陳志祥

(海南省路橋投資建設(shè)有限公司，海南 三亞 570100)

0 前 言

橡膠瀝青(Asphalt Rubber)是一種減少廢舊輪胎“黑色污染”的有效辦法。它主要是通過一定的生產(chǎn)工藝將由廢舊輪胎制備的橡膠粉加入瀝青當(dāng)中，形成一種以橡膠粉為改性劑的改性瀝青，可廣泛應(yīng)用于瀝青混合料、應(yīng)力吸收層等。鋼橋面鋪裝不同于一般公路瀝青混凝土路面，它直接鋪設(shè)在鋼橋面板上，由于鋼橋面板柔度大，在行車荷載與溫度變化、風(fēng)載、地震等自然因素共同影響下，其受力和變形較公路路面或機(jī)場道面以及其他橋型結(jié)構(gòu)鋪裝復(fù)雜得多[1-4]。特別是在重型車輛荷載作用下，鋼橋面板局部變形更大，各縱向加勁肋縱隔板、橫肋(或橫隔板)與橋面板焊接處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，這導(dǎo)致鋪裝層受力非常復(fù)雜，局部應(yīng)變較大。本文將根據(jù)鋼橋面鋪裝的特點，通過試驗研究高性能成品濕法橡膠瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的適用性，旨在為后續(xù)相關(guān)研究作參考。

1 常用鋼橋面結(jié)構(gòu)

目前世界上鋼橋面鋪裝使用效果較好的有四類：雙層改性SMA，澆筑式瀝青混凝土(GA10)+高彈SMA，雙層環(huán)氧瀝青混凝土，樹脂瀝青組合體系鋼橋面鋪裝技術(shù)(ERS)。雙層改性SMA具有良好的高溫抗車轍性能抗滑性，但鋪裝整體性、抗裂性能和防水性能較差；澆筑式+SMA結(jié)構(gòu)密水性好、隨從變形能力好、整體性強(qiáng)，但其高溫穩(wěn)定性差，與重載交通適應(yīng)性不佳；雙層環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu)合性能比較優(yōu)良，車轍動穩(wěn)定度較高，但是成本較高，對施工環(huán)境要求非?？量?，通常都會有施工缺陷，會造成早期病害的產(chǎn)生。ERS鋪裝結(jié)構(gòu)為組合式結(jié)構(gòu)，能充分發(fā)揮各層材料特點，施工簡便，建設(shè)和養(yǎng)護(hù)費用低，但是目前工程運(yùn)用較少。

2 高性能成品濕法橡膠瀝青混合料與鋼橋面鋪裝適用性

目前常用鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)多采用SBS 改性瀝青SMA混合料，SBS改性瀝青SMA混合料具有優(yōu)異的綜合路用性能，用于高速公路路面、水泥混凝土橋面鋪裝可取得良好的使用效果，但在鋼橋面鋪裝中效果一般，因為在鋼橋面鋪裝中對瀝青混合料需具有良好的層間結(jié)合力和抗變形能力，而SBS改性瀝青SMA混合料的層間粘結(jié)性能和變形隨從性不佳，易造成鋼橋面鋪裝的層間剪切破壞和開裂。

為改善SMA混合料的層間粘結(jié)性能和抗變形能力，目前SMA中瀝青膠結(jié)料中多采用高粘瀝青和高彈改性瀝青，取得了一定的效果。本文通過在基質(zhì)瀝青中加入SBS、橡膠粉、穩(wěn)定劑等制備了具有高粘彈特性的高性能成品濕法橡膠瀝青用于SMA中，在保持和提高混合料路用性能的基礎(chǔ)上，改善混合料的抗變形能力和層間粘結(jié)性能。高性能成品濕法橡膠瀝青的性能如表1所示。

表1 高性能成品濕法橡膠瀝青性能測試結(jié)果

根據(jù)表1性能測試結(jié)果，高性能成品濕法橡膠瀝青25℃彈性恢復(fù)達(dá)到93%，根據(jù)已有研究和文獻(xiàn)調(diào)研，參照T0662 試驗方法測定的25℃橡膠瀝青和SBS 改性瀝青及其他改性瀝青的彈性恢復(fù)區(qū)分度很小，彈性恢復(fù)值幾乎都能夠達(dá)到90%以上，因此，25℃彈性恢復(fù)已不能全面表征和區(qū)分不同改性瀝青的恢復(fù)性能，基于此，筆者參照改性瀝青彈性恢復(fù)相關(guān)性能評價方法，研究了低溫彈性恢復(fù)和極限彈性恢復(fù)等試驗方法下高性能成品濕法橡膠瀝青和其他改性瀝青的彈性恢復(fù)性能。

