高黏高彈改性乳化瀝青性能評(píng)價(jià)及超黏磨耗層應(yīng)用研究*

龍翔，許志東，張新，項(xiàng)彥茂，陳園園，黃文通

(1.廣州市北二環(huán)交通科技有限公司，廣東 廣州 510540；2.東莞理工學(xué)院 生態(tài)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，廣東 東莞 523808)

在交通荷載和環(huán)境因素的共同作用下，瀝青路面的功能逐步衰減，承載能力、平整度、抗滑能力下降，還出現(xiàn)各種病害。為延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，減少維修次數(shù)，降低全壽命周期建設(shè)成本，采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行處理。但采用常規(guī)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)處理后路面易出現(xiàn)早期脫落、松散、噪聲大及使用壽命短等問題，提高預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層與下承層的黏結(jié)力尤為重要。

4.評(píng)課研討。以小組為單位對(duì)之前骨干教師、優(yōu)秀教師的研究課進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，分析優(yōu)缺點(diǎn)，找出突出問題，并商討改進(jìn)之策。

近年來，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)薄層罩面和超薄層罩面成為一種研究趨勢(shì)。為節(jié)省能耗，減少有害氣體排放，冷拌冷鋪工藝的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。奚晨晨研究了高黏改性瀝青的黏-溫特性、流動(dòng)性能及高溫性能，基于分子擴(kuò)散理論評(píng)價(jià)高黏改性瀝青的自愈合程度，發(fā)現(xiàn)高黏改性劑對(duì)提高瀝青的瞬時(shí)愈合性能具有良好作用。楊國(guó)卿等對(duì)比分析超黏磨耗層與微表處的路用性能，發(fā)現(xiàn)超黏磨耗層混合料的濕輪磨耗值比微表處混合料降低約16%，抗剪強(qiáng)度比微表處提升約75%。袁東東等分析SBS、橡膠和高黏改性瀝青的流變性能，結(jié)果表明高黏改性瀝青的溫度敏感性最低，高低溫性能最優(yōu)。高性能乳化瀝青及稀漿混合料是實(shí)施冷拌冷鋪工藝的基礎(chǔ)，王晶等研究高黏改性乳化瀝青抗剪強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)高黏改性乳化瀝青用于層間黏結(jié)具有良好的性能。祝軒等從水性環(huán)氧摻量、油石比、水泥摻量方面進(jìn)行了冷拌超薄磨耗層瀝青混凝土優(yōu)化設(shè)計(jì)。Xu Bin、Sheng Xiaohui、Liu Fuqiang等研究了聚氨酯改性、水性環(huán)氧樹脂-SBR復(fù)合改性乳化瀝青的改性機(jī)理和黏結(jié)性能。但對(duì)高性能改性乳化瀝青及鋪裝層層間黏結(jié)性能的研究還有待深入和提高。該文研制高黏高彈改性乳化瀝青并用于瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層，通過鋪筑實(shí)體工程進(jìn)行路用性能驗(yàn)證。

1 原材料

1.1 瀝青

采用茂名石化70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。采用獨(dú)山子T161B線型SBS改性劑、陽(yáng)離子慢裂快凝型乳化劑、增黏劑、穩(wěn)定劑等制備高黏高彈改性乳化瀝青。

表1 A-70道路石油瀝青的技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

用于瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層的集料應(yīng)堅(jiān)硬、耐磨、黏附性高。為降低路面噪聲、減少預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層厚度，超黏磨耗層礦料的最大粒徑采用8 mm，三檔集料分別為5～8 mm碎石、3～5 mm碎石和0～3 mm機(jī)制砂。通過對(duì)比分析輝綠巖、玄武巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖4種集料的技術(shù)性能(見表2、表3)，選擇輝綠巖開展后續(xù)研究。

表2 不同粗集料的性能對(duì)比

表3 不同細(xì)集料的性能對(duì)比

1.3 填料

采用常規(guī)微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)處理后，路面容易出現(xiàn)脫落、麻面、掉粒等病害。脫落是由層間黏結(jié)能力不足所引起，增強(qiáng)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層與下承層的黏結(jié)能力尤為重要。將高黏高彈改性乳化瀝青作為層間黏結(jié)材料進(jìn)行層間拉拔試驗(yàn)，下承層為瀝青混凝土路面，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。從圖7可看出：高黏高彈改性乳化瀝青能提供優(yōu)良的層間黏結(jié)能力，SBS改性劑和增黏劑摻量越大，拉拔黏結(jié)強(qiáng)度越高。實(shí)際應(yīng)用中，高黏高彈改性乳化瀝青能上升進(jìn)入到上部瀝青混合料結(jié)構(gòu)間隙中起到封層的作用，防止水分進(jìn)入破壞層間黏結(jié)。

