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        聚烯烴/乙烯共聚物干法改性OGFC瀝青混合料路用性能研究

        2013-11-16 11:54:20劉永明
        交通運輸研究 2013年1期

        劉永明,林 汀

        (1.江西省交通工程質量檢測中心,江西 南昌 330038;2.江西省交通運輸技術創(chuàng)新中心,江西 南昌 330038)

        0 引言

        OGFC(Open Graded Friction Courses)是一種具有連通空隙的開級配抗滑磨耗層瀝青混合料。它起源于歐洲,在德國稱為大空隙或排水性路面,英國稱為大空隙率瀝青碎石,美國稱為開級配瀝青磨耗層(OGFC)。OGFC主要是為提高路面的抗滑性能、減少雨天濺水而設計,其設計空隙率高達20%左右,降水時路表水可通過結構層連通的空隙滲入結構內部并排走,有效地降低了表面積水所引起的水霧、濺水及眩光,增加路面表面粗糙度。由于OGFC具有空隙率大、表面粗糙、雨天抗滑、減少水膜滑溜、提高雨季夜晚行車標線的識別能力和降低行車噪音等特點,越來越受道路工作者的關注。國外發(fā)達國家自上個世紀中葉就開始對OGFC進行研究,20世紀70年代末以來,已經(jīng)在國外高等級公路上得到了較多的應用,荷蘭60%的高速公路為排水性瀝青混凝土路面,日本真正實施于1987年。1993年成立了排水性鋪裝研究會,1996年日本道路協(xié)會編制出版了《排水性鋪裝技術指南》,用于指導施工[1]。高黏度瀝青是OGFC混合料的核心材料,因此在試驗研究過程中不可避免地要涉及到高黏瀝青種類的選擇,排水瀝青混凝土路面的經(jīng)濟性也受到高黏瀝青種類選擇的支配。

        本文針對OGFC混合料的組成特點,在最佳瀝青用量條件下,以聚烯烴/乙烯共聚物(以下簡稱RK300)為主要原料,輔助于合適的增容劑、分散劑和特種添加劑,通過現(xiàn)代化工合成工藝制成高相容、高分散的顆粒狀改性劑[2],對不同高黏瀝青結合料以及是否摻加RK300的混合料的路用性能迸行對比研究,分析瀝青混合料和RK300的加入對瀝青混合料的性能影響。

        1 原材料

        1.1 瀝青

        試驗采用埃索70號基質瀝青,摻加高聚物HRK-011改性劑進行改性,埃索70基質瀝青摻加高聚物改性劑TPS進行改性,其技術指標見表1。

        表1 高黏瀝青性能指標

        1.2 礦料

        試驗原材料采用深圳生產(chǎn)的輝綠巖集料,性能指標見表2。

        表2 碎石性能指標

        1.3 RK300物理性能與作用機理

        參照工業(yè)化產(chǎn)品質量的檢測指標和方法,本文對聚烯烴/乙烯共聚物進行了物理性能檢測,結果如表3所示。

        表3 RK300物理性能指標

        RK300應用了“快速分散相容技術”,在一般熱拌瀝青混合料的溫度下即超過其熔點并達到“微米級分散”,在骨料表面形成“島型高分子分散膜”,并與骨料形成良好的結合。若加入熱瀝青濕拌,則一部分熔化了的成分,與瀝青中低分子組分發(fā)生化學反應,結成大分子量組分,從而提高了瀝青的粘度和稠度,瀝青軟化點也隨之提高,可有效改善瀝青混合料的韌性和抗剝落能力[4]。另一部分未完全熔化的成分在瀝青中以微米級的微粒形式分散(如圖1所示),形成網(wǎng)絡結構,從而起到加筋增強、增韌作用,提高瀝青混合料的模量。通過干拌、濕拌過程,RK300均可增強瀝青與骨料的粘合力、提高瀝青粘稠度和軟化點,并在混合料中形成均勻的高分子網(wǎng)格加筋,從而增強瀝青混合料的韌性,改善了瀝青混合料的耐低溫性能?;诓牧洗鎯褪┕l件等因素的綜合考慮,本文建議采用干法型施工方法。

