湖沥青改性沥青掺配和制作技术

特立尼达湖沥青（TLA）作为沥青改性剂在国内外得到了广泛应用，TLA改性沥青混合料在高温稳定性、耐久性、抗老化性能、抗剥落性以及沥青路面再生利用方面有着聚合物改性沥青混合料不可比拟的优势，同时国内外应用湖沥青的实体工程都取得了理想成效。路用沥青结合料使用精制TLA的组成为53%~55%沥青、36%~37%矿物质（灰分）和9%~10%的水化水以及吸收沥青和挥发性物质。而矿物质（灰分）是绝对细小的，其90%小于0.075mm，44%小于0.01mm，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）。沥青混合料中灰分对车轮提供了相当的摩擦阻力，对TLA改性沥青的高温性能、抗变形性能均有着重要的作用，随着灰分含量的增加TLA改性沥青的软化点、当量软化点和135℃粘度均有不同程度的提高，25℃针入度减小。

在实际工程中，如何选择适宜的基质沥青标号和TLA掺量是很重要也很棘手的问题，它牵涉到生产成本、混合料路用性能与施工性能等。一般来说，进行TLA掺量的初选时，主要是根据道路的用途确定TLA改性沥青的等级，且TLA改性沥青的等级是以针入度来表示的。由于TLA中含有36%~37%的灰分，配制过程存在沉淀离析现象，若取样位置不合适，将使得试验结果与实际等级出现偏差，导致最终确定的掺配比例偏离实际要求。

该文对试验室制作的TLA改性沥青中不同位置的沥青进行取样，测定针入度值，并与TLA改性沥青针入度值估算公式的预估结果进行对比，确定试验室TLA改性沥青适宜的配制和取样方法。采用TLA改性沥青灰分试验，确定TLA改性沥青的TLA最小掺量。对TLA改性沥青的针入度、灰分等指标进行测定，在分析技术指标与TLA掺量关系的基础上，提出基质沥青的推荐标号和对应的TLA适宜掺量，以配制出满足技术要求的TLA改性沥青。

TLA改性沥青的配制和取样

向70#、90#基质沥青中掺加不同掺量的TLA配制不同针入度等级的TLA改性沥青，随后分别对配制的TLA改性沥青试样上部位置和中部位置取样，测定针入度值，将试验结果与TLA改性沥青针入度预估公式计算结果进行对比，探究取样位置对针入度试验结果的影响，从而确定适宜的取样位置，并验证针入度估算公式的适应性。

TLA改性沥青的配制方法

TLA本身就是沥青，有着与石油沥青完全相同的物理、化学性能，因此能与基质沥青混溶在一起，且配伍性好。按照掺配比例称量基质沥青和TLA，将基质沥青和TLA分别加热至熔融状态，随后将TLA迅速加入到基质沥青中，搅拌加热到170℃，保持170℃恒温，用剪切搅拌器搅拌发育45min。由于TLA含有36%~37%的灰分，而灰分存在沉淀现象，且搅拌器的叶片不能很好地与容器底部接触，为确保配制的TLA改性沥青的均匀性，特在剪切发育后继续恒温170℃，采用人工手动搅拌15min。

TLA改性沥青的取样

TLA改性沥青以针入度划分等级，选取15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%共7个TLA掺量与70#、90#基质沥青配制TLA改性沥青，进行针入度试验。考虑到灰分密度大于沥青密度，同时剪切机搅拌器不能很好地触及盛样容器底部搅拌，辅以手工搅拌的速率也较小，因此很有可能配制的TLA改性沥青不能达到理想的均匀混溶状态。盛样容器中间位置的TLA改性沥青试样灰分最稳定，沉淀离析速率小于上部和下部位置，最接近完全混溶状态，因此分别取容器上部、中部的试样进行针入度试验。

为了快速配制合适针入度等级的TLA改性沥青，中国学者沈金安提出不同TLA掺量的TLA改性沥青针入度值估算公式，TLA掺量在0~50%范围内的TLA改性沥青针入度值Pm的估算公式。

