摘 要:特立尼达湖沥青(TLA)中含有约35%~37%的矿物质细颗粒(灰分)。由于灰分密度比纯沥青密度大,TLA改性沥青成品在储存和运输过程中易产生灰分离析,从而导致其使用性能劣化。为此,文章结合佛山-环城际快速干线TLA改性沥青路面的施工,围绕灰分对40%TLA改性沥青混合料的性能影响进行了系统的理论分析和室内试验,从而提出灰分的控制指标及施工建议。
关键词:TLA改性沥青;沥青混合料;灰分;性能
据研究分析,TLA中大约含53%~55%的地沥青,35%~37%的矿物质细颗粒(灰分),9%~10%的由矿物质、有机质和挥发物质合成的水。TLA的灰分非常细小,全部小于2.36 mm,其中,90%小于0.075 mm,44%小于0.01 mm。由于灰分密度比纯沥青(即TLA改性沥青中除去灰分的剩余部分)的密度大,所以经TLA改性后的沥青易产生灰分沉降离析。已有经验和研究表明:随着储存时间和运输时间的延长,意味灰分沉降时间的增加,TLA改性沥青的灰分离析将会越来越明显,从而导致拌和楼使用的TLA改性沥青使用性能劣化,严重影响TLA改性沥青混凝土路面的施工质量。因此,本文结合佛山-环城际快速干线沥青路面工程,分析TLA改性沥青中灰分对TLA改性沥青高温和低温性能影响,以指导TLA改性沥青施工过程控制。
1 不同灰分TLA改性沥青的制备
由于在实际操作中将灰分和纯沥青分离提取比较麻烦,所以本研究采取比较直接、也是最接近现场实际情况的方法制备不同灰分的TLA改性沥青,将TLA改性沥青成品注入容器中,然后在烘箱中恒温放置,使得灰分自然沉降。根据试验的需要选择不同的层厚和沉降时间,将TLA改性沥青直接分层取出,分别将各层的TLA改性沥青搅拌均匀,从而得到不同灰分含量的TLA改性沥青。具体步骤如下[1]:
(1)准备一个容积为30 000 mL圆柱体铝制带盖容器,容器的直径为30 cm,高度为45 cm,将其洗净、干燥。
(2)在试验室内制备TLA改性沥青,并将其注入容器内。将盛有TLA改性沥青成品置于烘箱中,考虑到放置时间会较长,为了防止沥青老化,将恒温温度取130℃±5℃。
(3)达到放置时间后,将沥青分层用勺子分别舀入试杯,由此得到不同灰分含量的TLA改性沥青。
(4)分别将分层舀出的每个试杯的沥青均匀搅拌,以试杯为单位分别测定其灰分含量,并进行TLA改性沥青性能试验的制件。
2 不同灰分含量TLA改性沥青的技术性质研究
按上述方法分别制备出灰分含量分别为10.80%、11.98%、13.38%、14.35%、15.50%、16.49%、17.42%、18.29%、19.76%的TLA改性沥青,然后进行不同灰分含量的TLA改性沥青的三大指标试验、灰分试验、黏度试验,研究灰分含量对TLA改性沥青沥青技术性能的影响。试验结果见表1,TLA改性沥青性能随灰分含量的变化见图1。
随着灰分含量的增大,实测软化点不断升高,整体呈线性增加趋势,且灰分含量每增加1%,平均增加0.7℃。不同灰分含量的TLA改性沥青的实测软化点与当量软化点T800的变化有良好的规律一致性,且整体相同灰分含量的TLA改性沥青的实测软化点均比当量软化点平均要高1℃左右,这表明基质沥青中蜡的存在会使软化点出现偏高现象,用T800对TR&B进行对比、修正是比较适宜的。随着灰分含量的增加,沥青的135℃黏度也随之呈线性趋势逐渐增大,且其过程大致可分为2个阶段:当灰分含量每增加1%,灰分含量在10.80%~15.50%时,平均增幅为0.05 Pa·s;灰分含量在15.50%~19.76%时,平均增幅为0.08 Pa·s。综上所述,随着灰分含量的增大,通过对试验数据的直观分析表明,TLA改性沥青的高温性能指标得到了提高,这是由于灰分物质提高了TLA改性沥青中纯沥青的劲度模量,增强了沥青高温抗变形能力,从而提高了沥青的高温性能指标。
随着灰分含量的增加,TLA改性沥青的当量脆点T1.2整体在-3.1℃~2.4℃的范围内变化,其变化过程大致分为两部分:当灰分含量在10.80%~14.35%时,T1.2在-3.0℃左右变化;当灰分含量在14.35%~19.76%时,灰分含量每增加1%,T1.2平均增加0.1℃。同时,25℃延度在36.5 cm~93.1 cm的范围内随灰分含量的增加急剧下降。总体上,灰分含量每增加1%,25℃延度平均减少8 cm。试验数据表明,灰分含量的增加会降低TLA改性沥青的低温抗裂指标,且对延度指标的影响尤其显著。
通过上述分析可知,由于灰分的影响,TLA改性沥青的当量脆点T1.2(绝对值)和延度值整体偏低,且对延度试验的结果影响较大。实际上,在延度试验中发现TLA改性沥青试件断裂时延度振动较大,能听到较大的断裂声,表明TLA改性沥青的内聚力很大,以致影响试验结果,所以延度和当量脆点T1.2(绝对值)并不能反映TLA改性沥青低温抗裂性能的实际情况。本研究认为,TLA改性沥青的低温抗裂性能应通过其混合料性能进行评价。
3 小结
随着TLA改性沥青的灰分含量的增加,TLA改性沥青的软化点、当量软化点和135℃黏度均得到不同程度的提高,25℃针入度减小,表明灰分含量的增加改善了TLA改性沥青的高温性能和抗变形能力的指标。
25℃延度和T1.2(绝对值)均随着灰分含量的增加而降低,表明灰分的存在将会降低TLA改性沥青的低温指标。而实际上,TLA为天然沥青,具有良好的低温性能。因此,本研究建议TLA改性沥青的低温性能和老化性能应主要通过其沥青混合料的性能试验来评价。
参考文献:
[1]黄雷.灰分对TLA改性沥青及其混合料的性能影响研究[D].[长沙理工大学硕士学位论文].长沙:长沙理工大学公路工程学院,2008.5.
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[3]冯新军,郝培文,查旭东.TLA改性沥青及沥青混合料路用性能研究[J].公路,2007,5:161~165.