        圖1 RK300顯微鏡成像圖

        2 配合比設計

        2.1 級配設計

        為分析RK300的摻加對混合料性能的影響,針對摻加RK300與否設計了2種級配,如表4所示。

        表4 碎石性能指標

        2.2 最佳瀝青用量及馬歇爾試驗結果

        針對設計的2種級配,分別采用埃索70號改性瀝青(HRK-011)和埃索70號改性瀝青(TPS)高黏度改性瀝青結合料拌制OGFC混合料,確定最佳瀝青用量后等量降低油石比。最終確定的不摻加RK300和摻加RK300兩種級配的最佳油石比分別為5.0%和4.7%。兩種級配在最佳瀝青用量下的馬歇爾體積指標如表5所示。

        表5 馬歇爾試驗結果

        由表4及表5中結果可以看出,摻加RK300后,等量降低了原設計的油石比,最佳油石比反而減小了0.3%,而空隙率相對減小0.9%,原因是加入的RK300等量降低瀝青用量,使得自由瀝青的數(shù)量減少,但是,空隙率符合設計要求,反觀穩(wěn)定度,比不摻加RK300強度增加了1.39kN,在一定程度上改善了瀝青混合料路用性能。

        3 室內路用性能試驗

        參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011),采用車轍試驗的動穩(wěn)定度來評價混合料的高溫穩(wěn)定性,試驗溫度為60℃,試驗輪壓0.7MPa,在不浸水的條件下進行車轍試驗。采用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比來評價混合料的水穩(wěn)定性。同時在低溫條件下進行小梁彎曲試驗,評價混合料的低溫彎曲性能[3]。試驗結果見表6。

        表6 OGFC瀝青混合料室內試驗匯總

        從表6中結果可以看出,對相同級配不同結合料的混合料性能來說,HRK-011結合料的各項路用性能試驗結果要明顯優(yōu)于TPS結合料。而在不同的油石比瀝青混合料中摻加RK300的油石比為4.7%,HRK-011瀝青混合料的路用性能與TPS相比表現(xiàn)出明顯的差異。那么,RK300其作用原理:是將RK300加入高溫的石料中,吸熱軟化,在攪拌過程中,由于受到石料的剪切作用,RK300以離散的狀態(tài)均勻分布在瀝青混合料中,以薄膜的形式粘附在石料表面,形成了粗集料表面瀝青膜加高聚物膜加瀝青膜的三層膜結構,加上高溫條件,膜之間的相互滲透成為可能。冷卻過程中,混合料中的高聚物與瀝青相互滲透,形成瀝青合金化,基質瀝青得到很好的改性。冷卻后,高聚物不同程度的交織起來,在石料骨架內搭橋,起到加筋、填隙作用[4]。

        4 結語

        對于OGFC混合料,RK300的加入將有助于提高混合料的綜合路用性能,因此在實際施工中,用來改善混合料的路用性能,彌補OGFC混合料由于空隙率大而造成的力學性能的不足。

        [1]屈殿功,鞏濤,張宵鵬.OGFC排水性瀝青混凝土路面施工技術[J].公路,2004,(1):22-26.

        [2]歐陽春發(fā),王仕峰,張勇,朱玉堂.高溫貯存穩(wěn)定的聚合物改性瀝青材料制備方法[P].中國專利:ZL200310108108.4,2003-10-23.

        [3]JTG E20—2011,公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

        [4]Mallick R.B.,Kandhal P.S.,Cooley Jr L.A.and Watson D.E..Design,construction,and performance of new-generation open-graded friction courses[R].National Center for Asphalt Technology,Auburn,AL,2000.

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