鋼橋面鋪裝用新型高黏瀝青及瀝青混合料的研究
發(fā)布時(shí)間：2023/3/14 9:40:06
近幾十年來(lái)，隨著公路橋梁建設(shè)迅速發(fā)展，我國(guó)建設(shè)大量的大跨徑橋梁。對(duì)于橋梁建設(shè)，在橋面鋪裝材料的開發(fā)應(yīng)用尚未給予足夠重視。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)大型鋼橋開發(fā)的高黏瀝青技術(shù)應(yīng)用效果較好 [1, 2]。
國(guó)內(nèi)對(duì)高黏瀝青的應(yīng)用相對(duì)較晚，早期的一些工程中主要采用 TPS 改性劑 [3, 4]。在近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者投入大量的精力進(jìn)行高黏瀝青開發(fā)工作 [5]。由于其優(yōu)異的路用性能，國(guó)內(nèi)在一些大型橋面鋪裝中逐漸采用高黏瀝青技術(shù) [6, 7]。與普通改性瀝青相比，高黏瀝青具有更高的黏韌性，用于黏結(jié)層時(shí)效果顯著 [8, 9]；由于高黏瀝青黏度高，用以制備的瀝青混合料在施工性能和綜合性能等方面都具有優(yōu)勢(shì) [10]。
本文旨在研究自主開發(fā)的新型高黏瀝青的性能，設(shè)計(jì)適合大型鋼橋橋面鋪裝的 ***A-10 混合料，并對(duì)其綜合路用性能及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。
1 高黏瀝青的制備
1.1 原材料
本試驗(yàn)使用的基質(zhì)瀝青為齊魯 70#A 級(jí)道路石油瀝青，其基本技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。高黏改性劑為實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)高黏改性劑，在 185℃溫度下，只通過(guò)攪拌就可以溶化，不需要進(jìn)行剪切。與市面常見(jiàn)高黏改性劑相比，具有高溫易溶化、分散更均勻的特點(diǎn)，瀝青改性效果更好。穩(wěn)定劑采用實(shí)驗(yàn)室常用的硫磺穩(wěn)定劑，可以促進(jìn)改性劑與瀝青之間更好融合，減少高黏瀝青離析并提升改性瀝青的部分性能。
1.2 改性瀝青制備工藝
將基質(zhì)瀝青先在烘箱加熱，然后在電熱套中加熱***185℃，保持溫度不變，加入高黏改性劑，在攪拌機(jī)中均勻攪拌 50min，高黏改性劑完全溶化后加入穩(wěn)定劑，185℃恒溫發(fā)育 2.5h，即制得高黏瀝青。
2 高黏瀝青的性能試驗(yàn)
2.1 基本性能試驗(yàn)
2.1.1 基本物理性能試驗(yàn)
根據(jù)中國(guó) JTG E20-2011 試驗(yàn)規(guī)程對(duì)實(shí)驗(yàn)室自主研制的高黏瀝青進(jìn)行各種瀝青試驗(yàn)，以評(píng)估其物理力學(xué)性能。其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 2。由表 2 看出，與 SBS 改性瀝青相比，高黏瀝青的針入度較小，表明高黏瀝青高溫性能越好；5℃下高黏瀝青的延度值較大，說(shuō)明其抗拉性能更好，抵抗低溫開裂的能力更強(qiáng)。此高黏瀝青的離析軟化點(diǎn)差為 1.2℃，離析較小，說(shuō)明穩(wěn)定劑的加入確實(shí)提高了高黏瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，滿足高黏瀝青施***輸和儲(chǔ)存的要求。高黏瀝青的 60℃動(dòng)力黏度高達(dá)191300Pa·s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 SBS 改性瀝青。在高黏瀝青的60℃動(dòng)力黏度很高的情況下，175℃布氏黏度在 0.5Pa·s左右，滿足施工和易性要求，保證了瀝青的施工質(zhì)量。
2.2 流變性能試驗(yàn)
2.2.1 溫度掃描試驗(yàn)
通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）對(duì)高黏瀝青和 SBS 改性瀝青進(jìn)行溫度掃描試驗(yàn)。動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）采用 10rad/s 的加載速率，測(cè)得高黏瀝青滿足 PG-82 的要求，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 3。
由表 4 可以得出，相同溫度下，高黏瀝青的 S 值要小于 SBS 改性瀝青，m 值大于 SBS 改性瀝青，說(shuō)明相比 SBS 改性瀝青，高黏瀝青消解自身溫度應(yīng)力的能力更強(qiáng)，低溫性能更優(yōu)。該高黏瀝青蠕變勁度滿足 -28℃的要求，達(dá)到了 PG 分級(jí)中 PG-28 的要求。
3 瀝青混合料路用性能研究
3.1 高溫穩(wěn)定性能
本研究采用 60℃車轍試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如圖 1 所示
對(duì)比車轍試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，高黏瀝青混合料的車轍深度較低，動(dòng)穩(wěn)定度值更高。表明高黏瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性。
3.2 低溫抗裂性能
本文采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。
由圖 2 可知高黏瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度比 SBS改性瀝青混合料高 16.5%，彎曲應(yīng)變比 SBS 改性瀝青混合料大 51.4%。高黏瀝青混合料表現(xiàn)出更好的抗低溫開裂能力。
3.3 水穩(wěn)定性能
研究采用凍融劈裂試驗(yàn) TSR 值評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。TSR 值越高，抗水損害能力越強(qiáng)。表 5 所示的高黏瀝青混合料的 TSR 值比 SBS 改性瀝青混合料的TSR 值高約 11%。91.57% 的數(shù)值表明，即使在凍融循環(huán)過(guò)程中，高黏瀝青混合料試件只是出現(xiàn)了很小的水損害。
4 工程應(yīng)用
本研究開發(fā)的高黏瀝青于 2021 年，在東營(yíng)勝利黃河大橋橋面鋪裝改造工程中得到應(yīng)用。根據(jù)國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝的工程經(jīng)驗(yàn)和***的科研成果，修補(bǔ)方案為上層 4cm 厚高黏 ***A-10+ 下層 5.5cm 厚超高性能混凝土（UHPC）。
現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果顯示高黏瀝青混合料 ***A-10 由于粗集料與細(xì)集料比例合理，相應(yīng)的表面構(gòu)造深度滿足要求；高黏瀝青混合料 ***A-10 的空隙率、滲水系數(shù)、摩擦性能均能夠滿足鋼橋面鋪裝的要求，使得面層具有良好抗滑性和耐磨性能。現(xiàn)場(chǎng)鋪裝效果較好，證明高黏瀝青作為鋼橋橋面鋪裝材料的適用性。
5 結(jié)論
本文介紹一種用于鋼橋面鋪裝的高黏瀝青和高黏瀝青混合料。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)自主研發(fā)的高黏瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)，并在實(shí)際橋面鋪裝改造工程中進(jìn)行應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，得出以下結(jié)論：
（1）自主研發(fā)的高黏瀝青只需通過(guò)攪拌可以制得，不需要進(jìn)行剪切，并且有很好的高低溫性能，儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好。
（2）混合料試驗(yàn)表明，高黏瀝青混合料具有良好的路用性能。高黏瀝青混合料的 60℃動(dòng)穩(wěn)定度、彎曲應(yīng)變、TSR 分別高于 SBS 改性瀝青混合料 39.5%、51.4%、11%。
（3）實(shí)際工程應(yīng)用良好證明高黏瀝青作為鋼橋面鋪裝材料的實(shí)用性。
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