高彈性改性瀝青的應用技術

柴平

(上海城建日瀝特種瀝青有限公司，上海市 200231)

高彈性改性瀝青的應用技術

柴平

(上海城建日瀝特種瀝青有限公司，上海市 200231)

高彈性改性瀝青為針對鋼橋面鋪裝變形量大，變形活動頻繁，行車荷載較大的特點有針對性地開發(fā)的改性瀝青產(chǎn)品。通過介紹高彈性改性瀝青的主要特點，高彈性改性瀝青混合料的生產(chǎn)要點以及施工工藝，以期為高彈性改性瀝青的生產(chǎn)及施工提供借鑒意義，推動鋼橋面鋪裝材料的發(fā)展。

高彈瀝青；鋼橋面鋪裝 ；疲勞；重載；施工

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，車速不斷提升，交通流量日益增長，車輛日益大型化，重載超載的比例不斷增加以及交通渠化，這對高等級公路主要路面形式——瀝青路面提出了更高的要求，如快速、安全、舒適、耐久等。傳統(tǒng)的普通瀝青混合料已經(jīng)不能完全滿足要求，所以促進了在瀝青及瀝青混合料中添加各種添加劑對瀝青或瀝青混合料進行改性研究的發(fā)展［1-2］。對于目前越來越廣泛使用的瀝青路面，如何加強和改善瀝青路面的使用品質，延長路面的使用壽命和提高投資效益是各國道路工作者所面臨的重要課題。

高彈瀝青起源于日本，主要應用于鋼橋面鋪裝。1982年，日本道路工程師發(fā)現(xiàn)鋼橋面存在網(wǎng)狀裂縫，鋪裝層與橋面板脫空，造成橋面板的銹蝕。橋面板的銹蝕不僅嚴重影響橋面板的使用壽命，且銹水上翻后會降低鋪裝層的粘結強度，造成鋪裝層的迅速損壞。通過對以上病害情況分析總結，日本道路工程師希望能夠研發(fā)一種變形追從性好，能夠適應鋼橋面變形量大、變形頻繁的需要，同時有具有良好的抗荷載(車轍)性能的鋪裝材料?；诖巳毡镜南嚓P研究機構通過大量試驗，開發(fā)出高彈性改性瀝青。并在各大鋼橋面鋪裝工程中大量應用，通過實踐證明，高彈性改性瀝青產(chǎn)品對于解決鋼橋面鋪裝問題具有非常好的效果。

1 高彈瀝青的主要特點

高彈瀝青是根據(jù)鋼橋面鋪裝的特點，有針對性地開發(fā)的改性瀝青產(chǎn)品，具有較好的變形追從性、抗重載性、抗裂性以及耐疲勞性。下面將通過具體數(shù)據(jù)對高彈瀝青的具體特點進行說明。

1.1 高彈瀝青的基本指標

高彈瀝青檢測指標見表1。

表1 高彈瀝青檢測指標

從高彈瀝青的實測指標可以看出，高彈瀝青軟化點達到90℃，具有很好的抗高溫流動性。高彈瀝青5℃延度達到73 cm，說明高彈瀝青具有非常優(yōu)越的低溫延展性以及抗拉韌性，不易拉斷折斷。同時高彈瀝青還具有良好的抗老化性能，經(jīng)過拌合機的拌合，仍能保持較好的性能，有利于在工程項目中將優(yōu)越性能更好地發(fā)揮出來。

1.2 高彈瀝青PG分級檢測

Superpave是美國SHARP研究計劃的成果之一。在該規(guī)范中，采用PG分級來評價瀝青指標，并創(chuàng)造性地改變以往固定溫度進行試驗的方法。通過固定規(guī)定值，變化溫度評價瀝青指標。從而檢測出不同地區(qū)達到相同的性能所能承受的溫度極限，其檢測指標可以直接與氣候分級相對應，通過PG分級結果，可以直觀地將當?shù)貧夂驐l件與瀝青試驗結果聯(lián)系起來，判斷瀝青是否適用于當?shù)貧夂?。PG分級試驗采用動態(tài)剪切試驗標準值評價瀝青的高溫性能。要求經(jīng)旋轉薄膜烘箱或薄膜烘箱老化后，其標準值大于2.2 kPa,，老化前原樣瀝青大于1 kPa。采用低溫彎曲梁流變試驗評價瀝青的低溫性能。要求標準值S＜300 MPa，m＞0.3進行瀝青的低溫分級［3］，見表2、表3。