高黏高彈改性瀝青的制備流程：將70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青加熱至155 ℃，添加獨(dú)山子T161B線型SBS改性劑、增黏劑、糠醛抽出油及其他助劑，攪拌1.5 h；繼續(xù)升溫至175 ℃，采用高速膠體磨剪切70 min，添加穩(wěn)定劑后攪拌60 min；繼續(xù)升溫至180 ℃，采用高速膠體磨剪切70 min，剪切完后攪拌發(fā)育熟化60 min，得到高黏高彈改性瀝青成品。添加劑摻量分別為2.5%SBS、3.5%SBS、4.5%SBS、3.5%SBS+0.5%增黏劑、4.5%SBS+1.0%增黏劑。

1.4 瀝青性能分析

如上述，巴基斯坦在抗震設(shè)防的區(qū)劃與中國(guó)類似，很容易將其與中國(guó)的動(dòng)參數(shù)區(qū)域相對(duì)比，并采取相應(yīng)的抗震設(shè)防烈度，并按照規(guī)范采取相關(guān)抗震設(shè)防參數(shù)。印度尼西亞、委內(nèi)瑞拉等國(guó)業(yè)與其較為類似。

鑒于論文篇幅有限,本文以TD-LTE系統(tǒng)和射頻ADF4350芯片的控制為例進(jìn)行演示驗(yàn)證。根據(jù)不同通信系統(tǒng)接收通路不同的混頻頻率來決定ADF4350的頻率輸出配置。根據(jù)ADF4350的時(shí)序?qū)⑴渲脜?shù)寫入到相應(yīng)的寄存器中,利用Quartus Ⅱ軟件中的Signal Tap邏輯分析儀采集信號(hào)進(jìn)行分析,ADF4350芯片的寫控制時(shí)序如圖11所示。

圖1 高黏高彈改性瀝青的軟化點(diǎn)

圖2 高黏高彈改性瀝青的動(dòng)力黏度

圖3 高黏高彈改性瀝青的彈性恢復(fù)性能

在50～60 ℃溫度下將乳化劑溶于水，摻加鹽酸及其他助劑配制成皂液，調(diào)整pH值為2～3，然后將SBS改性瀝青升溫到160 ℃進(jìn)行乳化，制得高黏高彈改性乳化瀝青。高黏高彈改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的三大指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見圖4～6。從圖4～ 6可看出：隨著SBS改性劑和增黏劑摻量的增大，高黏高彈改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的針入度下降，軟化點(diǎn)上升，延度增大。對(duì)比乳化前后高黏高彈改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)的變化趨勢(shì)基本一致，乳化后高黏高彈改性瀝青的性能穩(wěn)定。

圖4 高黏高彈改性乳化瀝青的針入度

圖5 高黏高彈改性乳化瀝青的軟化點(diǎn)

圖6 高黏高彈改性乳化瀝青的延度

添加P.O32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，提高稀漿混合料的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，同時(shí)調(diào)整稀漿混合料的可拌合時(shí)間、成漿狀態(tài)和成型速度。

對(duì)比JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中微表處和稀漿封層礦料級(jí)配及《北京市預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)指南》、法國(guó)NovaChip?超薄磨耗層和美國(guó)超薄磨耗層混合料的礦料級(jí)配，根據(jù)骨架密實(shí)型級(jí)配設(shè)計(jì)原則進(jìn)行礦料級(jí)配降噪優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求形成石-石嵌擠結(jié)構(gòu)。

2.技術(shù)進(jìn)步會(huì)吸引更多的消費(fèi)者，提升用戶的認(rèn)可度，這是促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)發(fā)展的重要因素。市場(chǎng)觀察顯示，消費(fèi)者比較關(guān)注電動(dòng)汽車的性能、價(jià)格以及其配建設(shè)施的完善程度等。最近十年，我國(guó)純電動(dòng)汽車的電池、燃料電池，核心技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展、成本逐漸降低、相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，同時(shí)我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)長(zhǎng)期的探討，出臺(tái)了相關(guān)政策及規(guī)劃，都表明了這種態(tài)勢(shì)將長(zhǎng)期持續(xù)增長(zhǎng)。目前我國(guó)各城市對(duì)汽車的需求均為剛性需求，在未來，這種需求將會(huì)改變。在一線城市變?yōu)楦聻橹鳎€城市及新興城市則繼續(xù)保持以剛性需求為主，兩者都保持增長(zhǎng)之勢(shì)。伴隨著我國(guó)人均可支配收入的提高，電動(dòng)汽車消費(fèi)將大幅增加。

