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摘要：该文对TLA改性沥青应用状况、性能特征、施工工艺及使用成本等进行了详细介绍与分析，并就目前TLA改性沥青使用过程中存在问题进行了总结。
关键词：TLA改性沥青；性能；施工；成本
1 前言
特立尼达湖沥青（简称“TLA”）是世界上最有名的一种天然沥青，产于南美洲西印度群岛特立尼达和多巴哥共和国境内的彼奇湖。彼奇湖总面积约36万平方米，TLA贮量约1200万吨，目前年产量在3万吨左右。湖沥青的形成是由石油不断地从地壳中冒出，存在天然湖中，经长年沉淀、变化、硬化而形成的天然沥青。TLA由唯一的一家企业——特立尼达和多巴哥湖沥青（1978）有限公司（Lake Asphalt of Trinidad and Tabago（1978）LTD.）生产，其生产方式是用轻型牵引机械从湖面将沥青刮起，然后通过铁路输送到分解蒸馏器中，在160℃的相对低温下进行水合作用，除去杂质水分后装桶。图1所示为沥青湖与湖沥青。
2 TLA改性沥青应用现状
TLA改性沥青在国外开始应用很早，早在1880年，美国华盛顿特区在几个城市街道的路面工程中已应用了TLA。后来尤其是应用在重交通路段，包括飞机场、桥面铺装、高速公路等地方。
TLA改性沥青真正在我国大陆大批量使用是从1999年建成江阴长江大桥以后。由于江阴长江大桥采用TLA改性沥青表现出优异的路用性能，之后TLA被广泛使用在机场、桥梁、高速公路、市政建设等项目。
2002年，北京市进行了二环路的改造，方案为加铺两层沥青混凝土：下面层（4cm）为AC-20I或AC-16I 沥青混凝土，结合料采用湖沥青改性国产重交通沥青；上面层（4cm）采用 SMA-13混合料，结合料采用“湖沥青+SBS”复合改性国产重交通沥青。研究确定AC、SMA-13混合料中TLA掺量为25%。至2005年，经3年的大交通量及夏日酷暑，冬日严寒的考验，二环主路除个别桥面铺装层的沥青混凝土因其下卧的水泥混凝土破坏而引起的沥青桥面局部破坏或个别裂缝外，其余近80万㎡TLA改性路面总体上平整、密实、使用安全、舒适，路况优良，与工程刚竣工时相比无重大变化。在行车舒适性和防止路面早期开裂这两点上，使用TLA改性沥青混凝土及应力消解层效果之好，某种程度上超过了预期。
2003年，广东省开阳高速公路为评价TLA改性沥青在广东特定环境下的路用性能，探索新材料的应用，在开阳高速公路单幅铺筑了8 kmTLA改性沥青抗滑表层试验路。通过方案对比评价了TLA改性沥青的性能，同时通过试验路确定了TLA改性沥青配制、生产、混合料施工技术指标要求。初步研究表明，TLA改性沥青混合料具有优良的高温稳定性、抗水损害等性能，其施工工艺与聚合物改性沥青混合料基本一致，主要是注意控制掺配比例及施工温度等。
2006年修建的广东省佛山市一环城际快速干线工程，佛山一环东线（和顺至北滘段）长度为35.72km，沥青面层采用4cmTLA 改性沥青AC-13C表面层+ 6cmTLA改性沥青AC-20C中面层+ 8cm普通沥青AC-25C下面层。整个路面工程共使用了约2. 8万吨TLA 改性沥青，这是我国第一次大规模地将TLA应用于道路工程。佛山一环的交通量大，车流量每天达20万辆/天，超重车多，自2006年11月通车至2013年7月，近7年以来，东线沥青路面整体路况优良，全线PCI指数为95.1，但期间出现以下路面病害：横向裂缝992条，累计长度7213.96m；纵向裂缝324条，累计长度9352.7m；坑槽16.154㎡；车辙112m；麻面101.12㎡；龟裂15.3㎡。
2011年竣工通车的江西上饶至武夷山高速公路，全长52. 966km，其中的37. 686km 采用了TLA改性沥青用于中、上面层，TLA 与基质沥青的掺配比例为32∶68。经过了一个当地近几年来的最冷冬季，表现出了较好的低温抗开裂性能。