表2 高彈瀝青DSR試驗結果

表3 高彈瀝青BBR試驗結果

通過高彈瀝青PG分級試驗結果可以看出，高彈瀝青高溫分級達到90℃,低溫分級至少達到-34℃(-24-10=-34)，PG分級結果為PG90-34。高溫抗流動性好，低溫柔韌性高，能夠適應各種氣候條件的要求，應用范圍非常廣。

1.3 高彈瀝青高溫穩(wěn)定性介紹

瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，指的是瀝青路面在交通荷載的作用下，抵抗路面永久變形的能力。瀝青混凝土作為一種熱塑性的材料，在高溫條件下抵抗荷載的能力會降低，因此環(huán)境溫度條件越高，瀝青路面抵抗交通荷載的能力越低。習慣上來講，道路工程中，一般采用高溫這種對瀝青路面抗荷載最不利的情況，評價瀝青路面抗荷載的能力，從而保證瀝青路面在其它溫度條件下發(fā)揮更好的性能。嚴格地講,推移、擁包、搓板、泛油均屬于高溫穩(wěn)定性不足的范疇，一般出現(xiàn)在高溫、重載以及抗剪切能力不足即瀝青路面的勁度較低的情況下［4］。鋼橋面鋪裝具有夏季溫度高(部分區(qū)域能達到70℃以上)，橋面板變形量大的特點，對鋪裝層的高溫穩(wěn)定性以及抗剪切能力提出更高的要求。高彈瀝青高溫穩(wěn)定性檢測結果見表4。

表4 高彈瀝青高溫穩(wěn)定性評價

采用相同級配進行高彈瀝青與SBS改性瀝青的60℃車轍試驗。通過對比試驗結果發(fā)現(xiàn)，采用高彈瀝青，動穩(wěn)定度接近普通SBS改性瀝青的2倍，能夠大幅提高瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性，適應鋼橋面交通荷載重，剪切變形量大的特點。

1.4 疲勞性能評價

我國道路交通荷載有荷載不斷加大，重載超載現(xiàn)象嚴重的特點。路面在使用期限內，經(jīng)受行車荷載的反復作用，長期處于應力應變交迭變化狀態(tài)，致使路面結構強度逐漸下降。當荷載重復作用超過一定次數(shù)以后，在荷載作用下路面內產(chǎn)生的應力就會超過強度下降后的結構抗力，使路面出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生疲勞斷裂破壞。這種現(xiàn)象在鋼橋面鋪裝過程中，成為明顯。鋼橋面具有變形量大、變形作用頻繁的突出特點，即使行車荷載在路面所能承受的極限荷載范圍內，路面也很容易出現(xiàn)疲勞損傷，因此研究鈉橋面的疲勞破壞就變得尤為重要，見表5。

表5 疲勞性能對比分析

采用相同級配，在10℃環(huán)境中進行四點彎曲梁疲勞試驗，對比高彈瀝青以及SBSI-D改性瀝青疲勞性能。高彈瀝青的疲勞壽命接近SBS I-D改性瀝青疲勞壽命的4倍，說明采用高彈瀝青，可以大幅提高鋪裝層的疲勞壽命，能夠適應鋼橋面變形量大，變形活動頻繁的特點。

2 高彈瀝青混合料的拌和生產(chǎn)

高彈瀝青作為一種新型改性瀝青，具在拌和與生產(chǎn)過程中，有部分地方區(qū)別于SBS I-D改性瀝青。高彈瀝青混合料的拌和生產(chǎn)，必須在瀝青拌和廠(場、站)采用拌和機械拌制。如采用SMA級配，加入纖維的時間必須在每次放下粗集料之后，并宜在放下細集料的同時加入，使纖維和礦料一起干拌。干拌時間比普通瀝青混合料延長10～15 s。濕拌時間視具體情況需增加5 s［5］。

瀝青混合料出廠時不得超過最高溫度。瀝青混合料出廠前，須經(jīng)試驗中心委派人員目測并逐車檢測溫度，合格后填寫發(fā)料單才能出廠，發(fā)現(xiàn)花白料或溫度質量不合要求者，按廢料處理。應經(jīng)常觀測混合料放料過程中的冒煙情況，如冒濃濃的青煙，需注意檢查是否超過了規(guī)定溫度。高彈性改性瀝青混合料拌制時生產(chǎn)、攤鋪溫度應符合表6的規(guī)定。

表6 高彈性改性瀝青混合料生產(chǎn)、攤鋪溫度要求(單位：℃)

3 高彈瀝青混合料的運輸及攤鋪

瀝青混合料運輸采用載重10 t以上的自卸車運輸，運輸車輛數(shù)量應足夠保證施工作業(yè)的連續(xù)進行。運輸車輛先將底盤及車輪清洗干凈，防止泥土雜物掉落在鋪裝施工范圍內。

