基質(zhì)瀝青品種對澆注式瀝青及其混凝土性能影響

張 鋒， 劉 攀， 盛興躍

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 401336)

同常規(guī)熱拌瀝青混凝土相比，澆注式瀝青混凝土具有礦粉含量高、瀝青膠結(jié)料含量高、拌和溫度高的“三高”特點，空隙率很小，且內(nèi)部空隙不連通[1-2]。澆注式瀝青混凝土在結(jié)構(gòu)上的特點決定了其具有良好的流動性、優(yōu)異的防水性能、良好的抗開裂性能和與鋼板的追從性能，是我國鋼橋面鋪裝應(yīng)用最為成功的材料之一[3-5]。港珠澳大橋、沌口長江大橋、蕪湖長江二橋、廈漳跨海大橋、香港青馬大橋等國內(nèi)鋼橋面鋪裝工程下面層均采用澆注式瀝青混凝土[6-8]。

澆注式瀝青混凝土對瀝青膠結(jié)料的選擇較為挑剔[9-11]。目前，基質(zhì)瀝青產(chǎn)地眾多，煉制工藝不盡相同，其組成成分、技術(shù)指標(biāo)及物化性能各有不同[12-13]?；|(zhì)瀝青的性能差異必將影響澆注式瀝青的性能，進(jìn)而影響澆注式瀝青混凝土的路用性能，最終影響鋼橋面鋪裝工程的使用性能及使用壽命。鑒于此，本文選取不同品種的70#基質(zhì)瀝青，制備澆注式瀝青及其混凝土GA10，對比評價其使用性能，供鋼橋面澆注式瀝青鋪裝工程參考。

1 基質(zhì)瀝青基本性能

基質(zhì)瀝青包括A70#基質(zhì)瀝青、B70#基質(zhì)瀝青、C70#基質(zhì)瀝青、D70#基質(zhì)瀝青、E70#基質(zhì)瀝青、F70#基質(zhì)瀝青和G70#基質(zhì)瀝青，7種基質(zhì)瀝青老化前后的基本性能指標(biāo)見表1、表2。

表1 7種基質(zhì)瀝青3大指標(biāo)試驗結(jié)果

表2 7種基質(zhì)基質(zhì)瀝青RTFOT試驗結(jié)果

從表1可以看出，不同品種的70#基質(zhì)瀝青老化前的針入度及軟化點比較接近，而10 ℃延度相差較大，其中G70#基質(zhì)瀝青及B70#基質(zhì)瀝青的10 ℃延度大于40 cm，具有較佳的低溫延性，C70#基質(zhì)瀝青和F70#的10 ℃延度小于30 cm。從表2可以看出，RTFOT后僅有A70#基質(zhì)瀝青、B70#基質(zhì)瀝青及G70#基質(zhì)瀝青的15 ℃延度大于100 cm。從針入度比可以看出，G70#基質(zhì)瀝青、B70#基質(zhì)瀝青和A70#基質(zhì)瀝青具有較優(yōu)的抗老化性能。

采用AR-2000型動態(tài)流變剪切儀(DSR)測試7種基質(zhì)瀝青RTFOT前后的抗車轍因子G*/sinδ，試驗結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，老化前不同品種基質(zhì)瀝青的抗車轍因子G*/sinδ相差較大，而老化后7種基質(zhì)瀝青的抗車轍因子G*/sinδ很接近。隨著溫度的升高，基質(zhì)瀝青的G*/sinδ隨之降低。同一溫度下，C70#基質(zhì)瀝青的G*/sinδ最大，A70#基質(zhì)瀝青的G*/sinδ最小，即C70#基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力最優(yōu)，而A70#基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力較差。

(a) RTFOT前

(b) RTFOT后

綜上分析，7種基質(zhì)瀝青的各項技術(shù)指標(biāo)差異較小。

2 澆注式瀝青基本性能

2.1 常規(guī)技術(shù)指標(biāo)