取不同掺量TLA与70#、90#基质沥青配制的TLA改性沥青的不同部位试样进行针入度试验。

给出了4组数据拟合成直线的相关系数，R2最小的也达0.9699，4组数据的相关性均很好，且拟合直线的斜率均接近1，表明能够很好地估算TLA改性沥青的针入度。

以计算的结果为基准，评价上部取样和中部取样的精确度。

对TLA改性的70#和90#沥青上部、中部分别取样实测针入度，与计算结果绝对偏差平均值分别为3、1、3、1（0.1mm）。可知上部试样的实测针入度值均超过规范对针入度试验重复性允许误差2（0.1mm），而中部位置试样实测针入度值与估算结果绝对误差仅相差1，差值也基本都在2（0.1mm）以内。因此，中部的试样能够更好地代表配制的TLA沥青进行针入度试验，故TLA配制过程的针入度等级检测应取中部试样。

TLA最小掺量确定

湖沥青含36%~37%的灰分，此次试验采用的TLA实测灰分含量为36.7%，中国规范对TLA改性沥青灰分含量技术要求范围是7.9%~19.5%。由于TLA改性沥青中灰分对TLA改性沥青的高温性能和抗变形性能有着重要的作用，TLA改性沥青随着灰分含量的增加其软化点、当量软化点和135℃粘度均不同程度地提高，因此适宜的灰分含量对混合料性能有着至关重要的作用。由于灰分含量只与TLA掺量有关，理论上灰分含量随着TLA掺量增加线性增长，该文抽取不同TLA掺量的TLA改性沥青中部位置的试样进行灰分含量试验。

TLA改性沥青灰分含量实测值与TLA掺量呈线性关系。通过内插法确定了理论灰分的最小TLA掺量分别为22%、23%。理论灰分含量与实测灰分含量符合规范最大值19.5%时，对应的TLA掺量约为53%、54%（55%）。考虑到实体工程应用中配制TLA改性沥青时TLA内部灰分含量的波动和灰分沉淀离析影响，为保证满足规范的要求，在此建议配制TLA改性沥青的TLA掺量不应低于23%。

TLA改性沥青技术指标与TLA掺量关系

　

该文检测了5组不同TLA掺量的TLA改性沥青常规技术指标。同时列出中国TLA改性沥青质量技术要求。

结合相关文献试验研究知：TLA掺量在0~50%范围时，TLA改性沥青135℃粘度随着TLA掺量增加呈指数增长趋势，TLA改性沥青残留针入度比随着TLA掺量增加呈对数增长趋势。

不同TMA等级的TLA改性沥青135℃粘度远小于规范限定的最大值，表明TLA改性沥青有着良好的施工性能。各TLA掺量的TLA改性沥青经TFOT老化后的针入度比远大于规范的最小值要求，表明TLA改性沥青的抗老化性能好。TLA改性沥青闪点受基质沥青标号影响较大，标号越高，改性后的TLA改性沥青闪点越低；同时由于湖沥青闪点较低，同种标号的基质沥青随TLA掺量的增加，闪点逐渐降低，但都能满足不小于240℃的技术要求，表明TLA改性沥青的施工安全性能够得到保障。

合格基质沥青溶解度都在99%以上，故基质沥青一般对TLA改性沥青的溶解度影响较小，其主要随着TLA掺量的增加成线性减小。55%90#+45%TLA改性沥青溶解度78.2%，满足规范最小值77%的要求，并超过1.2个百分点，因此实际工程中TLA掺量在50%以内TLA改性沥青的溶解度一般都能满足技术要求。

常用基质沥青TLA掺量推荐

结合以上分析，以中国规范限定灰分含量和针入度为技术指标，针对目前中国常用标号的基质沥青（30#~160#），基于文中确定的最小TLA掺量，以50%为掺量上限，采用给出的TLA掺量推荐范围，指导配制满足规范及设计需要的TLA改性沥青。以TMA-50等级的TLA掺配过程为例，具体说明TLA掺量的确定方法。采用90#基质沥青时，依据TLA掺量为最小值23%时，计算得到的TLA改性沥青针入度为52（0.1mm），符合TMA-50针入度范围上限60（0.1mm）的要求。由于随着TLA掺量的增大，TLA改性沥青的针入度减小，当TLA改性沥青针入度为40（0.1mm）时，由反算的TLA掺量为35%。同理确定70#基质沥青的TLA掺量范围为23%~25%。其他TMA等级TLA改性沥青的TLA掺量范围均按此步骤确定。

试验室及施工现场在需配制不同TMA等级的TLA改性沥青时，均可参照表5选择基质沥青标号和TLA掺量，且宜在表5范围内选取几组不同掺量，综合考虑经济成本、混合料路用性能、施工性能最终确定最佳TLA掺量。