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        SBS現(xiàn)場改性瀝青路用性能研究

        2016-11-16 08:07:15郭云楓王根強(qiáng)甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司基礎(chǔ)橋梁市政工程公司甘肅蘭州730000蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院甘肅蘭州730050甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)三公司甘肅蘭州730000
        城市道橋與防洪 2016年6期

        郭云楓,劉 洋,陳 兵,王根強(qiáng),3(.甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司基礎(chǔ)橋梁市政工程公司,甘肅 蘭州 730000;.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州730050;3.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)三公司,甘肅 蘭州 730000)

        SBS現(xiàn)場改性瀝青路用性能研究

        郭云楓1,劉洋2,陳兵1,王根強(qiáng)2,3
        (1.甘肅第七建設(shè)集團(tuán)股份有限公司基礎(chǔ)橋梁市政工程公司,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州730050;3.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)三公司,甘肅 蘭州730000)

        通過現(xiàn)場加工SBS改性瀝青,以AC-16級配瀝青混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì),在最佳油石比下,對不同摻量SBS改性瀝青成品及其瀝青混合料進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和小梁低溫彎曲試驗(yàn),檢驗(yàn)了其水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,AC-16級配瀝青混合料SBS現(xiàn)場改性瀝青改性劑的最佳摻量為5%,通過現(xiàn)場加工SBS改性瀝青,水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現(xiàn)良好,滿足瀝青路面使用要求。

        現(xiàn)場加工;SBS改性瀝青;瀝青混合料;路用性能

        0 引言

        SBS改性瀝青在公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用,近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路交通量日益增大,車輛大型化、重載和超載車輛比重的加大,對公路建設(shè)提出了更高的要求,瀝青混凝土路面正面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)[1,2]。改性瀝青生產(chǎn)方式有現(xiàn)場加工和成品生產(chǎn)兩種工藝,其中成品生產(chǎn)雖然通過流水線作業(yè)提高了生產(chǎn)效率,但是為了能夠滿足從工廠到現(xiàn)場長時(shí)間的運(yùn)輸、儲(chǔ)存,減少改性劑與瀝青的離析,在生產(chǎn)過程中添加了穩(wěn)定劑,影響了改性效果,給建設(shè)單位和施工單位帶來了不必要的經(jīng)濟(jì)損失[3]。而現(xiàn)場加工通過現(xiàn)場加工設(shè)備進(jìn)行SBS現(xiàn)場改性,生產(chǎn)出的改性瀝青在儲(chǔ)存罐中短暫保溫存放后即用于瀝青混合料的生產(chǎn),不需加入穩(wěn)定劑,從而保證了改性效果[4]。因此本文通過摻加不同劑量SBS改性劑,用現(xiàn)場加工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行瀝青現(xiàn)場改性,通過對不同劑量SBS改性瀝青和瀝青混合料性能的研究,考察SBS現(xiàn)場改性瀝青混合料的路用性能,提出SBS改性劑的合理摻量。

        1 現(xiàn)場加工工藝

        甘肅省金永高速公路,全長42.14 km,其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):全封閉、全立交、雙向四車道,路基寬度24.5 m,設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h,汽車荷載等級:公路-I級。路面結(jié)構(gòu)自上至下為5 cm AC-16 SBS改性瀝青混凝土上面層、SBR改性乳化瀝青黏層、7 cm ATB-25 SBS改性瀝青穩(wěn)定碎石下面層、SBS改性瀝青同步碎石封層、煤油稀釋瀝青透層、32 cm水泥穩(wěn)定砂礫基層、18 cm水泥穩(wěn)定砂礫底基層。

        SBS改性瀝青加工基本原理是:將SBS改性劑加入基質(zhì)瀝青中,經(jīng)過高溫融混,膠體磨的循環(huán)煉磨、剪切等工藝,使瀝青介質(zhì)中SBS的數(shù)量級較小達(dá)到均勻分散的要求,進(jìn)而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使瀝青擁有聚合物某些固有的技術(shù)特性,同時(shí)瀝青對骨料的黏結(jié)力、黏結(jié)強(qiáng)度得到增強(qiáng)而對溫度的敏感性降低[2]。SBS現(xiàn)場改性瀝青加工流程如圖1所示。

        圖1 SBS現(xiàn)場改性瀝青加工流程

        為保證研磨質(zhì)量,現(xiàn)場改性中高速剪切均化磨機(jī)的磨盤之間的間隙需經(jīng)過精心調(diào)試,若間隙過大,易導(dǎo)致研磨不充分,SBS改性劑與瀝青混合不均勻,影響改性效果;若間隙過小,研磨過程中,強(qiáng)力的摩擦容易使SBS改性瀝青溫度上升,可能會(huì)使瀝青老化[5-7]。

        2 原材料測試

        2.1瀝青

        基質(zhì)瀝青采用韓國生產(chǎn)的SK AH-90,技術(shù)測試指標(biāo)見表1,均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)的要求。對SBS改性劑摻量分別為3%、4%、5%、6%的SBS改性瀝青性能進(jìn)行試驗(yàn)。不同摻量改性瀝青指標(biāo)測試數(shù)據(jù)見表2。

