橡膠瀝青灌封膠評價指標(biāo)研究

董曉進(jìn) 黃輝 徐浩

中圖分類號:U416.28U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-167-02

摘要:機(jī)場瀝青跑道用灌封膠形式多樣,規(guī)范不盡相同,本文通過對科來福和西爾瑪熱補(bǔ)橡膠瀝青填縫膠的稠度、流動值以及彈性恢復(fù)率試驗(yàn),對比了最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《路面橡膠瀝青填縫膠》與原有技術(shù)指標(biāo)要求的差異,評價了新舊規(guī)范的優(yōu)點(diǎn)與不足,并提出一些建議。

關(guān)鍵詞:橡膠瀝青;灌封膠;評價指標(biāo)

我國機(jī)場瀝青跑道由于多采用“白+黑”復(fù)合道面結(jié)構(gòu),反射裂縫現(xiàn)象比較普遍,很容易引發(fā)一系列其他形式的道面損壞現(xiàn)象,將填縫料添加入裂縫中可以有效的彌補(bǔ)這一不足,為此大量的填縫技術(shù)隨之產(chǎn)生。道面填縫技術(shù)種類繁多,適用范圍與技術(shù)要求各異,目前機(jī)場方面尚缺乏明確的技術(shù)要求與材料測試標(biāo)準(zhǔn)。

在這樣的背景下,本論文選取了目前在國內(nèi)被廣泛使用的兩種加熱式橡膠瀝青填縫膠進(jìn)行大量的試驗(yàn),在對兩種材料的性能測試評估的同時,主要對目前國內(nèi)評價熱補(bǔ)橡膠瀝青填縫膠的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步的探討。

國內(nèi)還沒有針對機(jī)場瀝青路面填縫膠的評價方法,部分民航機(jī)場在選用填縫材料時主要采用交通部標(biāo)準(zhǔn)(JT/T203-95公路水泥混凝土路面接縫材料[S])(以下簡稱“舊規(guī)范”)作為控制依據(jù)。

一、試驗(yàn)材料和新舊指標(biāo)的對比

研究所用灌封膠一種是西爾瑪公司提供的CrackMaster 3405 Hot Pour Crack Sealant(下文稱1#),另一種是由科來福泰(CRAFCO)公司提供的CRAFCO Hot-applied Modified Asphalt Sealant For Pavemenr Cracks And Joints(下文稱2#),研究僅對評價方法研究,不對兩種材料性能作對比。

舊規(guī)范中對加熱施工式填縫膠,主要是聚氯乙烯膠泥、瀝青橡膠類和瀝青瑪蹄脂等提出的技術(shù)要求表1所示。

表1 加熱施工式填縫膠的技術(shù)要求

2009年交通部公路科學(xué)研究院提出中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《路面橡膠瀝青填縫膠》(以下簡稱為“新標(biāo)準(zhǔn)”),在原有技術(shù)要求的基礎(chǔ)之上重新規(guī)定了路面用橡膠瀝青填縫膠的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存,適用于路面所用的橡膠類改性瀝青填縫材料,對低溫拉伸、錐入度、軟化點(diǎn)、流動值以及彈性恢復(fù)率都有了較新的評判標(biāo)準(zhǔn)。具體要求見表2。本文針對上述指標(biāo)展開試驗(yàn)并加以評價。

表2 新標(biāo)準(zhǔn)中填縫膠的技術(shù)要求

二、稠度測定

通常我們知道,瀝青稠度可以用針入度評價。瀝青的針入度越大,說明瀝青粘稠度越小,瀝青就越軟。按照GB/T4509-1998《瀝青針入度測定法》(即舊規(guī)范)對兩種灌封膠進(jìn)行測試,結(jié)果見表3的左邊一欄。按照《瀝青針入度測定法》規(guī)定的精密度,即三次測定的針入度值相差不應(yīng)大于4mm,并且同一操作者同一樣品利用同一臺儀器測得的兩次結(jié)果不超過平均值的4%,由結(jié)果可知針入度數(shù)據(jù)并不符合舊規(guī)范要求。

由于橡膠瀝青灌封膠不像普通瀝青那么均勻,因此沿用傳統(tǒng)的針入度測試不能夠很好地表現(xiàn)出瀝青的稠度。新標(biāo)準(zhǔn)把標(biāo)準(zhǔn)針換成了標(biāo)準(zhǔn)錐進(jìn)行試驗(yàn),以期更準(zhǔn)確地反映其稠度。表3展示了兩種灌封膠的試驗(yàn)結(jié)果:

