TLA湖瀝青及其改性瀝青的性能

武漢理工大學(xué)余劍英2009年4月武漢湖瀝青及其改性瀝青的性能湖瀝青（TLA）應(yīng)用技術(shù)交流會武漢理工大學(xué)內(nèi)容提要1TLA改性瀝青的物理性能52TLA改性瀝青的流變性能TLA改性瀝青的老化性能概述43TLA及其改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)武漢理工大學(xué)瀝青地瀝青焦油瀝青石油瀝青巖瀝青湖瀝青木焦瀝青煤瀝青天然瀝青海底瀝青1、概述1.1瀝青的分類（按照來源）武漢理工大學(xué)不同瀝青的來源石油瀝青：地殼中的原油，經(jīng)開采加工得到的瀝青。天然瀝青：當(dāng)?shù)叵略屯ㄟ^巖石裂縫滲透到地表后并長期暴露在大氣中時(shí)，其中所含輕質(zhì)部分蒸發(fā)，而殘留物經(jīng)氧化后成為天然瀝青，一般存在于巖石裂縫中、地面上或形成湖泊。焦油瀝青：是煤、木材等有機(jī)物經(jīng)干餾加工而得到的焦油再加工所得的產(chǎn)物。武漢理工大學(xué)1.2湖瀝青簡介湖瀝青的形成是石油不斷從地殼中冒出，存在于天然湖中，經(jīng)長年沉淀、變化、硬化而成的天然瀝青，最具代表性的產(chǎn)品是南美洲特立尼達(dá)島的特立尼達(dá)湖瀝青（TLA）。據(jù)分析，TLA中大約含53%～55%的地瀝青（二硫化碳可溶解），36%～37%的礦物質(zhì)，9%～10%的礦物質(zhì)的化合水和有機(jī)質(zhì)（二硫化碳不溶解）。

X-射線衍射分析礦物質(zhì)主要由石英和粘土礦物質(zhì)（高嶺石和伊利石）組成，礦物質(zhì)非常細(xì)，其中90%小于75μm，約44%小于10μm。武漢理工大學(xué)1.3湖瀝青的特性相比石油瀝青的溶膠結(jié)構(gòu)，TLA具有更多的凝膠體，膠體不穩(wěn)定指數(shù)為0.68。由于其特有的微觀尺寸和瀝青質(zhì)的性質(zhì)，TLA改善了改性瀝青的結(jié)構(gòu)與性能。1TLA含有較高的礦物質(zhì)（灰分），其針入度、延度非常小。2TLA瀝青的軟化點(diǎn)高達(dá)93℃～99℃，比普通石油瀝青高1倍以上，其液化時(shí)間也比石油瀝青的長許多，混合溫度高達(dá)170～180℃。3TLA瀝青成分中瀝青質(zhì)和芳香芬含量較高，這正是石油瀝青所缺乏的。同時(shí)它常年與環(huán)境共存，性質(zhì)很穩(wěn)定，因此，TLA改性瀝青混凝土具有良好的高溫穩(wěn)定性、耐久性、抗老化性能及抗剝落性能。4武漢理工大學(xué)1與瀝青有良好的相容性2生產(chǎn)、存儲、運(yùn)輸和使用簡便。3路用性能優(yōu)良湖瀝青改性瀝青的優(yōu)點(diǎn)武漢理工大學(xué)湖瀝青改性瀝青的應(yīng)用狀況湖瀝青改性瀝青在國外應(yīng)用已有悠久歷史。早在1880年，美國華盛頓特區(qū)在幾個(gè)城市街道的路面工程中已應(yīng)用了TLA。后來應(yīng)用在重交通路段，包括飛機(jī)場、橋面鋪裝、高速公路等地方。TLA在我國的使用源于江陰長江大橋在橋面鋪裝時(shí)使用了TLA。此后，重慶嘉陵江大橋、浙江錢塘江大橋等橋面鋪裝也采用了TLA改性瀝青。隨著改性技術(shù)的成熟，國內(nèi)近年來應(yīng)用TLA改性瀝青鋪路的工程日益增多。例如北京的二環(huán)和三環(huán)、首都國際機(jī)場、上海虹橋機(jī)場、武漢繞城公路等。武漢理工大學(xué)TLA及其改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)武漢理工大學(xué)2.1TLA的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)規(guī)格針入度（25℃，0.1mm）0~4軟化點(diǎn)

