凝结性能好、冷却 5 快的特性p j 。 广西区交通规划勘察设计研究院的陈强等人详细研究了t l a 改性沥青的性 能，并且与s b s 改性沥青进行了对比。试验采用特立尼达湖沥青与重交石油沥青 的掺加比例为2 5 ：7 5 、3 0 ：7 0 、5 0 ：5 0 ，基质沥青为伊朗利曼a h 9 0 沥青、 中油a h 9 0 沥青、南海a h 7 0 沥青，由沥青三大指标试验和老化试验确定t l a 最佳掺量为2 5 。用了相同集料、级配的沥青混合料进行性能对比试验，发现t l a 改性沥青混合料的性能不亚于s b s 的性能【婚】。t l a 改性沥青的高温稳定性、水 稳定性均令人满意，且高温稳定性为s b s 改性沥青的1 1 4 倍。由于t l a 改性沥 青生产加工工艺简便易行，所以对采用改性沥青来提高沥青路面的路用性能，t l a 改性沥青占有较大的优势。 为充分利用t l a 改性沥青在路用方面性能的优势，广东省路桥建设发展有限 公司在广韶高速公路路面车辙严重地段选出1 2 k m 作为t l a 改性沥青试验路。主 线路面的上面层为4 c m 的a k 1 6 a 、中面层为6 c m 中粒式f a c 2 0 。t l a 改性沥 青按下列比例拌制：3 3 t l a + 6 7 a h 7 0 # 沥青( 泰普克) 【”】。通过与泰普克a h 7 0 # 沥青混合料和s b s 沥青混合料水稳定性和高温稳定性的对比试验结果表明，t l a 改性沥青满足高速公路对改性沥青的使用性能要求，同时由于其车辙动稳定度较 好，在高速公路沥青路面中具有较好的应用前景。在开阳高速公路也铺筑了 8 k m t l a 改性沥青抗滑表层试验路，基质沥青与t l a 沥青比例为3 ：1 和2 ：l 。对 施工后的试验路进行了检测，3 个试验段性能基本相同，压实度均大于9 8 ，应 用连续式平整度仪测量得到平整度标准差的平均值为0 6 8 m m ，采用铺砂法测定 的构造深度为o 9 m m ，使用摆式仪测定抗滑值为5 2 ，达到了设计要求 2 0 1 。t l a 改性沥青在广东省应用的初步研究表明，t l a 改性沥青混合料具有优良的高温稳 定性、抗水损害等性能。 交通部公路科研所沈金安分析了t l a 对沥青基本性质的影响、对沥青混合料 弹性模量的影响、t l a 改性对疲劳寿命的影响以及在相同疲劳寿命的条件下，t l a 改性沥青混合料对设计厚度的有效影响【2 。试验结果表明t l a 的掺入使针入度 和软化点大幅度改变，掺加1 5 的t l a ，结合料劲度模量可提高三倍；试验得到 弯曲应力、拉伸应变与荷载重复数间的疲劳关系图显示t l a 改性沥青混合料的曲 线斜率小，意味着对于反复至断裂的次数有更小的应变量值的灵敏度，即加强了 疲劳特性；t l a 改性的威力，就在于延长路面的使用寿命，它可以用加铺层当量 指数描述，厚度大于1 0 0 m m 的t l a 改性沥青混合料罩面加铺层可以延长疲劳寿 命至少是标准a c 结构寿命的两倍。路面的原有条件越好，预计延长的疲劳寿命 就越长。 2 0 0 6 年初山西省交通规划勘察设计院等的单位完成了特立尼达湖沥青应用 研究，该项目紧密结合山西省重载交通特点，试验研究了7 0 号和9 0 号重交通沥 6 青在不同掺量下，特立尼达湖沥青及其混合料的路用性能，并采用了多级嵌挤密 级配理论进行沥青混合料矿料级配设计，为性能良好的沥青混凝土提供了科学的 设计依据1 2 引。该项目的主要结论有：对颗粒状的t l a 沥青，进行了较为系统的 室内试验研究，并与块状的t l a 沥青进行了性能对比，简化了工艺，改善了效果。 该研究成果在太旧高速公路大修工程中得到应用，经济效益与社会效益明显f 2 3 1 。 