湖沥青特性和应用效益浅析

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摘要：本文简述了特立尼达湖（TLA）天然湖沥青的应用发展和特性，结合其应用效益分析，得出其广泛应用的意义和前景。并简要分析了湖沥青改性沥青的等级划分和参考应用条件。

关键字：湖沥青、特性、应用效益

Abstract: this paper briefly describes the Trinidad lake (TLA) natural lake asphalt application development and properties, with its application efficiency analysis, and obtain the wide application of the significance and prospect. And briefly analyzed the lake asphalt modified asphalt hierarchies and reference application conditions.

Key word: lake asphalt, characteristics, application benefits

中图分类号：TU57+1文献标识码：A 文章编号：

1、特立尼达湖（TLA）天然湖沥青的应用发展

特立尼达湖（TLA）沥青是目前在世界上发现的最大的可作为商业用途的天然沥青矿，人们最初尝试使用时只是在海岸边或海岸附近捞出大量沥青用于船只裂缝的修补，发现其修补的效果极佳。美英商人在1888年联合成立了特立尼达沥青公司（Trinidad Asphalt Company），从那时开始，湖沥青作为主要的沥青路面修筑材料之一，才逐渐被人们认识、接受、推广和大范围应用，使用量不断上升。

1870年在美国新泽西州的纽华市德士美公司（E.J.DeSmedt）使用湖沥青铺设了第一条沥青道路，用这种沥青铺设的道路因其使用寿命长，维修费用低而著名。之后，湖沥青就广泛应用于各国高速公路、机场跑道、桥面铺装、隧道、公共汽车站及其有大量重载交通工具通过的地方，包括乔治·华盛顿大桥、林肯隧道、肯尼迪国际机场以及81号和495号州际公路等一些世界上比较著名的机场和公路。我国自1999年重视湖沥青应用和研究后，重庆嘉陵江大桥、北京二环、三环大修，以及北京长安街等均有应用。

2、湖沥青改性沥青的特性和应用标准

生产湖沥青的工艺主要是使用轻型牵引机械设备将天然沥青从湖面取出，而后通过相应的设备传送到分解蒸馏器中。与一般沥青提炼工艺不同的是，湖沥青整体的生产加工过程均是在相对低温的环境进行的，其目的主要是是为了去除天然沥青中的杂质和水份，而并非是一般原油加工后生产沥青的方法。

精炼的湖沥青含灰分（矿物质）约为35%～39%，沥青约为52%～55%，有机物和一些挥发物约为9%～10%，其中灰分主要由石英和粘土矿组成。这种天然形成的矿物颗粒填充在软沥青质和沥青混浆中的缝隙中，形成了湖沥青区别于普通道路石油沥青的特性。湖沥青含有大量的芳香分、沥青质和软沥青质，而饱和分含量特别少。其沥青质含量高达30%以上，是一般普通沥青所含沥青质的6～1O倍，软沥青质的含量为67%～70%。同时，天然湖沥青还具有“半聚合”的作用，高温下，溶于普通道路石油沥青后的湖沥青大胶束破裂而产生的活性点会迅速的与其它的小分子结合而形成新的结构，这也是湖沥青能与其它化学改性剂一起掺配做复合改性剂的原因。

TLA混合沥青是指，在一定温度下将熔化的TLA按照设定的配合比例与普通石油沥青混和、搅拌而形成的混合沥青。其结构类型主要是凝胶体而并非溶胶结构，与普通石油沥青掺配形成后的混合沥青胶体类型为溶－凝胶，胶团之间相互有一定的吸引力，湖沥青改性沥青具有以下特性：

（1）与普通道路石油沥青的相溶性能非常好。SBS、SBR等聚合物改性从本质上来说属于化学改性，基本上均是通过高温研磨后使改性剂混合分散在沥青的组分中，当温度低于这些化学物质活性要求或存放时间过长时，分散与沥青中的这些化学改性剂容易重新聚合结团而产生离析，影响其使用功能和稳定性。而湖沥青本身就是沥青，湖沥青改性本质上属于物理改性，当出现灰分沉淀时，重新进行适当的搅拌即可使其均匀化。此外，由于湖沥青本身的“半聚合”作用，使得湖沥青与其它化学改性合理掺配后生产的复合改性沥青性质稳定性更好，路用性能更加优异。