广肇二期工程、太原至旧关高速公路大修工程、河北石黄高速公路衡水支线、赣州至大余高速公路、大广高速公路麻城至浠水第一合同段、汕头至揭阳高速公路、北京长安街大修等省和国家重点工程也相继采用了TLA。
交通部公路科学研究所、同济大学、东南大学、长沙理工大学、山西省交通规划勘察设计院、广西交通规划勘察设计研究院、辽宁省交通勘测设计院等单位也积极开展了TLA、TLA改性沥青、TLA复合改性沥青路用性能的研究。
另一方面，在美国、英国、日本等众多国家的规范中，除了聚合物改性沥青外，一般都有特立尼达湖沥青的质量要求，为适应我国的实际需要，参照英国BS 3690、美国ASTM D 5710、特立尼达和多巴哥TTS 590：2002，TTS 593：2002及日本沥青路面设计指针等，《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）在条文说明4.6.4中给出了特立尼达湖沥青（TLA）及湖沥青改性沥青的质量技术要求。
3 TLA改性沥青性能特征
3.1 TLA成分组成
自100多年前开采首次质量测试，直至如今，测试结果都显示TLA的质量成分经久不变。经试验，TLA中大约含：（1）53%～55%的地沥青，它包含36%软沥青质和18%沥青质，在可溶性沥青中，含67%～70%软沥青质和30%～33%沥青质；（2）36%～37%的矿物质，主要成分是石英和粘土，矿物质非常精细，90%小于0.075 mm，44%小于0.01 mm；（3）9%～10%为矿物质、有机质和一些挥发物质合成的水。
3.2 TLA改性沥青性能特征
（1）高温稳定性好
由于天然湖沥青是在高温下经过亿万年的充分氧化而形成，不含蜡，分子量大，聚合度高，其中的灰分呈珊瑚状，高温下能将沥青轻组分吸入细孔中。所有这些特性均使TLA改性沥青的温度敏感性降低（针入度指数变大），软化点、粘度和劲度模量等明显提高，具有优良的抵抗车辙变形的能力。
（2）抗水损害性能好
TLA中的软沥青质含有大量的氮、氧、有机硫等，使沥青极性增加，对石料侵润能力、粘附能力大大增加。同时，TLA中灰分较小的粒径、较大的比表面积，产生了TLA沥青胶浆内较大的比粘附功。在高温长时间条件下，其粘附性还有增强趋势，大大提高了TLA改性沥青混合料的抗水损害性能，同时为碱性石料缺乏地区修筑高等级沥青路面增加了新的技术途径。
（3）抗老化性能好
由于TLA经过了亿万年气候的考验，氮的含量是普通沥青的几倍至几十倍，其中的氮元素是以官能团形式出现，对自由氧化基具有高的抵抗性，所有这些使TLA改性沥青具有优良的抗老化性能。老化试验（RTFOT）表明，TLA改性沥青老化后质量损失很小，针入度比却很高，说明TLA改性沥青的抗老化性能很好。
（4）对燃油、微生物等侵蚀的抵抗能力提高
TLA结构独特，具有更多的凝胶体，掺配形成的TLA 改性沥青呈溶—凝胶结构，其中的沥青质有较多的树脂作为保护，一定程度上提高了TLA改性沥青对燃油、微生物等侵蚀的抵抗能力。这对提高沥青路面的使用性能及耐久性非常重要。
（5）可循环再生
路面维修时可把挖出的TLA改性沥青混合料重新加热，添加新材料后继续使用。
另一方面，由于TLA本身是沥青，其物理和化学特性与石油沥青完全一致，因此与石油沥青有极好的相容性。
3.3 TLA改性沥青与SBS改性沥青的性能比较
为了更好地评价TLA改性沥青的性能，对相同集料、级配的沥青混合料进行性能对比试验，发现TLA改性沥青混合料的性能不亚于SBS的性能。TLA改性沥青的高温稳定性、水稳定性均令人满意，且高温性能优于SBS改性沥青。
4 TLA改性沥青混合料施工
4.1 T LA改性沥青生产
改性设备一般由TLA熔化罐、基质沥青熔化罐、改性拌和罐以及TLA改性沥青存储罐组成（图2所示）。TLA改性沥青的制备过程为：先将桶装的TLA脱桶放入TLA熔化罐中，加热到190℃，基质沥青加热到135℃，按比例送入拌和罐中进行拌和改性40 min，得到170℃TLA改性沥青后输入TLA改性沥青存储罐中待用（另有制备方法是：分别预热基质沥青及TLA到150℃，按基质沥青与TLA设计比例拌和，并提高温度到170℃后，搅拌40 min）。