此外国内一些单位也积极对t l a 的路用性能展开研究，东南大学的倪富健教 授针对t l a 的特性，研究了t l a + s b s 复合改性沥青的掺配工艺、掺配比例，同 时还通过沥青混合料性能试验，研究了t l a 对混合料高、低温及强度性能的影响， 发现动稳定度较s b s 改性沥青提高7 1 1 4 ，且总变形量明显减少，低温弯曲破 坏应变提高2 0 ，劈裂强度提高4 3 1 8 。另外，通过a a p a 进行沥青加铺层反射 裂缝试验研究发现混合料的疲劳寿命提高5 7 1 4 。综合各种结果表明，t l a 复合 改性沥青在混合料高温稳定性、强度性能以及疲劳性能方面提高尤其显著，同时 低温抗裂性和水稳性等其他方面都得到了良好的改善【2 4 1 。 综上所述，目前主要是根据实际工程采用的基质沥青与t l a 进行配比试验， 而对于多种基质沥青与t l a 的配伍性缺乏系统地研究。随着我国交通建设的发 展，国内对t l a 的应用日益广泛，对t l a 改性沥青配伍性进行研究具有重要的 理论和实际意义及工程应用价值。 1 3 本文主要研究内容及思路 评价改性沥青的性能，现行采用的主要方法有三大类【2 5 】： ( 1 ) 采用沥青性能指标的变化来衡量，如针入度、软化点、延度、粘度等 的变化程度。变化值越大、改性效果越好。由于对广大工程技术人员来说，这 种指标测定方法简单，意义明确，容易接受，所以是目前生产上最常用的方法。 ( 2 ) 美国战略公路研究计划( s h r p ) 提出的沥青结合料性能规范。 ( 3 ) 专门针对改性沥青的特点而开发的试验方法，如弹性恢复试验、粘韧 性试验、离析试验等。 必须注意的是，改性沥青的效果还有一个如何比较的问题。我们往往将改性 沥青与改性前的基质沥青的质量进行比较，比较其各项常规及非常规的试验结果 差值，以评价改性沥青效果。此时应考虑改性沥青在制作过程中沥青本身的老化 过程，也会使针入度变小、软化点升高。为了避免这种影响，我们往往根据改性 后的针入度，选用同标号的普通沥青与改性沥青进行比较，这样比较的目的在于 考察除加工方法使沥青变硬外所达到的效果。 沥青通过改性，可以使路用性能显著提高，但改性效果如何，不但与改性剂 的掺量有关，同时与基质沥青及改性剂的品种有很大关系【2 6 1 ，大量研究表明，改 性剂与沥青并没有发生明显的化学反应，而是均匀地分散、吸附在沥青中，仅仅 7 是物理上的共存共融。所谓相容性是指改性剂以微细的颗粒均匀稳定地分布在沥 青介质中，不发生分层、凝聚或者互相分离的现象的性质。它取决于改性剂和沥 青两种不同的物质在界面上的相互作用，溶解度参数或者分子结构越是接近的相 容性越好。相容性好的改性沥青，改性剂分散成均匀连续的网状结构；反之就凝 聚成絮状、块状，当改性沥青冷却时，改性剂便析出、分层。所以同一种改性剂 对不同的基质沥青会有不同的改性效果，这就是改性沥青的配伍性【2 7 1 。 即使同一种改性剂都有很多品牌，不同品牌与不同的沥青具有不同的相容性 1 2 8 - 2 9 l ，使用时要熟悉不同改性剂品牌与基质沥青的配伍性，尽量做到最理想的搭 配。评价配伍性的最直接、最有效的方法是进行配伍性试验，对某一项指标，例 如软化点、延度，对同一类改性剂来说，指标的高低有很大价值，可通过改性前 后指标的变化评价改性效果。 以此为理论依据，本文选取五种a 级7 0 号基质沥青( 包括进口沥青和国产沥 青) 进行t l a 改性沥青配伍性研究，分别为埃索、壳牌、泰普克、富腾和中海。 在我国的公路建设中，这几种基质沥青在改性沥青的生产及应用上较为普遍，因 此，本文选择这几种基质沥青作为研究对象，对t l a 在实际工程中的进一步推广 应用具有指导意义。 