為防止瀝青混合料粘于運輸車車箱底部，在裝料之前，應使用專門的瀝青混合料隔離劑在車廂底部均勻涂一薄層，不得有隔離劑集中的現(xiàn)象。運輸過程中，加蓋帆布保溫。運輸車輛不得在鋼橋面上急轉彎及調頭，運輸車輛必須按指定路線進入施工現(xiàn)場，在鋼橋面上行駛速度不超過10 km/h。

4 高彈性改性瀝青鋪裝施工技術要求

高彈性改性瀝青與高彈性改性瀝青混合料雖然具有很好的性能，但是在施工過程中，沒有嚴格的施工控制，依然無法發(fā)揮其突出特點，因此要對高彈性改性瀝青混合料的施工過程進行嚴格控制。在這里，主要針對鋼橋面施工過程中需要特點注意的重點問題進行介紹。

4.1 橋面鋼板表面處理及防水層施工

鋼橋面鋪裝過程中，鋼板表面上的處理以及防水層的施工非常重要。如果處理不到位，不僅會影響鋪裝層的使用壽命，更為重要的是，鋼板的銹蝕，會造成橋梁結構強度的下降。嚴重的情況下，甚至可能危及鋼橋結構的安全。

鋼梁運至現(xiàn)場后，瀝青面層鋪裝前，必須重新對鋼橋面板進行現(xiàn)場打砂處理，充分去除鋼板銹蝕，然后再涂抹防水層以及防水粘結層。

防水粘結層涂布時氣溫不低于15℃。風速大于4級、有霧、露水、下雨或相對濕度大于90%時以及在大量揚沙天氣時不得施工。涂布防水粘結層前作業(yè)區(qū)內要絕對保持干燥：不得將水源帶進作業(yè)區(qū)；不得在作業(yè)區(qū)內喝水；嚴禁吐痰、吸煙。若橋面板不干燥時，應提前1 h，用高壓熱空氣(70℃～80℃)烘干橋面板。應設立專人檢查橋面水分，并對發(fā)現(xiàn)的水分立即采取處理措施。防水層施工，應按照規(guī)定的涂布量均勻涂布。發(fā)生涂布不均的情況時，應涂布第二層進行修正，做好均勻完整。

4.2 高彈瀝青混合料攤鋪

攤鋪施工時氣溫應保證在15℃以上；如氣溫在15℃～10℃間，須添加溫拌劑以利于壓實；氣溫低于10℃時應停止施工。

攤鋪機行走速度應盡可能放慢，以便與拌和樓拌和能力相匹配。鋪裝面層混合料攤鋪時，攤鋪機行走速度依據(jù)拌和能力，一般控制在1.5～2.0 m/min范圍，最高不超過3 m/min。攤鋪機行走時，禁止攤鋪機在所有鋪裝層面上急轉彎和調頭。

4.3 高彈瀝青混合料的壓實

混合料碾壓必須緊跟攤鋪機碾壓，初碾、復碾工作長度約30 m，不得超過50 m。 正常施工時，初壓溫度不應低于160℃，在160℃～175℃之間。氣溫較低時，其碾壓溫度還應比上述控制溫度高10℃～15℃，而且初壓和復壓工序應緊密銜接進行，混合料松鋪厚度、壓路機組合形式、碾壓速度和碾壓遍數(shù)宜參照試驗路情況實施，壓實工藝見表7。

表 7 壓路機械組合形式、碾壓速度、碾壓遍數(shù)

5 施工實例

采用上述檢測的高彈瀝青產(chǎn)品以及高彈瀝青施工工藝，于2014年7月30日～2014年7月～31日，在上海市某鋼橋項目中施工，進行施工，施工完成后，各項指標達到設計要求，見圖1。

圖1 施工完成后路面狀況

2015年2月11日，對該工程進行跟蹤回訪。通過現(xiàn)場觀察以及測量，沒有發(fā)現(xiàn)任何病害。對交通量最大的行車道進行平整度測量，局部最大值為2 mm，應用狀況良好，值得推廣使用。

［1］ 邱欣,凌建明.新型改性瀝青混合料路用性能評價研究［J］.沈陽建筑大學學報(自然科學版),2006(6)∶11-15.

［2］ 楊軍.聚合物改性瀝青［M］.北京∶化學工業(yè)出版社,2007.

［3］ JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

［4］ 王偉.橡膠瀝青混合料高溫性能研究［D］.上?！猛瑵髮W,2008.

［5］ JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

U443.33

B

1009-7716(2015)08-0247-03

2015-04-14

柴平(1968-)，男，上海人，工程師，從事特種瀝青材料的研究生產(chǎn)工作。