图2 天然沥青现场改性生产流程示意图
4.2 TLA改性沥青混合料拌和
矿料（不含矿粉）加热温度控制在175～185℃，TLA改性沥青拌和温度控制在165～170℃，混合料出厂温度在170～180℃。拌和时间为45 s，其中干拌至少10 s，湿拌35 s。
4.3 TLA改性沥青混合料运输
由于TLA改性沥青粘度较大，如果低于施工温度要求，摊铺碾压就比较困难，达不到设计标准。因此应采取相应措施，保证混合料在运输过程中温度降低幅度不能过大。
4.4 TLA改性沥青混合料摊铺、碾压、养生
TLA改性沥青粘度较大，应严格控制摊铺、碾压温度，其中控制摊铺温度不低于165℃，控制摊铺机行走速度在3 m/min以内。TLA改性沥青混合料施工完毕后，自然冷却养生，在路面内部温度降低至50℃以下后才可开放交通。
5 TLA改性沥青应用成本分析
根据表1比较，以5%SBS改性沥青、35%TLA改性沥青为例，TLA改性沥青与SBS改性沥青成本价格相当，TLA改性沥青价格并无太大价格优势，另一方面，根据佛山一环工程使用情况，中面层AC-20的油石比为5.2%（SBS改性沥青油石比为4.6%），表面层AC-13油石比为5.8%（SBS改性沥青油石比为4.9%），TLA改性沥青混合料油石比均比SBS改性沥青混合料大。
根据表2所示，上面层（AC-13）35%TLA改性沥青混合料比4%SBS改性沥青混合料每吨成本多47.7元，而中面层（AC-20）35%TLA改性沥青混合料比4%SBS改性沥青混合料每吨成本多31.36元。
6 小结
（1）虽然大量室内试验表明TLA改性沥青在高温稳定性、抗变形、低温抗裂性、抗疲劳开裂、抗水损害、耐久性等方面较普通沥青有很大的改善，相应性能也与SBS改性沥青相当，同时，资料显示TLA改性沥青路面在国外有着优良的使用性能表现，使用寿命长达20～50年，但国内广泛开展TLA改性沥青的应用是在1999年以后，截止目前，尚且没有较多路面长期性能的报告可参考，大部分研究只能提供道路通车后较短时期的观测情况，因而，目前仍不能明确国内TLA改性沥青路面的长期使用性能情况。另一方面，对试图通过使用改性沥青防止沥青路面早期损坏，必须有正确的认识和充分的估计，因为，对于我国大多数发生早期损坏的高速公路来说，不能把发生破坏的原因都归罪于沥青的质量，更主要是沥青路面的结构设计、施工及集料质量等的影响。无法考虑TLA改性沥青路面的全寿命成本费用的情况下，就建设费用来看，TLA改性沥青成本高于BSB改性沥青。
（2）TLA改性沥青施工工艺与聚合物改性沥青混合料基本一致，但相比较SBS改性沥青混合料，TLA改性沥青混合料施工温度要求更高，需根据TLA改性沥青的粘温曲线及马歇尔试验结果，确定TLA改性沥青混合料的各环节施工温度并严格控制，因而也对施工过程中的质量控制提出了更高要求。
（3）TLA改性沥青生产加工工艺简便易行，但若采用现场加工模式生产，则生产效率较低，在施工任务较为繁重时期，可能不能满足TLA改性沥青的需求，同时，由于LA沥青中含有30%多的矿物微颗粒，其密度较基质沥青大，容易发生沉淀离析，沥青泵的损坏情况时有发生，则设备的不断维修会严重影响到施工的进度。
（4）TLA有着优良的性能，但在改性沥青中不是掺量越多越好，必须结合性能、施工要求及经济性综合考虑。根据TLA改性沥青混凝土的使用经验，用于路面时TLA掺加25%～50%，在桥面铺装使用时TLA掺加50%～70%。国内有关研究表明30%~33%TLA掺量最具经济效益。
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论文作者:曹云龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/17
标签：改性沥青论文; 沥青论文; 性能论文; 面层论文; 路面论文; 高速公路论文; 温度论文; 《基层建设》2017年第12期论文;