（2）温度稳定性好。湖沥青混合沥青的温度稳定性良好，与普通是由沥青相比，不但具有良好的高温稳定性，而且有效改善低温抗裂性能。

（3）抗老化性能好。TLA中氮的含量是普通沥青的几倍甚至几十倍（0.8%），并且氮元素是以官能团形式出现，这就使得TLA混合沥青具有对自由氧化基的高抵抗能力。

（4） 粘附性强，抗水害性能好，而SBS改性沥青在施工过程中容易离析，造成路面结构体不稳定，易产生一系列的水损坏。然而由于TLA混合沥青中有较高含量的软沥青质，其中含有大量的氧、氮、有机硫等，其结构、含量和胶溶状态使TLA混合沥青的极性增强，从而增强了对石料的浸润能力和粘附能力，可为在缺乏碱性石料地区修筑高等级沥青路面提供新的有效的技术措施。

至于TLA混合沥青的使用和检验指标，《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）规定可以参照英国BS 3690（如表2.1）、美国、特立尼达和多巴哥等国家的相关技术规范和设计指南等，提出了TLA混合沥青质量技术的参考要求（如表2.3）。

从表2.2和表2.3可以看出，TLA混合沥青的等级划分基本上是以针入度来界定的，但具体到各指标的时候，我国对TLA混合沥青的等级划分标准和美国ASTM的标准存在差异，这显然是针对各国的气候、路面结构、交通状况等条件而定的。虽然我国的TLA混合沥青与美国ASTM的标准存在差异，但可以参考ASTM相应等级的应用条件使用。

3、湖沥青改性沥青推广应用经济效益分析

当前，各类沥青当前市场价格大致如下，进口重交道路石油沥青： RMB5400元/吨；SBS改性聚合物：RMB25000元/吨 ；天然湖沥青：RMB7500元/吨。

沥青材料成本分析

SBS改性沥青 = 重交沥青（95%）+ SBS(5%) = 6380元/吨

湖改性沥青价格 = 重交沥青（75%）+湖沥青(25%) = 5925元/吨

一般情况下，高速公路沥青路面结构为上面层4cm，中面层为6cm下面层为8cm，使用改性沥青的面层结构为上面层和中面层计算，每公里高速公路沥青路面使用改性沥青约为260吨，仅改性沥青材料费用约节省11.83万元。

(2)养护时改性沥青材料成本分析

不考虑TLA改性沥青对路面使用寿命的延长作用，仅考虑大中修养护中需要对上面层及中面层进行更换。假设使用寿命周期内上面层更换3次，中面层更换2次；则养护时仅改性沥青节约约为28.39万元/公里。

在忽略TLA湖沥青改性沥青路面减少病害、提高路面的服务能力这些有利因素的前提下，宽度仅为21m的双向四车道高速公路，每公里使用TLA较SBS改性沥青在寿命周期内仅沥青耗费一项就节约超过40万元。

根据国外的使用及我国试验路段使用经验，TLA湖沥青改性沥青路面较SBS改性沥青路面的使用寿命平均增加5～10年，这将至少节约每公里约为45万的养护费用，两项合计，在路面的服务年限内，TLA改性沥青比SBS改性沥青每公里节约成本约为85万元。仅以广西为例，根据广西省交通运输厅新的规划方案（2009年至2030年），广西高速路网将新增10条高速公路通道，至2030年，高速公路网总里程将达到7530公里，增幅达4000多公里，若TLA改性沥青能在广西大面积的推广应用，其经济效益将是非常可观的。

如果再考虑到使用者成本，如由于维修而引起的交通中断、由于阻塞所导致使用者费用增加、车辆运营成本随时间而提高、发生交通事故产生的经济损失、环境成本及其他成本。从上述分析看出，广泛推广湖沥青改性沥青社会效益显著。

4、结语

本文在介绍了特立尼达湖（TLA）天然湖沥青的应用发展和发展的基础上，从提炼工艺角度出发，简要地阐述了湖沥青自身的区别于普通道路石油沥青的性能，分析了湖沥青混合（改性）沥青的特性和应用标准由来。湖沥青改性沥青的等级划分基本上是以针入度来界定的，虽然我国的TLA混合沥青与美国ASTM的标准存在差异，但可以参考ASTM相应等级的应用条件使用。最后，通过湖沥青应用效益分析，可以看出，大范围的推广应用天然湖改性沥青，不仅是保护环境，实施可持续发展战略的双重要求，而且具有较高的经济和社会效益。

参考文献：

[1] JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S]

[2] JTJ 052—2000，沥青路面施工及验收规范[S]

[3] 沈金安，改性沥青与SMA路面.北京：人民交通出版社，1999.122

[4] 柳浩，千里达湖天然沥青改性国产重交通沥青的路用性能研究.石油沥青，2011.2

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