鋼橋面鋪裝用新型高黏瀝青及瀝青混合料的研究
發布時間：2023/3/14 9:40:06
近幾十年來，隨著公路橋梁建設迅速發展，我國建設大量的大跨徑橋梁。對于橋梁建設，在橋面鋪裝材料的開發應用尚未給予足夠重視。目前國內針對大型鋼橋開發的高黏瀝青技術應用效果較好 [1, 2]。
國內對高黏瀝青的應用相對較晚，早期的一些工程中主要采用 TPS 改性劑 [3, 4]。在近幾年，國內學者投入大量的精力進行高黏瀝青開發工作 [5]。由于其優異的路用性能，國內在一些大型橋面鋪裝中逐漸采用高黏瀝青技術 [6, 7]。與普通改性瀝青相比，高黏瀝青具有更高的黏韌性，用于黏結層時效果顯著 [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勢 [10]。
本文旨在研究自主開發的新型高黏瀝青的性能，設計適合大型鋼橋橋面鋪裝的 ***A-10 混合料，并對其綜合路用性能及實際應用進行研究。
1 高黏瀝青的制備
1.1 原材料
本試驗使用的基質瀝青為齊魯 70#A 級道路石油瀝青，其基本技術指標試驗結果如表 1 所示。高黏改性劑為實驗室自主研發高黏改性劑，在 185℃溫度下，只通過攪拌就可以溶化，不需要進行剪切。與市面常見高黏改性劑相比，具有高溫易溶化、分散更均勻的特點，瀝青改性效果更好。穩定劑采用實驗室常用的硫磺穩定劑，可以促進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，在攪拌機中均勻攪拌 50min，高黏改性劑完全溶化后加入穩定劑，185℃恒溫發育 2.5h，即制得高黏瀝青。
2 高黏瀝青的性能試驗
2.1 基本性能試驗
2.1.1 基本物理性能試驗
根據中國 JTG E20-2011 試驗規程對實驗室自主研制的高黏瀝青進行各種瀝青試驗，以評估其物理力學性能。其技術指標見表 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，說明其抗拉性能更好，抵抗低溫開裂的能力更強。此高黏瀝青的離析軟化點差為 1.2℃，離析較小，說明穩定劑的加入確實提高了高黏瀝青的儲存穩定性，滿足高黏瀝青施***輸和儲存的要求。高黏瀝青的 60℃動力黏度高達191300Pa·s，遠遠大于 SBS 改性瀝青。在高黏瀝青的60℃動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量。
2.2 流變性能試驗
2.2.1 溫度掃描試驗
通過動態剪切流變儀（DSR）對高黏瀝青和 SBS 改性瀝青進行溫度掃描試驗。動態剪切流變儀（DSR）采用 10rad/s 的加載速率，測得高黏瀝青滿足 PG-82 的要求，測試結果見表 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，說明相比 SBS 改性瀝青，高黏瀝青消解自身溫度應力的能力更強，低溫性能更優。該高黏瀝青蠕變勁度滿足 -28℃的要求，達到了 PG 分級中 PG-28 的要求。
3 瀝青混合料路用性能研究
3.1 高溫穩定性能
本研究采用 60℃車轍試驗對瀝青混合料的高溫穩定性能進行評價，試驗結果如圖 1 所示
對比車轍試驗結果可以發現，高黏瀝青混合料的車轍深度較低，動穩定度值更高。表明高黏瀝青混合料具有較好的高溫穩定性。
3.2 低溫抗裂性能
本文采用低溫小梁彎曲試驗進行研究，試驗結果如圖 2 所示。
由圖 2 可知高黏瀝青混合料的抗彎拉強度比 SBS改性瀝青混合料高 16.5%，彎曲應變比 SBS 改性瀝青混合料大 51.4%。高黏瀝青混合料表現出更好的抗低溫開裂能力。
3.3 水穩定性能
研究采用凍融劈裂試驗 TSR 值評價瀝青混合料的水穩定性。TSR 值越高，抗水損害能力越強。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% 的數值表明，即使在凍融循環過程中，高黏瀝青混合料試件只是出現了很小的水損害。
4 工程應用
本研究開發的高黏瀝青于 2021 年，在東營勝利黃河大橋橋面鋪裝改造工程中得到應用。根據國內外鋼橋面鋪裝的工程經驗和***的科研成果，修補方案為上層 4cm 厚高黏 ***A-10+ 下層 5.5cm 厚超高性能混凝土（UHPC）。
現場觀測結果顯示高黏瀝青混合料 ***A-10 由于粗集料與細集料比例合理，相應的表面構造深度滿足要求；高黏瀝青混合料 ***A-10 的空隙率、滲水系數、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。現場鋪裝效果較好，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。在實驗室對自主研發的高黏瀝青進行性能試驗評價，并在實際橋面鋪裝改造工程中進行應用。在此基礎上，得出以下結論：
（1）自主研發的高黏瀝青只需通過攪拌可以制得，不需要進行剪切，并且有很好的高低溫性能，儲存穩定性良好。
（2）混合料試驗表明，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℃動穩定度、彎曲應變、TSR 分別高于 SBS 改性瀝青混合料 39.5%、51.4%、11%。
（3）實際工程應用良好證明高黏瀝青作為鋼橋面鋪裝材料的實用性。
參考文獻：
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