采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料性能研究

陳根香

(南京市公共工程建設(shè)中心，南京 210000)

鋼箱梁以其強度高、自重輕、抗變形、便于工廠化制造和施工等特點，在我國已建或在建的大橋中得到了廣泛的應(yīng)用。2016年，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》，同年，交通運輸部發(fā)布了《關(guān)于推進公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》，鋼箱梁在橋梁建設(shè)中獲得了進一步的推廣。

市政工程對鋼橋面鋪裝的施工與養(yǎng)護的便利性、施工進度和施工成本都有較高的要求。美國雙層環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝方案由于養(yǎng)護周期長、施工工藝嚴苛，在市政工程應(yīng)用中的局限性越來越大，而澆注式瀝青混合料擁有良好的密水性、變形追隨性等優(yōu)良性能，同時施工工期短、施工難度小，被越來越多地應(yīng)用到鋼橋面的鋪裝中。以往國內(nèi)的澆注式瀝青混合料大多采用進口原材料，從經(jīng)濟性上限制了其應(yīng)用推廣的進程，為推動澆注式瀝青鋼橋面鋪裝方案的大規(guī)模應(yīng)用，本文結(jié)合南京市緯七路東進二期建設(shè)工程(高橋門-石楊路段)，對國產(chǎn)硬質(zhì)瀝青和湖瀝青配制澆注式瀝青混合料的應(yīng)用進行探索，并將其與進口材料的試驗檢測數(shù)據(jù)做對比，以期為國產(chǎn)原材料的澆注式瀝青混合料的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)[1-3]。

1 原材料及試驗方法

1.1 主要原材料

澆注式瀝青混合料所用原材料的性能試驗主要包括直餾硬質(zhì)瀝青、TLA湖瀝青和混合后瀝青的檢驗與測試。不同于南京四橋復(fù)合澆注式瀝青鋪裝用原材料，本課題所用的直餾硬質(zhì)瀝青采用國產(chǎn)材料，其性能技術(shù)指標和檢測結(jié)果分別如表1～3所示。

表1 硬質(zhì)瀝青檢測結(jié)果

表2 TLA湖瀝青檢測結(jié)果

表3 混合后瀝青檢測結(jié)果(30#：TLA=75:25)

從試驗檢測結(jié)果來看，國產(chǎn)直餾硬質(zhì)瀝青的性能與進口硬質(zhì)瀝青的性能并無明顯差異，故使用國產(chǎn)原材料同樣可以保證澆注式瀝青混合料的適用性能。

1.2 試驗方法

(1) 配合比設(shè)計方法

澆注式瀝青混合料的設(shè)計不同于一般瀝青混合料，其主要設(shè)計指標為流動性指標和貫入度指標，輔以動穩(wěn)定度和低溫彎曲試驗結(jié)果進行驗證，最終確定澆注式瀝青混合料的級配。本文澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計以2.36 mm的通過率為級配控制點，選出細、中、粗三個級配，通過流動度和貫入度試驗獲得級配的最佳油石比，然后進行車轍試驗與低溫彎曲試驗，最終確定目標配合比設(shè)計取值。

(2) 性能試驗方法

本文除對配合比進行了高溫性能和低溫性能的測試外，還對其劈裂強度和疲勞性能進行了研究。其中，對高溫性能的測試采用了國內(nèi)的車轍試驗法，試驗結(jié)果用動穩(wěn)定度來評價；對低溫性能的測試采用低溫彎曲試驗法[4]；劈裂強度試驗則參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的瀝青混合料劈裂試驗來進行。參照已有研究成果，疲勞試驗采用四點彎曲疲勞試驗方法，試件尺寸為(40×40×400) mm，試驗溫度為0 ℃和15 ℃，加載頻率為5 Hz，加載應(yīng)變?yōu)?00 με，采用正弦加載模式，以試件開裂或作用次數(shù)達到100萬次為結(jié)束標準[5-10]。

2 澆注式配合比設(shè)計

2.1 配合比設(shè)計要求

本文澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計參照了南京四橋的相關(guān)研究成果，并按照《復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求進行澆注式瀝青混合料的目標配合比設(shè)計,如表4～5所示。

表4 澆注式瀝青混凝土級配要求

表5 澆注式瀝青混合料設(shè)計指標

2.2 級配與最佳油石比確定

本文澆注式瀝青混合料的目標配合比參考了南京四橋的設(shè)計成果[3]，根據(jù)集料的篩分結(jié)果，以2.36 mm通過率為控制點，初步選取了“粗、中、細”三種級配。初選合成級配如表6所示，合成級配曲線如圖1所示。