93~99℃加熱損失（163℃，5h）﹤2.0%溶解度

52~55%灰分

32~39%25℃密度

1.39~1.44英國制定的關(guān)于TLA的質(zhì)量要求（BS-3690）國外技術(shù)指標(biāo)武漢理工大學(xué)

TLA質(zhì)量技術(shù)要求

（JTGF40－2004

）檢驗(yàn)項(xiàng)目單位技術(shù)要求試驗(yàn)方法針入度（25℃）0.1mm0～5T0604軟化點(diǎn)，不小于℃90T0606灰分%33～38T061425℃密度g/cm31.3～1.5T0603TFOT后殘留針入度比，不小于%50T0609/T0604國內(nèi)技術(shù)指標(biāo)武漢理工大學(xué)國外技術(shù)指標(biāo)2.2TLA改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)英國制定的關(guān)于TLA改性瀝青技術(shù)要求（BS-3690

）指標(biāo)單位針入度等級355070針入度25℃0.1mm28～4240～6060～80溶解度（三氯乙烯）％75～79灰分％16～19TFOT后殘留物質(zhì)量損失%0.50.50.5殘留針入度比（25℃），不小于％202020武漢理工大學(xué)指標(biāo)TMA1TMA2TMA3TMA4針入度（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閃點(diǎn)（℃）＞232＞232＞232＞232溶解度（%）77~9077~9077~9077~90密度（25℃，g/cm3）實(shí)測記錄軟化點(diǎn)（℃）旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)（163℃，75min）無機(jī)質(zhì)（灰分，%）7.5~19.5針入度比（25℃，%）＞55＞52＞47＞42延度（25℃，

cm）≥50≥50≥75≥100美國制定的關(guān)于TLA改性瀝青技術(shù)要求（ASTMD5710-95）國外技術(shù)指標(biāo)武漢理工大學(xué)我國制定的TLA改性瀝青質(zhì)量技術(shù)要求

（JTGF40－2004

）國內(nèi)技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)單位針入度等級試驗(yàn)方法TMA-30TMA-50TMA-70TMA-90針入度25℃0.1mm20～4040～6060～8080～100T0604135℃粘度Pa·s≤4.0≤3.8≤2.7≤2.1T0625閃點(diǎn)，不小于℃240T0611溶解度（三氯乙烯）％77～90T0607灰分％7.9～19.5T0614TFOT后殘留物針入度比25℃，不小于％58555247T0609T0604武漢理工大學(xué)各種等級的TLA改性瀝青的適用范圍等級針入度/0.1mm建議應(yīng)用范圍TMA140～55極繁重的載荷條件、重交通路面、停機(jī)坪等TMA260～75繁重的交通量、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的高速公路、機(jī)場跑道、街道等TMA380～100中等至繁重的交通量、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的干線公路、次干道、公路、停車場等TMA4120～150輕至中等的交通量、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的次干道、停車場、熱拌瀝青及冷拌瀝青混合料、表面修復(fù)武漢理工大學(xué)湖瀝青在改性瀝青中的用量TLA一般是被作為改性劑使用。通常情況下，在瀝青混凝土中使用時(shí)，摻加20%～30%；在橋面鋪裝使用時(shí)，摻加50%～70%。江陰大橋成渝高速首都機(jī)場武漢理工大學(xué)TLA改性瀝青的物理性能武漢理工大學(xué)3.1湖瀝青對瀝青針入度的影響隨著TLA摻量的增加，針入度顯著減小，瀝青的抗變形能力增強(qiáng)。隨著TLA摻量的增加，針入度指數(shù)PI值由負(fù)向正逐漸增大，當(dāng)摻量為30%左右時(shí)，PI值接近于0。這表明TLA的摻入能明顯改善瀝青的感溫性能。武漢理工大學(xué)3.2湖瀝青對瀝青軟化點(diǎn)的影響摻加TLA后，瀝青軟化點(diǎn)得到明顯提高，且隨著摻量的增加呈線性增大，表明隨著TLA摻量的增加，TLA改性瀝青的高溫穩(wěn)定性得到顯著的改善。武漢理工大學(xué)3.3湖瀝青對瀝青延度的影響加入TLA后，改性瀝青的延度下降，這主要是由于TLA的瀝青質(zhì)含量較高，導(dǎo)致改性瀝青的膠體結(jié)構(gòu)由溶膠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿埽z型結(jié)構(gòu)。但是摻量達(dá)到25%以后，延度下降的趨勢變緩。武漢理工大學(xué)TLA改性瀝青的流變性能武漢理工大學(xué)4.1TLA對瀝青粘度的影響隨著湖瀝青的增加，瀝青的粘度呈現(xiàn)指數(shù)增大，這表明湖瀝青的加入使得瀝青的高溫穩(wěn)定性能得到了顯著的提高。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)武漢理工大學(xué)動態(tài)剪切流變儀工作原理4.2動態(tài)流變性能DSR試驗(yàn)武漢理工大學(xué)動態(tài)剪切流變試驗(yàn)主要用于評價(jià)瀝青膠結(jié)料的高溫穩(wěn)定性以及耐疲勞性能。DSR通過測量瀝青膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量（G﹡）和相位角（δ）來表征瀝青膠結(jié)料的粘性和彈性性質(zhì)。復(fù)數(shù)剪切模量（G﹡）是材料重復(fù)剪切變形時(shí)總阻力的度量，它包括兩部分，彈性（可恢復(fù)）部分和粘性（不可恢復(fù)）部分。δ是可恢復(fù)和不可恢復(fù)變形數(shù)量的相對指標(biāo)。動態(tài)剪切流變性能簡介武漢理工大學(xué)在SHRP瀝青膠結(jié)料規(guī)范中：G*/sinδ表示車轍因子，用來表征瀝青的抗車轍能力；G*·sinδ表示疲勞因子，用來表征瀝青的抗疲勞性能。動態(tài)剪切流變儀，AntonPaarMCR101武漢理工大學(xué)4.3TLA對瀝青復(fù)數(shù)模量的影響與基質(zhì)瀝青相比，隨著TLA摻量的增大，TLA改性瀝青的的G*值顯著增大，表明瀝青的粘彈性得到了很大程度的改善。武漢理工大學(xué)4.4TLA對瀝青相位角的影響與基質(zhì)瀝青相比，同一溫度下TLA改性瀝青的相位角都減小了，且隨著TLA用量的增大，相位角降低的幅度變大，即TLA的加入明顯地降低了瀝青的內(nèi)耗，提高了瀝青抵抗流動變形的能力。