1)低溫彈性恢復(fù)試驗。不同的改性瀝青在低溫條件下的性質(zhì)不同，對溫度的敏感性不同，隨著溫度的降低，改性瀝青的各項粘彈性指標(biāo)均發(fā)生變化，由流動體轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z體最終轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａw狀態(tài)。根據(jù)改性瀝青的這種變化特性，本課題調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)彈性恢復(fù)試驗的試驗溫度，分別測試改性瀝青5℃、15℃的彈性恢復(fù)值，區(qū)分對比不同種類改性瀝青的低溫恢復(fù)能力。測試結(jié)果如圖1所示。

從圖1試驗結(jié)果可看出，高性能成品濕法橡膠瀝青在5℃、15℃、25℃彈性恢復(fù)值分別為72%、86%、93%，SBS改性瀝青在5℃、15℃、25℃彈性恢復(fù)值分別為41%、62%、78%，TPS改性瀝青在5℃、15℃、25℃彈性恢復(fù)值分別為53%、78%、86%，在相同溫度條件下，三種瀝青彈性恢復(fù)能力排序為高性能成品濕法橡膠瀝青>TPS改性瀝青>SBS改性瀝青，可見高性能成品濕法橡膠瀝青彈性恢復(fù)能力最強(qiáng)；此外，隨著溫度的升高，三種瀝青彈性恢復(fù)能力增強(qiáng)，且高性能成品濕法橡膠瀝青彈性恢復(fù)隨溫度增加變化幅度相對較小，這說明了瀝青在溫度較高狀態(tài)下有著較好的延展性，而高性能成品濕法橡膠瀝青顯然溫度穩(wěn)定性更強(qiáng)，同時也側(cè)面反映了瀝青在低溫條件下容易產(chǎn)生開裂。

圖1 低溫彈性恢復(fù)試驗結(jié)果

2)極限彈性恢復(fù)試驗。不同的改性瀝青的恢復(fù)速率是不同的，以傳統(tǒng)的彈性恢復(fù)方法拉伸至固定長度(100 mm)后剪斷，會導(dǎo)致延度較低的瀝青處于“緊繃”的狀態(tài)，而延度值較大的瀝青則處于“松弛”的狀態(tài)。為避免恢復(fù)速率受瀝青內(nèi)部應(yīng)力水平的影響，極限彈性恢復(fù)試驗的拉伸長度為此種瀝青的延度值乘以0.8，并在剪斷瀝青后，立即開始計時，記錄恢復(fù)過程中相應(yīng)時間的恢復(fù)值，比較不同改性瀝青的恢復(fù)速率。記錄方式為：剪斷后立刻記錄恢復(fù)開始30 s 的彈性恢復(fù)數(shù)據(jù)，此后記錄頻率為前10 min，每1 min 記錄一次；10 min后，10 min 記錄一次，60 min 終止試驗。圖2為不同改性瀝青極限彈性恢復(fù)值和時間的關(guān)系曲線。

圖2 不同改性瀝青極限彈性恢復(fù)值和時間的關(guān)系曲線

為便于分析瀝青彈性恢復(fù)性能，筆者將改性瀝青在恢復(fù)30 s 的彈性恢復(fù)值稱為瞬時恢復(fù)值，將20 s 至50 min 的彈性恢復(fù)值稱為極限彈性恢復(fù)值。根據(jù)試驗結(jié)果可得，三種改性瀝青的極限彈性恢復(fù)值大小順序為：高性能成品濕法橡膠瀝青>TPS 改性瀝青>SBS 改性瀝青，這與低溫彈性恢復(fù)試驗研究的結(jié)果一致。瞬時恢復(fù)值和極限彈性恢復(fù)值的大小排序一致，兩項指標(biāo)具有很好的相關(guān)性，這可說明在特定的條件下瞬時恢復(fù)至在一定程度上決定了極限彈性恢復(fù)值。在三種不同改性瀝青中，高性能成品濕法橡膠瀝青的極限彈性恢復(fù)能力最優(yōu)，可見其具有突出的彈性變形能力。

根據(jù)上述分析，高性能成品濕法橡膠瀝青具有優(yōu)異的高粘和高彈性能，若用于SMA 級配將不僅獲得路用性能優(yōu)良的混合料，而且與鋼橋面鋪裝具有良好的適用性?；阡摌蛎驿佈b要求和成品濕法橡膠瀝青特點，提出適合鋼橋面鋪裝的高性能成品濕法橡膠瀝青的技術(shù)要求如表2所示。

表2 高性能成品濕法橡膠瀝青技術(shù)要求

3 結(jié) 論

本文通過對鋼橋面鋪裝技術(shù)難點和不同鋼橋面結(jié)構(gòu)組合特點的調(diào)查了解，選用不同瀝青膠結(jié)料進(jìn)行低溫彈性恢復(fù)試驗和極限彈性恢復(fù)試驗，試驗結(jié)果表明：高性能成品濕法橡膠瀝青低溫彈性恢復(fù)能力和極限恢復(fù)能力遠(yuǎn)強(qiáng)于其他瀝青，具有更好的低溫延展性，并提出高性能成品濕法橡膠瀝青的技術(shù)指標(biāo)要求。

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