以7種基質(zhì)瀝青按相同配方在同等條件下制備澆注式瀝青，測試其針入度、軟化點及5 ℃延度，試驗結(jié)果見表3。

表3 7種澆注式瀝青3大指標(biāo)試驗結(jié)果

由表3可知，7種澆注式瀝青的3大指標(biāo)差異較小。其中，澆注式瀝青的針入度主要在34～38(0.1 mm)之間，軟化點主要在108 ℃～116 ℃之間，5 ℃延度主要在22 cm～32 cm之間。A70#澆注式瀝青具有較大的針入度，B70#澆注式瀝青具有較高的軟化點，而G70#澆注式瀝青具有較大的5 ℃延度。

2.2 RTFOT后技術(shù)指標(biāo)

澆注式瀝青混凝土的生產(chǎn)運(yùn)輸溫度在220 ℃～260 ℃之間，且運(yùn)輸拌和時間長(一般不少于60 min)，長時間的高溫拌和會造成澆注式瀝青超熱老化，致使?jié)沧⑹綖r青混凝土性能大幅度衰變[14]。采用RTOFT評價7種澆注式瀝青的抗老化性能，試驗結(jié)果見表4。

從表4可以看出，7種澆注式瀝青RTFOT老化后性能都發(fā)生了一定的衰變，表現(xiàn)為針入度、軟化點及延度降低。其中澆注式瀝青的針入度比介于79%～83%之間，延度比在0.51%～0.59%之間，均表現(xiàn)出良好的抗老化性能。一般來說，基質(zhì)瀝青老化后，軟化點會升高。但澆注式瀝青的老化是基質(zhì)瀝青和聚合物老化的共同結(jié)果，聚合物分子鏈易在氧氣和高溫條件下部分?jǐn)嗔?，聚合物在瀝青分子中形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解離，軟化點會降低[15]。聚合物老化的影響要高于基質(zhì)瀝青老化，最終導(dǎo)致澆注式瀝青的軟化點下降。

埃塞2002年加入國際竹藤組織。2003年埃塞農(nóng)業(yè)部邀請國際竹藤組織赴埃塞進(jìn)行了為期11 d的考察。2009年國際竹藤組織在埃塞設(shè)立東非辦事處。經(jīng)多年來國際竹藤組織協(xié)調(diào)努力，于2018年9月3日的中非論壇開幕式上，中國國家主席習(xí)近平宣布在埃塞成立中非竹子中心。該中心以培訓(xùn)、研究和示范為主要功能。2017年還協(xié)助埃塞環(huán)境、林業(yè)及氣候變化部與中國國家林業(yè)局簽訂了雙邊林業(yè)合作備忘錄。

表4 7種澆注式瀝青RTFOT試驗結(jié)果

整體來看，澆注式瀝青的性能受基質(zhì)瀝青品種的影響較小，7種澆注式瀝青均具有較為優(yōu)異的性能指標(biāo)。

3 澆注式瀝青混凝土性能分析

粗集料和細(xì)集料均采用四川峨眉產(chǎn)的玄武巖，礦粉采用重慶產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉，原材料各項技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

根據(jù)JTG/T 3364-02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》[16]中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行配合比設(shè)計。研究表明，集料級配對澆注式瀝青混凝土GA10路用性能的影響很大[17]。按照集料以及礦粉的篩分結(jié)果進(jìn)行級配擬合，盡量接近級配范圍的中值，結(jié)果見表5。

表5 澆注式瀝青混凝土GA10設(shè)計級配

大量工程實踐和室內(nèi)試驗表明，澆注式瀝青混凝土的最佳油石比范圍為7.5%～8.2%。上述研究表明7種澆注式瀝青性能差異較小，同時根據(jù)經(jīng)驗可知，油石比7.8%可以較好地表征澆注式瀝青混凝土的路用性能。因此，為了更好地對比7種澆注式瀝青混凝土的路用性能，本文選取油石比均為7.8%。按上述級配成型7種澆注式瀝青混凝土GA10試件，拌和溫度均控制在235 ℃左右，拌和時間均為45 min，按照J(rèn)TG/T 3364-02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》[16]中的測試方法，評價澆注式瀝青混凝土GA10的流動性、高溫性能、低溫性能及疲勞性能等。