武漢理工大學(xué)4.5TLA對瀝青車轍因子的影響與基質(zhì)瀝青相比，TLA改性瀝青的車轍因子顯著增大，這說明TLA改性瀝青表現(xiàn)出了較高的抵抗車轍變形的能力。武漢理工大學(xué)TLA用量對改性瀝青PG等級的影響樣品用量,%G*/sinδ=1kPa時(shí)對應(yīng)的溫度,

℃中海-70071.5中海-70/TLA1078.8中海-70/TLA2086.0中海-70/TLA30﹥90.0SHAP規(guī)定在DSR試驗(yàn)中頻率為10rad/s(1.6Hz)時(shí)，通過對樣品進(jìn)行溫度掃描，G*/sinδ=1kPa所對應(yīng)的溫度即為該瀝青用于瀝青路面的最高設(shè)計(jì)溫度。

武漢理工大學(xué)TLA改性瀝青的老化性能武漢理工大學(xué)5.1薄膜烘箱老化（TFOT）TFOT老化后，TLA用量較小時(shí)，針入度比略有降低，但隨著TLA用量的增加，殘留針入度比呈線性增加，這說明TLA的加入可以改善瀝青的抗老化性能。武漢理工大學(xué)TFOT老化與基質(zhì)瀝青相比，TLA改性瀝青的軟化點(diǎn)增量有所降低，這說明，TLA的加入可以改善瀝青的抗老化性能。5.2壓力容器老化箱（PAV）老化原理：模擬長期使用過程中熱和空氣對瀝青性能的影響。試驗(yàn)條件：RTFOT老化后的殘留物在100℃，2.1MPa

空氣環(huán)境中，老化20h。武漢理工大學(xué)

PAV老化對瀝青針入度的影響PAV老化后，隨著TLA用量的增加，殘留針入度比逐漸增大，當(dāng)用量超過20%以后，變化趨勢趨于平緩。這說明TLA的加入可以顯著地改善瀝青抵抗長期熱氧老化的性能。TLA改性機(jī)理分析普通瀝青湖瀝青攪拌溫度基質(zhì)瀝青的膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變形成以天然瀝青大膠束分子為中心，普通瀝青小分子填充、包圍的新的膠體結(jié)構(gòu)。TLA改性瀝青原子力顯微照片中海-70基質(zhì)瀝青中海-70+20%TLA武漢理工大學(xué)湖瀝青研究展望

已