现代公路建设向着高速、重载、大流量和渠化明显的方面发展,这对沥青路面结构层提出了更高的要求。沥青路面因其得天独厚的优势,在路面铺装中占有很重要的地位,但在实际使用中却存在着许多质量和技术问题,如早期病害严重、使用寿命远小于设计寿命、车辙与开裂严重等,这对道路建设者提出了更为严峻的挑战。为解决沥青路面存在的实际问题,各国道路工作者进行了大量的研究,尤其以改性沥青研究最为突出。但大多数聚合物改性剂与沥青相容性差,这就意味着生产聚合物改性沥青必须使用特殊的设备以及较高的能量消耗,从而造成价格抬升,成本大幅提高。而且聚合物改性沥青离析现象时有发生,施工单位往往只能在施工即将开始时准备改性沥青,不利于研究工作在非施工季节的开展。人们开始考虑将天然沥青掺加到普通沥青中来改变普通沥青的性质。天然沥青是石油在经过亿万年的地质变化过程中,在热、压力、氧化、触媒、细菌综合作用下生成的沥青类物质,通常包括湖沥青、岩沥青和海底沥青。早期使用的天然沥青以特立尼达湖沥青(TLA)为代表,近些年产于南太平洋印度尼西亚苏拉威西岛东南部布敦岛的布敦湖沥青(BMA)在我国也有了一定的应用,取得了非常好的效果。
1湖沥青改性沥青的性能指标
普通改性沥青采用SKSBS改性沥青(简称SBS改性沥青),其性能指标如表1所示。湖沥青改性沥青采用SKSBS改性沥青掺加6%(湖沥青与SBS改性沥青的质量比)的湖沥青,其性能指标如表2所示。
从表2中可以看出,掺加湖沥青以后沥青的针入度大幅降低,软化点明显提高,低温延度降低很多,针入度指数有所降低。单从胶结料的角度考虑湖沥青改性沥青的性质并不如改性前好,但我们更注重的应该是沥青混合料的路用性能。
在实验室制作湖沥青改性沥青的方法:采用电磁搅拌器和自动控温电炉,将计量过的SBS改性沥青加热至160℃~175℃,然后将要求比例的湖沥青改性剂粉末加入SBS改性沥青中,温度升高并控制在(170±5)℃,搅拌35min,制得湖沥青改性沥青,置入160℃恒温箱内培育2.5h备用。加工后的湖沥青改性沥青应看不到湖沥青颗粒。在施工现场湖沥青改性沥青的制作方法:将SBS改性沥青通过流量计计量后输至带有搅拌装置的沥青罐中并加热至160℃~175℃,将湖沥青改性剂按规定比例加入罐中进行搅拌混合,搅拌温度控制在(170±5)℃,25min~35min即可。加工完毕后,抽入储存罐中备用。如果设备简陋,改性沥青生产完毕后应在储存罐中培育2.5h后方可使用。
2湖沥青改性沥青混合料路用性能
用SBS改性沥青和湖沥青改性沥青分别制作马歇尔试件,对比其高温稳定性和水稳定性。对比试验为采用改进后的AC-13级配,级配见表3。
混合料的油石比均为各自的最佳油石比5.2%,双面各击实75次。从室内制件过程来看,湖沥青改性沥青在同样温度下比普通的SBS改性沥青具有更高的稠度。
高温稳定性试验结果如表4所示,水稳定性试验结果如表5所示。马歇尔试件的空隙率为3.6%~4.5%,符合施工技术的空隙率要求范围。
从表4可以看出,湖沥青改性沥青混合料同SBS改性沥青混合料相比,动稳定度有一定明显地提高,提高幅度为21%。从表5看出:两种沥青混合料的冻融劈裂强度比和残留稳定度均在90%以上,加与不加效果不是太明显;但从稳定度和劈裂强度的大小上来看,湖沥青改性沥青混合料较SBS改性沥青混合料有明显的提高,前者的稳定度较后者提高68%以上,前者的劈裂强度较后者提高42%以上。
3试验结果与建议
通过一系列对比试验得出以下试验结果与建议:①制作湖沥青改性沥青的所需设备简单,对工艺要求不高,有利于研究和施工工地推广应用工作的开展。②SBS改性沥青掺加湖沥青后动稳定度提高明显,可以考虑在普通沥青中掺加湖沥青来适当提高普通沥青混合料的高温性能。③湖沥青改性沥青混合料的稳定度和劈裂强度相对于普通改性沥青混合料来说提高幅度明显。