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        降粘劑對高彈改性瀝青SMA性能的影響

        2020-11-13 08:49:30劉廣宇孫克強
        廣東公路交通 2020年5期
        關(guān)鍵詞:高彈粘劑延度

        劉廣宇,孫克強,王 民

        (1.廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司,廣州 510623; 2.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司,重慶 400067)

        0 引言

        大跨徑正交異性鋼橋面板受力復(fù)雜,對瀝青鋪裝層的抗高溫性能、低溫抗裂性能及耐久性要求較高[1-3]。而高彈改性瀝青具有較高的粘度、低溫延度和彈性恢復(fù)率,不僅擁有較好的抗高溫變形能力,低溫抗裂性和耐久性也十分突出。因此,鋼橋面鋪裝常采用高彈瀝青SMA作為磨耗層[4-5]。然而,大跨徑橋梁上一般風(fēng)速較大,施工過程中瀝青混合料熱量散發(fā)快,溫度下降迅速。橋面鋪裝工程一般遠(yuǎn)離瀝青拌和站,較遠(yuǎn)的運距同樣會導(dǎo)致混合料熱量散發(fā)多,溫度下降迅速,不易壓實。再加上高彈型改性瀝青粘度較高,影響了SMA混合料鋪筑時的施工和易性,進而影響瀝青磨耗層的防水性能、力學(xué)強度和耐疲勞性能[6-7]。

        通過降低混合料的粘度,既可以解決壓實度不足,同時也提高了施工和易性。本文以廣東省潮汕環(huán)線高速公路榕江特大橋工程為依托,通過采用降粘劑對現(xiàn)有高彈改性SMA瀝青結(jié)合料生產(chǎn)配方做進一步降粘優(yōu)化,并從瀝青結(jié)合料、混合料兩個維度對降粘效果進行評價。

        1 降粘劑

        1.1 降粘劑簡介及原理

        降粘劑根據(jù)其技術(shù)原理,可分為泡沫類、有機添加劑類和化學(xué)添加劑類等,各類型降粘劑的用量和使用方法見表1。

        表1 各類型降粘劑的用量和使用方法

        其中,有基類降粘劑成本低、添加方便,在工程應(yīng)用中使用較為廣泛。SAK(賽克)改性劑是上海某道路公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的溫拌劑、高溫抗車轍劑,該材料具有增軟、降針、降粘的效果,同時易融。Sasobit是由德國Sasol-Wax公司研發(fā)的一種長鏈聚烯烴類改性劑,具有較好的降粘改性作用,當(dāng)拌和溫度高于其熔點時,能夠完全融于瀝青結(jié)合料和混合料,它在瀝青中的改性機理如圖1所示。常溫下它以固態(tài)形式(晶體)存在于瀝青中,從而增大瀝青的粘度;高溫時,當(dāng)瀝青溫度超過Sasobit熔點(110 ℃~120 ℃,一般115 ℃)溫度,則Sasobit溶化,從而使瀝青的粘度降低。Sasobit-REDUX為Sasobit的衍生型產(chǎn)品,同樣具有較好的降粘作用[8-10]。

        圖1 Sasobit降粘機理

        1.2 降粘劑比選

        為對不同降粘劑的降粘效果進行對比分析,采用某高彈改性瀝青配方,對上海產(chǎn)某降粘劑A、B以及SAK三種降粘劑進行研究,通過摻加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%用量,測試不同用量下的針入度、軟化點及粘度,試驗結(jié)果如圖2~圖5所示。

        圖2 不同降粘劑外摻比例對高彈改性瀝青針入度的影響

        圖3 不同降粘劑外摻比例對高彈改性瀝青軟化點的影響

        圖4 不同降粘劑外摻比例對高彈改性瀝青延度的影響

        圖5 不同降粘劑外摻比例對高彈改性瀝青布氏粘度的影響

        (1)從圖2可以看出,在A、B、SAK三種降粘劑試驗下,隨著三種降粘劑摻量的不斷增加,添加降粘劑B時改性瀝青的針入度變化不明顯,添加降粘劑SAK和A時改性瀝青的針入度逐漸減小,其中添加SAK改性劑時針入度值最小,可見SAK對改性瀝青的硬度改變較大,溫度敏感性最小。

        (2)從圖3可以看出,隨著SAK和降粘劑A摻量的增加,軟化點隨之不斷增大,其中SAK對瀝青軟化點的提高程度要明顯比A要高,表明SAK對抗高溫變形能力具有較大程度的提升。降粘劑B隨著摻量的增加使改性瀝青軟化點呈現(xiàn)小幅度下降,與其組分密切相關(guān),其原因是降粘劑B中含有小比例的芳烴類化合物,致使瀝青的粘度、稠度降低。

        (3)從圖4可以看出,隨著SAK和降粘劑A的摻量逐漸增大時,瀝青的延度呈現(xiàn)出下降趨勢。降粘劑B對改性瀝青影響不明顯,其中SAK對瀝青延度的損傷程度最大。

        (4)從圖5可以看出,三種降粘劑對高彈改性瀝青的降粘效果較明顯。隨著外摻比例的增加,175℃布氏黏度均呈現(xiàn)出線性降低的趨勢,其中SAK降粘效果最佳,降粘劑B次之。

