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        布敦巖瀝青在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用研究

        2014-05-09 08:25:50鄭國榮唐國奇
        交通科技 2014年1期
        關(guān)鍵詞:針入度穩(wěn)定度高溫

        鄭國榮 唐國奇

        (1.湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司 長(zhǎng)沙 410000; 2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 北京 100088)

        在各種物理、化學(xué)改性瀝青中,巖瀝青改性瀝青以其與基質(zhì)瀝青良好的配伍性和持久的耐老化性越來越受到國內(nèi)外公路技術(shù)部門的重視[1]。實(shí)踐證明摻加巖瀝青后,瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性等各項(xiàng)指標(biāo)均有較大提高,而且摻加巖瀝青的施工工藝簡(jiǎn)單,工程造價(jià)合理[2]。采用巖瀝青改性瀝青,對(duì)減少路面早期破壞,提高路面服務(wù)性能都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,值得推廣使用。

        1 布敦巖瀝青改性瀝青膠漿的性能

        巖瀝青的摻量直接影響了瀝青的路用性能,也對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大影響,選擇恰當(dāng)而經(jīng)濟(jì)的摻量成為巖瀝青在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。筆者著重對(duì)0%,25%,50%,75%,100%5種摻量的巖瀝青對(duì)A-70石油瀝青針入度、軟化點(diǎn)以及流變性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

        1.1 巖瀝青摻量對(duì)針入度的影響

        針入度是國際上經(jīng)常用來測(cè)定瀝青稠度的一種指標(biāo),通常瀝青稠度越高,其粘度越高,可以在一定程度上反應(yīng)瀝青的高溫性能。但不同瀝青的感溫性不同,25℃的針入度不能夠反映瀝青在夏季高溫60℃左右時(shí)的流變特性,簡(jiǎn)單采用針入度指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青的高溫穩(wěn)定性具有很大的局限性[3]。本研究還將結(jié)合其他技術(shù)指標(biāo)共同評(píng)定巖瀝青對(duì)混合后瀝青技術(shù)性能的影響,不同摻量巖瀝青對(duì)針入度影響的測(cè)試結(jié)果見表1。

        表1 不同摻量巖瀝青對(duì)針入度的影響

        試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著巖瀝青用量的增加,混和瀝青的針入度不斷下降,說明混和瀝青的稠度越來越大。從變化趨勢(shì)上看,不論哪一種試驗(yàn)條件下,50%以內(nèi)巖瀝青摻量時(shí),針入度減小的趨勢(shì)較緩,50%以上巖瀝青摻量時(shí),針入度變化更加顯著。

        老化試驗(yàn)結(jié)果表明,不論是短期老化還是長(zhǎng)期老化,從總的趨勢(shì)上看,隨著巖瀝青摻量的增加,瀝青老化前后的針入度比逐漸增大,表明巖瀝青對(duì)提高瀝青的耐老化能力是有幫助的。巖瀝青是石油在自然條件下,經(jīng)過千百萬年在溫度、壓力、氣體、無機(jī)物觸媒、微生物及水分的綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質(zhì),性質(zhì)特別穩(wěn)定,具有優(yōu)良的耐久性。

        1.2 巖瀝青摻量對(duì)軟化點(diǎn)的影響

        在理論上,軟化點(diǎn)是一個(gè)等粘溫度,反映了瀝青的粘度特性[4]。軟化點(diǎn)高意味著瀝青的等粘溫度高,瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好,不同摻量巖瀝青軟化點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        表2 不同摻量巖瀝青對(duì)軟化點(diǎn)的影響

        數(shù)據(jù)表明,隨著巖瀝青摻加比例的提高,軟化點(diǎn)逐漸升高,說明巖瀝青對(duì)提高瀝青的熱穩(wěn)定性有積極貢獻(xiàn),摻量越大,混和瀝青的熱穩(wěn)定性越高。另外,老化試驗(yàn)結(jié)果表明,不論是短期老化還是長(zhǎng)期老化,從總的趨勢(shì)上看,隨著巖瀝青摻量的增加,瀝青老化前后的軟化點(diǎn)升高幅度逐漸減小,說明巖瀝青對(duì)提高瀝青的耐老化能力是有幫助的,這與針入度試驗(yàn)結(jié)果相一致。