表6 澆注式瀝青混合料初選合成級配

圖1 澆注式瀝青混合料合成級配曲線

根據(jù)配合比設(shè)計流程，針對三種初選級配，分別進行了不同油石比下流動度、貫入度、動穩(wěn)定度和低溫彎曲破壞應(yīng)變的試驗檢測，最終確定目標配合比為：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比為9.4。

3 澆注式瀝青混合料性能

3.1 高溫性能

因限速方面的要求，使得市政工程中鋼橋面鋪裝更易發(fā)生車轍病害，因此，本文分別在采用國產(chǎn)材料和進口材料的澆注式瀝青混合料的表層壓入碎石，并對其在壓入碎石前后的高溫性能進行了研究。其中，未壓入碎石瀝青混合料的高溫車轍試驗結(jié)果如表7所示。

表7 澆注式瀝青混凝土車轍試驗結(jié)果

由表7可知，隨著試驗溫度的升高，采用國產(chǎn)材料和采用進口材料的澆注式瀝青混合料的車轍試驗結(jié)果均呈明顯的下降趨勢，下降幅度超過30%。

國產(chǎn)材料在60 ℃、0.707 MPa下的動穩(wěn)定度為486次/mm，進口材料在60 ℃、0.63 MPa下的動穩(wěn)定度為464次/mm，差別并不明顯。

綜上，為提高澆注式瀝青混合料的高溫性能，施工時需要在澆注式瀝青混合料表層壓入碎石。本文采用單粒徑尺寸為13.2～19 mm和9.5～13.2 mm 的玄武巖石料制作預(yù)拌碎石，然后將預(yù)拌碎石分別壓入采用國產(chǎn)材料和進口材料的澆注式瀝青混合料表面，碎石壓入量為10 kg/m2，在同等試驗條件下進行車轍試驗，試驗溫度為60 ℃，試驗結(jié)果如表8所示。

表8 壓入不同粒徑碎石后的車轍試驗結(jié)果

由表7～8可知，采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料在壓入碎石后的動穩(wěn)定度有明顯提升，以試驗溫度60 ℃為例，與未壓入碎石前相比，其在壓入9.5～13.2 mm粒徑碎石后的動穩(wěn)定度提高了80.45%，壓入13.2～19 mm粒徑碎石后的動穩(wěn)定度提高了116.46%。此外，采用進口材料的澆注式瀝青混合料與采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料在壓入碎石前后的動穩(wěn)定度試驗結(jié)果基本一致。

3.2 低溫性能

選取6個不同試件，對采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，結(jié)果如表9所示。

由表9可知，采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料的低溫彎曲性能能夠滿足設(shè)計要求。采用進口材料的澆注式瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變?yōu)? 400 με，兩者差距并不明顯。

表9 澆注式瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

3.3 劈裂強度

選取3個不同試件，對采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料進行劈裂強度試驗，結(jié)果如表10所示。

表10 澆注式瀝青混合料劈裂強度

采用國產(chǎn)材料和進口材料的澆注式瀝青混合料在20 ℃下的劈裂強度分別為3.23 MPa和3.15 MPa，兩者之間的差距并不明顯。

3.4 疲勞性能

選取不同試件，分別對采用國產(chǎn)材料和進口材料的澆注式瀝青混合料進行疲勞性能試驗，結(jié)果如表11所示。

表11 澆注式瀝青混合料疲勞試驗結(jié)果

由表11可知，采用國產(chǎn)材料和進口材料的澆注式瀝青混合料疲勞試驗結(jié)果基本相當。

4 結(jié)論

(1) 確定了緯七路東進二期工程瀝青混合料的目標配合比為：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比為9.4。

(2) 壓入碎石能夠有效提高澆注式瀝青混合料的動穩(wěn)定度。以試驗溫度60 ℃為例，與未壓入前相比，壓入9.5～13.2 mm粒徑碎石后瀝青混合料的動穩(wěn)定度提高了80.45%，壓入13.2～19 mm粒徑碎石后瀝青混合料的動穩(wěn)定度提高了116.46%。

(3) 從瀝青原材料檢測結(jié)果、低溫彎曲、動穩(wěn)定度、劈裂強度和疲勞性能等指標綜合來看，在配比合適的情況下，采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料與采用進口材料的澆注式瀝青混合料的性能基本相當。

綜上，采用國產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料應(yīng)用于市政工程鋼橋面鋪裝，既能保證其性能，同時又具有巨大的經(jīng)濟效益，可為類似工程提供參考。