        綜合以上各降粘劑對比試驗結(jié)果可知,SAK的降粘效果最為明顯,能夠明顯改善瀝青混合料的粘度,進而提升現(xiàn)場施工和易性。同時,SAK對改性瀝青的軟化點、針入度均有較大幅度的改善,提高瀝青結(jié)合料的高溫穩(wěn)定性。鑒于材料來源及成本,本研究選取SAK降粘劑做進一步探究。

        2 SAK對高彈改性瀝青性能影響的分析

        分別加入高彈改性瀝青質(zhì)量2%、3%和4%的SAK改性劑,攪拌均勻后檢測瀝青關(guān)鍵性能參數(shù),結(jié)果如圖6和圖7所示。

        圖6 SAK改性劑對高彈瀝青軟化點和針入度的影響

        圖7 SAK改性劑對高彈瀝青老化前后延度的影響

        由試驗結(jié)果可以看出,隨著SAK摻量的提高,高彈改性瀝青的軟化點隨之提高,針入度下降,老化前后的延度也均有所下降。說明SAK改性劑的加入,能夠提高瀝青的高溫穩(wěn)定性,但低溫抗裂性有所降低。然而,在4%摻量范圍內(nèi),瀝青老化前后5℃延度最低分別為33/0.1mm和17.5/0.1mm,遠(yuǎn)高于現(xiàn)行規(guī)范對瀝青性能的要求。

        3 SAK對高彈瀝青SMA性能影響的分析

        3.1 基本性能

        采用玄武巖粗集料、細(xì)集料和石灰?guī)r礦粉進行SMA配合比試驗,礦料級配如圖8所示。

        其中,纖維采用聚乙烯纖維,用量為混合料質(zhì)量的3‰,最佳瀝青用量為6.0%,馬歇爾體積指標(biāo)見表2。

        圖8 高彈瀝青SMA礦料級配

        表2 SMA馬歇爾體積指標(biāo)

        3.2 低溫抗裂性

        采用本文所述礦料級配和瀝青用量,分別加入高彈改性瀝青質(zhì)量2%、3%、4%的SAK改性劑,成型小梁試件,進行-10℃低溫小梁彎曲破壞試驗,結(jié)果如圖9和圖10所示。

        圖9 SAK對高彈瀝青SMA低溫彎曲極限應(yīng)變的影響

        圖10 SAK對高彈瀝青SMA彎拉強度和勁度模量的影響

        由試驗結(jié)果可以看出,隨著SAK 摻量的增加,高彈改性瀝青SMA瀝青混合料的低溫小梁彎曲應(yīng)變隨之降低,彎拉強度增大,表明隨著SAK摻量的增加,對混合料低溫性能的損傷程度進一步增大。其中加入3%以上時,變化趨勢放緩,且低溫彎曲應(yīng)變滿足不低于3 000με的技術(shù)要求;隨著SAK摻量的增加,高彈瀝青勁度模量有所下降,說明混合料變得強度更高、延展性更好。由試驗結(jié)果判斷,采用3%添加量的SAK較為合適。

        3.3 高溫穩(wěn)定性

        以上述礦料級配和瀝青用量,加入瀝青質(zhì)量3%的SAK,進行60℃車轍試驗,試驗結(jié)果如圖11所示。

        圖11 3%SAK對混合料車轍動穩(wěn)定度和疲勞壽命的影響

        由試驗結(jié)果可以看出,相對于未摻加SAK的高彈改性瀝青SMA混合料,使用3%SAK時60℃車轍動穩(wěn)定度提高了0.38倍,對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的改善作用明顯,和瀝青的測試結(jié)果影響規(guī)律相一致。

        3.4 耐疲勞性能

        采用上述礦料級配和瀝青用量,加入瀝青質(zhì)量3%的SAK,按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ E20-2011)》的試驗方法,成型四點彎曲疲勞試驗試件,采用應(yīng)變控制模式,在600με下進行試驗,溫度為20℃,結(jié)果如圖11所示。

        由試驗結(jié)果可以看出,加入 3%SAK改性劑后,對高彈瀝青SMA的疲勞次數(shù)有一定影響,但影響幅度不足8%。

        4 結(jié)論

        (1)以廣東潮汕環(huán)線榕江特大橋工程項目為依托,通過試驗研究發(fā)現(xiàn)泡沫類、有機添加劑類和化學(xué)添加劑類三種降粘劑中,以SAK的降粘效果最優(yōu)。

        (2)摻入SAK后,高彈改性瀝青的針入度和延度下降、軟化點上升,對瀝青高溫穩(wěn)定性的改善作用明顯;對低溫抗裂性有所影響,但4%用量范圍內(nèi),高彈改性瀝青的延度指標(biāo)仍遠(yuǎn)高于現(xiàn)行規(guī)范要求。

        (3)SAK對高彈改性瀝青SMA性能的影響較大,低溫彎曲極限應(yīng)變和勁度模量有所降低,彎拉強度先有所上升后隨之降低,車轍動穩(wěn)定度提高了38%。綜合分析確定降粘劑的摻量為3%。

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