        1.3 巖瀝青對(duì)瀝青流變特性的影響

        瀝青的粘度反映了由瀝青的粘性抵抗造成的能量損失,瀝青路面高溫工作時(shí)的粘度越大,預(yù)示高溫穩(wěn)定性越好[5]。瀝青路面高溫工作溫度一般在60℃左右,重點(diǎn)考察60℃左右的粘度,試驗(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 巖瀝青對(duì)60℃粘度的影響 /(Pa·s)

        試驗(yàn)結(jié)果表明,摻加巖瀝青后,混和瀝青60℃左右的粘度明顯增大,且?guī)r瀝青由50%提高到100%時(shí),粘度增加更顯著,高溫穩(wěn)定性較好。

        2 巖瀝青改性瀝青混合料路用性能

        巖瀝青的摻量直接影響了混合料的路用性能,也對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大影響,選擇合適而經(jīng)濟(jì)的摻量成為巖瀝青在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用的關(guān)鍵[6]。通過研究巖瀝青的不同摻量對(duì)混合料高溫性能、水穩(wěn)定性和低溫性能的影響,從而可以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

        2.1 巖瀝青改性瀝青混合料的高溫性能

        混合料的高溫性能采用高溫車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià),不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表4 不同巖瀝青摻量混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

        由表4可見:①隨著巖瀝青摻量的增加,混合料的動(dòng)穩(wěn)定度DS逐漸增加,而增長(zhǎng)速率逐漸減慢,巖瀝青摻量由10%增加到15%時(shí),DS增加了37.9%;巖瀝青摻量由15%增加到18%時(shí),DS增加了24.2%,但是,巖瀝青的摻量由20%增加到25%時(shí),動(dòng)穩(wěn)定度僅增加了5.9%;②當(dāng)巖瀝青摻量為18%時(shí),DS大于2 800次,已經(jīng)滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)夏炎區(qū)的技術(shù)要求。

        2.2 巖瀝青改性瀝青混合料的抗水損害性能

        目前常用的檢驗(yàn)瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法有浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表5。

        表5 浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

        由表5可見,隨著巖瀝青摻量的增加,巖瀝青改性瀝青混合料的穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度也逐漸增加,當(dāng)巖瀝青摻量超過20%后,巖瀝青改性瀝青混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度的增長(zhǎng)較為緩慢,表明摻加過多的巖瀝青對(duì)混合料抗水損害性能的貢獻(xiàn)不大,經(jīng)濟(jì)性不高。巖瀝青的摻量對(duì)殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比的影響較小,殘留穩(wěn)定度均大于85%,劈裂強(qiáng)度比均大于84%。

        2.3 巖瀝青改性瀝青混合料的低溫抗裂性能

        低溫下瀝青混合料可看作彈性材料,其破壞過程是一個(gè)能量耗散的過程。瀝青混合料的應(yīng)變能密度臨界值指標(biāo)是混合料臨界彎拉應(yīng)變和彎拉強(qiáng)度2個(gè)指標(biāo)的綜合,用它來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能更加科學(xué)。本次試驗(yàn)溫度為-10℃,加載速率50 mm/min。試驗(yàn)采用30 mm×35 mm×250 mm的小梁試件,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        表6 瀝青混凝土低溫小梁試驗(yàn)結(jié)果

        由表6可見,隨著巖瀝青摻量的增加,彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和應(yīng)變能密度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),而應(yīng)變能密度的增長(zhǎng)率逐漸減?。涣硪环矫?,當(dāng)巖瀝青摻量由18%增加到20%時(shí),彎拉強(qiáng)度增加,彎拉應(yīng)變反而有所減小,若僅憑彎拉強(qiáng)度或彎拉應(yīng)變來評(píng)價(jià)混合料的低溫性能,就會(huì)出現(xiàn)矛盾的結(jié)果,而此時(shí)彎曲應(yīng)變能密度增加了9.5%,客觀地說明了巖瀝青摻量的增加對(duì)低溫抗裂性能的改善作用。