表3 針入度實(shí)測數(shù)據(jù)

試結(jié)果錐入度的波動性較針入度大大縮小。另外兩種填縫膠在加入的各種添加劑的過程中存在溶脹不均現(xiàn)象存在,用標(biāo)準(zhǔn)針測量時由于針尖極細(xì)導(dǎo)致結(jié)果沒有代表性。改用標(biāo)準(zhǔn)錐之后,錐尖與填縫膠接觸面積顯著增大,入錐時引起填縫膠的擠壓體積更大,填縫膠均勻程度的影響大大減小,錐入度是新標(biāo)準(zhǔn)中一項(xiàng)重要的進(jìn)步。

三、流動性測定

關(guān)于灌封膠的流動性,舊規(guī)范采用了軟化點(diǎn)作為其測評方法。軟化點(diǎn)可以在一定程度上反映瀝青材料的高溫性能,按照J(rèn)TJ-052中的T0606瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)要求,兩種灌封膠的軟化點(diǎn)如表4。

表4 軟化點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)

同時,根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法要求進(jìn)行流動性試驗(yàn),試驗(yàn)方法如下所述:

1.如圖1,在鍍錫板上并排放上三個模框,模內(nèi)側(cè)面涂一層甘油滑石粉隔離劑。將加熱至灌入溫度的填縫膠分別灌入三個?？騼?nèi),在室溫中冷卻至少0.5h; 2.用熱刮刀刮除高于試模的填縫膠,使填縫膠面與試模面齊平。然后在室溫中冷卻至少2h后,拆下?？?制成三個60mm×40mm×3.2mm試件; 3.將鍍錫板連同試件放在三角架上,置入60℃±1℃的烘箱內(nèi)保持5h,取出試件,測量各試件的長度(精確至0.1mm),減去原來的長度,其差值即為流動值,單位為毫米(mm)。

經(jīng)過5h烘烤之后,兩種填縫膠均沒有發(fā)生流動現(xiàn)象,完全符合新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

1-填縫膠 2-鍍錫板 3-三腳架

圖1 流動試驗(yàn)示意圖

在檢驗(yàn)材料的高溫流動性來評價材料的高溫性能。但是究其本質(zhì)和軟化點(diǎn)試驗(yàn)區(qū)別不大。事實(shí)上筆者也選擇了其他橡膠瀝青進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果也是零流動。橡膠瀝青因?yàn)橛邢鹉z和其他材料的加入,軟化點(diǎn)大都提高到80℃以上,如果材料應(yīng)用于機(jī)場跑道,那么對材料的高溫性能要求更主要的是短期耐高溫能力這樣的條件下選用60℃的溫度進(jìn)行試驗(yàn)顯然不甚合理。

四、彈性恢復(fù)測定

機(jī)場道面密封材料的彈性恢復(fù)特性對道面防水密封效果具有重要影響,如果道面接縫防水密封失效,通常會造成道面混凝土碎裂、道面板拱起和唧泥等病害,這些病害直接影響了機(jī)場道面的正常使用。密封膠的彈性恢復(fù)性能是決定密封膠適應(yīng)接縫位移而不產(chǎn)生粘結(jié)或內(nèi)聚破壞的一種非常重要的性能。

目前國內(nèi)常見的測定方法是舊規(guī)范中的T0662-2000,采用修改過的延度試驗(yàn)?zāi)＞?條件為25℃,5cm/min±0.25cm/min速度。筆者根據(jù)此法對兩種試驗(yàn)材料進(jìn)行了彈性恢復(fù)性能試驗(yàn)。彈性恢復(fù)結(jié)果根據(jù)式(1)計算。

(1)

式中:D—試樣的彈性恢復(fù)率(%),

X—試樣的殘留長度,

兩種灌封膠的彈性回復(fù)率分別為90%和93.5%,結(jié)果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足規(guī)范要求,然而在實(shí)際使用過程中兩種灌封膠卻出現(xiàn)許多粘結(jié)力不足等問題,這說明T0662-2000的測定方法存在缺陷,經(jīng)過反復(fù)比對與研究,筆者提出根據(jù)新規(guī)范貫入球法進(jìn)行彈性恢復(fù)對比。