        表1 基質(zhì)瀝青(AH-90)技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

        表2 I-C級SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

        根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出:3%的SBS改性劑摻量時(shí),儲(chǔ)存穩(wěn)定性離析,48 h軟化點(diǎn)差為2.6℃,不符合技術(shù)要求;6%的摻量時(shí),運(yùn)動(dòng)黏度過高,過于黏稠,不符合技術(shù)要求;SBS摻量在4%和5%時(shí),各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足聚合物改性瀝青的質(zhì)量要求,因此確定SBS合理摻量范圍為4%~5%。

        2.2集料

        粗集料選用金昌市二道溝玄武巖,技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果見表3。細(xì)集料選用1~2 cm碎石軋制的機(jī)制砂,技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果見表4。礦粉主要技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果見表5。

        表3 粗集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

        表4 細(xì)集料的技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

        表5 礦粉主要技術(shù)指標(biāo)及檢測結(jié)果

        從表3~表5可以得出,集料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

        2.3配合比設(shè)計(jì)

        根據(jù)該公路的公路等級及甘肅省氣候可知,該公路處于2-2-3(夏熱冬冷濕潤)區(qū),對AC-16進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)(見圖2)。根據(jù)改性瀝青路面工程的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究,通過馬歇爾試驗(yàn)(擊實(shí)溫度170℃±5℃,擊實(shí)次數(shù)雙面各75次),獲得的最佳油石比為6.1%。

        圖2 AC-16級配曲線圖

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

        根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)所采用的試驗(yàn)方法,對最佳油石比為6.1%的AC-16瀝青混合料在不同SBS改性劑摻量下開展了水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗疲勞性能試驗(yàn)研究。

        3.1水穩(wěn)定性

        在規(guī)定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青混合料的水穩(wěn)定性,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        表6 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

        從表6可以得出,SBS改性劑摻量在3%~6%范圍內(nèi)變化時(shí),3%、4%的SBS改性劑摻量不滿足2-2-3(夏熱冬冷濕潤)區(qū)改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度必須不小于85%的規(guī)定;當(dāng)SBS改性劑摻量在3%時(shí),不滿足改性瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度比必須不小于80%的規(guī)定;提高SBS改性劑摻量可以提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性,但是摻量從5%增加到6%的過程中,水穩(wěn)定性提高不明顯。故SB改性劑摻量為5%時(shí),瀝青混合料水穩(wěn)定性較好。

        3.2高溫穩(wěn)定性

        為了檢驗(yàn)瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性,對瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn),結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出,SBS改性劑摻量在3%~6%范圍內(nèi)變化時(shí),車轍動(dòng)穩(wěn)定度隨摻量增加而增強(qiáng),且均滿足2-2-3(夏熱冬冷濕潤)區(qū)改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度必須不小于2 400次/mm的要求。

        圖3 車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

        3.3低溫抗裂性

        通過低溫小梁破壞試驗(yàn)評價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4的試驗(yàn)結(jié)果可以得知,僅當(dāng)SBS改性劑摻量在3%時(shí),不滿足改性瀝青混合料破壞應(yīng)變必須不小于2 500 με的規(guī)定,SBS摻量在4%~6%范圍內(nèi)變化時(shí),低溫抗裂性在滿足規(guī)范要求的前提下得到了提高。

        圖4 低溫小梁破壞應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

        3.4抗疲勞性能

        利用四點(diǎn)疲勞試驗(yàn)來評價(jià)瀝青混合料的抗疲勞性能,試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,隨SBS摻量的增加,瀝青混凝土抗疲勞性逐漸增強(qiáng),但是改性劑摻量從5%變化到6%時(shí),抗疲勞性沒有得到顯著的增強(qiáng)。

        4 結(jié)語

        (1)SBS改性劑摻量在4%~5%范圍內(nèi)時(shí),I-C級SBS聚合物改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求,同時(shí)為提高改性瀝青路面使用性能和從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā),SBS改性瀝青混合料的SBS改性劑最佳摻量應(yīng)為5%。

        (2)按照5%SBS改性劑摻量,通過現(xiàn)場加工生產(chǎn)的改性瀝青質(zhì)量穩(wěn)定,水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性表現(xiàn)良好,滿足瀝青路面使用要求。

        圖5 四點(diǎn)疲勞試驗(yàn)結(jié)果

        (3)建議進(jìn)一步細(xì)化研究,本文沒有進(jìn)行生產(chǎn)配合比的驗(yàn)證,后續(xù)將目標(biāo)配合比轉(zhuǎn)為生產(chǎn)配合比的過程中,需要針對不同廠家的基質(zhì)瀝青,通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定出更加準(zhǔn)確的SBS摻加配方,兼顧建設(shè)成本經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),提高公路路面使用性能。

        [1]袁萬杰,陳忠達(dá),孫長新.低劑量SBS改性瀝青的路用性能[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,29(05):7-11.

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        U414

        B

        1009-7716(2016)06-0062-04

        2016-02-29

        甘肅省科技支撐項(xiàng)目(1504GKCA031)

        郭云楓(1977-),女,甘肅蘭州人,總工程師,從事技術(shù)管理工作。

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