本文的主要研究内容及思路为： t ， ( 1 ) 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 对以上 五种a 级7 0 号基质沥青分别进行常规性能试验，包括三大指标试验、老化试验； 对t l a 进行了针入度、软化点、灰分和老化试验；检验基质沥青和t l a 是否符 合规范的要求。采用以上五种基质沥青，分别掺加不同比例( 2 0 、4 0 、6 0 、 8 0 ) 的t l a 配成t l a 改性沥青。对各种t l a 改性沥青进行常规性能试验以及 s h r p 试验，包括动态剪切流变仪d s r 试验、弯曲梁流变仪b b r 试验和b r o o k f i e l d 旋转粘度仪b v 试验。 ( 2 ) 对不同掺量下同种基质沥青配制的t l a 改性沥青的相关性能进行分 析，以得到合适的掺量范围，在此范围各基质沥青配制的t l a 改性沥青综合性能 较好，且比较经济。 ( 3 ) 首先比较各基质沥青性能的优劣；其次，针对推荐的掺量范围，对同 种掺量下不同基质沥青配制的t l a 改性沥青的性能分析，得出t l a 改性沥青最 佳配伍组合以及基质沥青性能对t l a 改性沥青性能的影响。 ( 4 ) 通过对五种基质沥青进行红外光谱及t g d s c 分析，得出各基质沥青 的微观结构与宏观性能之间的相关性，为合理选用基质沥青以得到配伍性好的 t l a 改性沥青提供参考。 8 第二章t l a 改性沥青配伍性试验 本文采用五种基质沥青( 埃索、壳牌、泰普克、富腾和中海) ，分别掺加四种 不同比例( 2 0 ，4 0 、6 0 、8 0 ) 的t l a ( 本文中“掺加比例无特殊标注均 为外掺法，即掺加量与基质沥青的重量比) ，配成总共二十种不同的t l a 改性沥 青。具体操作方法为：分别预热基质沥青及t l a 到1 5 0 和l6 0 ，然后在基质 沥青中按比例掺加t l a ，并提高温度到1 7 0 后搅拌2 0 r a i n ，使t l a 均匀地分散 在基质沥青中，这样就制成了t l a 改性沥青。由于t l a 中含有3 0 以上的矿物 微颗粒，其密度较基质沥青大，容易发生沉淀离析，因此拌好的t l a 改性沥青应 及时使用，否则在使用前应进行充分搅拌。按照试验规程制作试验样品用于试验， 改性前后的各项技术指标的试验方法相同。 本章对t l a 进行了针入度、软化点、灰分和老化试验：对五种基质沥青以及 五种基质沥青配制的t l a 改性沥青进行了常规试验以及s h r p 试验，详细介绍了 各试验的原理及方法，并列出了各项试验的结果。 i 2 1t l a 试验结果 对t l a 进行了针入度、软化点、灰分和老化试验，试验结果如表2 1 。试验 结果表明，所有指标都符合规范的要求。 表2 1t l a 的主要技术性质 技术指标单位试验结果技术要求 针入度( 2 5 1 2 ，1 0 0 9 ，5 s ) 0 1 m m 4 0 - - - 5 软化点 9 9 6 之9 0 灰分 3 5 43 3 3 8 密度( 2 5 c ) g e m 3 1 3 9 41 3 1 5 薄膜烘箱试验后残留针入度比 9 2 5 5 0 2 2t l a 改性沥青常规试验结果 2 2 1 针入度试验结果 1 ) 试验原理和方法 针入度是国际上测定沥青稠度的一种常用方法，是一种条件粘度。通常稠度 高的沥青，针入度值愈小，沥青愈硬；相反，稠度低的沥青，针入度值愈大，沥 青愈软1 3 0 1 。一般认为沥青的针入度值与绝对粘度值之间存在一定的关系，所以针 9 入度可以侧面反映沥青在某一特定温度下的粘度特性。 沥