新規(guī)范采用貫入球法評價橡膠瀝青灌封膠的彈性恢復(fù)性能,貫入球尺寸及形狀如圖2所示。

圖2貫入球尺寸及形狀

試驗(yàn)方法: 1.按錐入度試驗(yàn)的試驗(yàn)步驟制備試件和調(diào)整針入度儀,從恒溫為25±0.5℃水槽中取出已達(dá)到恒溫的盛樣皿,吹干試件表面,放在平底玻璃皿中的三腳支架上,玻璃皿中不應(yīng)盛水; 2.在貫入球的鋼球上涂上一層甘油滑石粉隔離劑,慢慢放下貫入球連桿,用適當(dāng)位置的反光鏡或燈光反射觀察,使貫入球剛好與試件表面接觸。用撳鈕固定連桿,拉下齒桿與連桿頂端接觸,調(diào)節(jié)刻度盤指針至零; 3.用手緊壓撳鈕,同時啟動秒表,使貫入球自由落下,貫入球貫入時間為5s時,停壓撳鈕,使貫入球連桿固定,拉下齒桿與連桿端接觸,讀刻度盤指針讀數(shù),記為貫入量P(0.1mm); 4.左手緊壓撳鈕,同時右手壓連桿,使貫入球在10s內(nèi)勻速壓入填縫膠中10mm,拉下齒桿,此時總貫入量為P+100(0.1mm)。固定貫入球5s,將齒桿上推。再按壓撳鈕并保持貫入球在試件表面,使試件回彈20s后,停壓撳鈕,拉下齒桿,記錄刻盤指針讀數(shù)F(0.1mm)。

試驗(yàn)過程示意圖見圖3所示。

圖3 彈性試驗(yàn)過程示意圖

試驗(yàn)結(jié)果按式2計算:

(2)

式中: r——彈性恢復(fù)率 (%)。

結(jié)果見表5:

表5 彈性恢復(fù)實(shí)測數(shù)據(jù)及計算

試驗(yàn)表明,兩種填縫膠雖然能夠符合新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,并且回彈性能相差不大,但不至于會像T0662-2000方法那樣超出規(guī)范很多,給使用者一種材料極為優(yōu)異的假象。

本試驗(yàn)采用了貫入球這種新方式進(jìn)行操作,但是在實(shí)際操作中不可避免地會面臨一些問題。由于整個試驗(yàn)的過程都是靠試驗(yàn)人員手動控制,所以在時間的把握,貫入的速度上將會出現(xiàn)很大的誤差。玻璃皿和三腳架在試驗(yàn)中并不具備實(shí)際意義,事實(shí)上對于操作反而是一種妨礙因素。當(dāng)貫入球貫入之后回彈20S的回彈時間也值得商榷,因?yàn)槔^續(xù)回彈1h后r可高達(dá)80以上。應(yīng)該說采用貫入球測定填縫膠的彈性恢復(fù)率,在試驗(yàn)儀器和操作等方面還迫切需要改進(jìn)。但本文仍推薦采用新規(guī)范的貫入球法進(jìn)行彈性恢復(fù)測定。

五、結(jié)論

本文通過對機(jī)場道面用橡膠瀝青灌封膠的稠度,流動性和彈性恢復(fù)三個方面新舊規(guī)范中不同試驗(yàn)要求和指標(biāo)進(jìn)行了大量的試驗(yàn),并以常見的兩種灌封膠為依托,對比了新舊規(guī)范中關(guān)于這三個指標(biāo)的控制的合理性,并提出了建議,結(jié)論如下:

(1)關(guān)于稠度,舊規(guī)范使用針入度,新規(guī)范使用錐入度,試驗(yàn)表明,錐入度更符合實(shí)際情況,更能合理的全面的反應(yīng)灌封膠的稠度;

(2)關(guān)于流動性,舊規(guī)范使用了軟化點(diǎn),新規(guī)范使用了斜75°鍍錫板流動性試驗(yàn),試驗(yàn)表明兩種試驗(yàn)差別不大,由于現(xiàn)在大多改性瀝青軟化點(diǎn)都能達(dá)到80℃,新規(guī)范中對于60℃的溫度限制不甚合理;

(3)關(guān)于彈性回復(fù)率,舊規(guī)范使用的是修正的延度試驗(yàn),新規(guī)范采用的是一種貫入球試驗(yàn),通過對比,新規(guī)范的貫入球更為合理全面,只是操作過程對于試驗(yàn)人員的要求更高,以及貫入球的回彈時間尚值得商榷。

參考文獻(xiàn)

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