3.1 流動性

采用劉埃爾流動度試驗評價澆注式瀝青混凝土GA10的流動性，結(jié)果見表6。

表6 7種澆注式瀝青混凝土GA10流動性試驗結(jié)果

由表6可見，當(dāng)集料級配、油石比、拌和溫度及拌和時間等因素均相同時，7種澆注式瀝青混凝土GA10的流動性差異較小，說明基質(zhì)瀝青品種對澆注式瀝青混凝土GA10的流動性影響較小，且7種澆注式瀝青混凝土GA10的流動性均能滿足規(guī)范要求。

3.2 高溫性能

由表7可見，基質(zhì)瀝青品種對GA10的貫入度及其增量有一定的影響，其中貫入度從小到大順序為G70#-GA10

表7 7種澆注式瀝青混凝土GA10貫入度試驗結(jié)果 mm

3.3 低溫性能

采用低溫彎曲試驗評價澆注式瀝青混凝土GA10的低溫抗裂性，試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm，試驗溫度為-10 ℃，結(jié)果見表8。

由表8可見，基質(zhì)瀝青品種對GA10的抗彎應(yīng)變有一定的影響，其中G70#-GA10>B70#-GA10>A70#-GA10>D70#-GA10>E70#-GA10>C70#-GA10>F70#-GA10，即采用G70#基質(zhì)瀝青制備的澆注式瀝青混凝土GA10具有最優(yōu)的低溫性能，B70#基質(zhì)瀝青和A70#基質(zhì)瀝青次之。澆注式瀝青混凝土GA10的低溫抗裂性與結(jié)合料的低溫延度有一定的相關(guān)性，5 ℃延性較大的基質(zhì)瀝青制備的澆注式瀝青混凝土GA10一般具有較佳的低溫性能。7種澆注式瀝青混凝土GA10的低溫性能均能滿足規(guī)范要求。

3.4 疲勞性能

采用四點小梁彎曲疲勞試驗評價澆注式瀝青混凝土GA10的疲勞性能，正弦波，微應(yīng)變水平600 με，加載頻率10 Hz，試驗溫度15 ℃，結(jié)果見表9。

表9 7種澆注式瀝青混凝土GA10四點彎曲疲勞試驗結(jié)果

由表9可見，7種澆注式瀝青混凝土GA10的疲勞次數(shù)均超過100萬次，這即表明基質(zhì)瀝青品種對GA10疲勞性能影響較小，均表現(xiàn)出十分優(yōu)異的疲勞耐久性。

4 結(jié)論

1) 基質(zhì)瀝青品種會影響澆注式瀝青的技術(shù)指標(biāo)，但這種影響較小。整體來說，基質(zhì)瀝青的5 ℃延度越大，其澆注式瀝青也具有較大的低溫延度，基質(zhì)瀝青的軟化點越高，其澆注式瀝青也具有較高的軟化點，基質(zhì)瀝青的針入度比越大，其澆注式瀝青也具有較大的針入度比。7種澆注式瀝青的技術(shù)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

2) 當(dāng)集料級配、油石比、拌和溫度及拌和時間等因素均相同時，基質(zhì)瀝青品種對澆注式瀝青混凝土GA10的流動性、貫入度、抗彎應(yīng)變及疲勞次數(shù)有一定的影響。高溫性能較好的基質(zhì)瀝青制備的澆注式瀝青混凝土GA10具有較佳的高溫性能；低溫延性較好的基質(zhì)瀝青制備的澆注式瀝青混凝土GA10具有較佳的低溫性能。7種澆注式瀝青混凝土GA10的流動性、高溫性能、低溫性能和疲勞性能均能滿足規(guī)范要求。

3) 澆注式瀝青混凝土對基質(zhì)瀝青具有較強(qiáng)的普適性，從工程原材料選取的角度看，不同地區(qū)鋼橋面澆注式瀝青鋪裝工程可就近取材，基本不受基質(zhì)瀝青品種影響，節(jié)約運(yùn)輸成本，降低工程造價。對使用性能要求較高的工程，優(yōu)先選用技術(shù)指標(biāo)更佳的基質(zhì)瀝青。

4) 基質(zhì)品種對澆注式瀝青混凝土路用性能的影響還需實體工程的長期論證。