        3 布敦巖瀝青在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

        3.1 工程概況

        在某高速公路下行K15+680~K16+560行車道和K 27+490~K 28+000行車道的養(yǎng)護(hù)工程中鋪筑了1.4 k m的巖瀝青中、上面層試驗(yàn)路。本次試驗(yàn)段中,采用韓國SK70號(hào)道路石油瀝青和印尼布敦巖瀝青,中面層采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青拌和AC-20C型級(jí)配的混合料,最佳油石比為4.3%;上面層也采用20%巖瀝青摻量的改性瀝青制備AC-13C型級(jí)配的瀝青混合料,最佳油石比為4.8%。從2種混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)等指標(biāo)來看,摻加巖瀝青的AC-20C型瀝青混合料和AC-13C型瀝青混合料的抗水損害、高溫性能、低溫性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求。

        3.2 試驗(yàn)路性能觀測(cè)

        在養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目巖瀝青試驗(yàn)段施工后1個(gè)月,對(duì)試驗(yàn)段路面性能進(jìn)行了首次觀測(cè),主要技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見表7。

        表7 巖瀝青試驗(yàn)段1個(gè)月后的檢測(cè)結(jié)果

        第二次觀測(cè)是在施工完成后1年,主要對(duì)路表滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè),測(cè)試結(jié)果見表8。在2年后,進(jìn)行了第三次觀測(cè),測(cè)試結(jié)果見表9?,F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),下行K 27+490~K 28+000行車道除了車道中部有明顯的施工離析帶外,無車轍、坑槽、表面滑溜等病害;而同期施工的前后路段已進(jìn)行了微表處車轍填補(bǔ)。下行K15+680~K16+560行車道和前后路段一樣有較明顯的基層反射裂縫,無其他病害。

        表8 巖瀝青試驗(yàn)段1年后的檢測(cè)結(jié)果

        表9 巖瀝青試驗(yàn)段2年后的檢測(cè)結(jié)果

        由3次觀測(cè)的結(jié)果可以看出:①試驗(yàn)路面巖瀝青改性瀝青混合料密實(shí)、抗滑,滲水系數(shù)、構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)均符合規(guī)范要求;②在夏季高溫、冬春雨雪和大量的交通荷載作用下,路面泌水和抗滑性能衰減較少;③現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),巖瀝青改性瀝青混合料的路用性能與SBS改性瀝青混合料的性能相仿,前者具有更加優(yōu)良的耐高溫性能,路面永久變形較小。

        4 結(jié)論

        (1)隨著巖瀝青用量的增加,混和瀝青的針入度不斷下降,瀝青老化前后的針入度比增大,動(dòng)粘度也增加,表明巖瀝青對(duì)提高瀝青的熱穩(wěn)定性和耐老化能力有積極的貢獻(xiàn),而且?guī)r瀝青具有較好的高溫穩(wěn)定性。

        (2)從不同巖瀝青摻量混合料的高溫車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果來看,隨著巖瀝青摻量的增加,混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度都逐漸增加,彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能密度均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),但當(dāng)摻量由20%增加到25%時(shí),各性能指標(biāo)變化較小,在工程應(yīng)用中建議巖瀝青的摻量范圍為20%~25%。

        (3)從高速公路養(yǎng)護(hù)工程中巖瀝青混合料的應(yīng)用來看,摻加20%巖瀝青中、上面層瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)的要求,具有優(yōu)良的高溫性能和水穩(wěn)定性,可以大規(guī)模地應(yīng)用于高速公路瀝青路面,而且具有較好的性價(jià)比。

        [1] 緒 東,董全海.巖瀝青應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].北方交通,2007(6):136-139.

        [2] 黃文通,徐國元.布敦巖瀝青混合料路用性能的試驗(yàn)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,40(2):87-91.

        [3] 張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈力學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2006.

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        [5] 周國強(qiáng).布敦巖瀝青及混合料路用性能的試驗(yàn)和研究[J].石油瀝青,2011,25(4):41-44.

        [6] 王火明,王書杰,王振龍.BRA改性瀝青及其混合料路用性能試驗(yàn)研究[J].公路交通技術(shù),2011(5):48-52.

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