圖7 高黏高彈改性乳化瀝青的拉拔強(qiáng)度

2 配合比設(shè)計(jì)

線形生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的水土流失多發(fā)生在建設(shè)期，主要是臨時(shí)堆土堆渣區(qū)和線路穿越區(qū)等。線形生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目一般線路長(zhǎng)達(dá)幾百甚至幾千公里，有些會(huì)跨越很多無人區(qū)或人跡罕至區(qū)，施工單位容易產(chǎn)生僥幸心理，因而在施工時(shí)圖方便而肆意破壞植被的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

根據(jù)材料技術(shù)性能，設(shè)計(jì)3組超黏磨耗層混合料目標(biāo)配合比，各材料用量見表5。

表4 超黏磨耗層混合料礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

超黏磨耗層礦料級(jí)配與傳統(tǒng)微表處礦料級(jí)配相比，4.75 mm以上粗集料部分適當(dāng)減少，2.36～4.75 mm碎石用量相應(yīng)提高。2.36～4.75 mm碎石用量提高不僅有助于增加路表紋理構(gòu)造，而且有利于提升路表平整度，保證超黏磨耗層的宏觀構(gòu)造深度及良好的抗滑性能，使路表更均勻密實(shí)、平整，減少表面粗集料凸起，增加輪胎有效接觸點(diǎn)，從而降低路面噪聲。集料最大粒徑為8 mm，相比傳統(tǒng)微表處最大粒徑9.5 mm有所減小，可減少超黏磨耗層表面大顆粒集料凸起，有助于提高平整度、降低噪聲?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的礦料級(jí)配見表4。

不同SBS改性劑和增黏劑摻量高黏高彈改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見圖1～3。由圖1～3可知：1) 添加SBS改性劑和增黏劑后，瀝青的軟化點(diǎn)大幅提高，添加4.5%SBS和1.0%增黏劑后改性瀝青的軟化點(diǎn)達(dá)到89 ℃。SBS改性劑和增黏劑的摻量越大，改性瀝青的軟化點(diǎn)越高。2) 增黏劑對(duì)提高瀝青動(dòng)力黏度的作用明顯，添加4.5%SBS和1.0%增黏劑后改性瀝青的60 ℃動(dòng)力黏度達(dá)到260 000 Pa·s。考慮到改性瀝青的60 ℃動(dòng)力黏度太大，需要更高的加熱溫度才能滿足施工和易性要求，實(shí)際應(yīng)用中控制增黏劑摻量為0.5%～1.0%。3) 彈性恢復(fù)指標(biāo)表征瀝青的抗疲勞性能和抗反射裂縫能力。添加4.5%SBS和1.0%增黏劑后改性瀝青的彈性恢復(fù)性能最優(yōu)，達(dá)到98%。

表5 超黏磨耗層混合料配合比設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

依照設(shè)計(jì)的混合料配合比，開展超黏磨耗層混合料拌合時(shí)間、稠度、濕輪磨耗、黏聚力和負(fù)荷輪黏砂試驗(yàn)，同時(shí)與微表處和稀漿封層進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。

表6 超黏磨耗層混合料的技術(shù)指標(biāo)

從表6可看出：3種超黏磨耗層混合料配合比均滿足稀漿混合料的技術(shù)要求；超黏磨耗層、微表處和稀漿封層的拌合時(shí)間較接近，滿足施工和易性要求；超黏磨耗層配合比2的30 min、60 min黏聚力最大；浸水6 d的超黏磨耗層混合料的濕輪磨耗損失小于微表處和稀漿封層，表明超黏磨耗層混合料的配伍性和抗水損害能力優(yōu)于微表處和稀漿封層；全部稀漿混合料負(fù)荷輪黏砂試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求。

4 性能驗(yàn)證

在某高速公路瀝青混凝土路面和水泥混凝土橋面分別鋪筑超黏磨耗層試驗(yàn)段，分別在養(yǎng)護(hù)4 h、通車6個(gè)月后進(jìn)行路面構(gòu)造深度、平整度、摩擦系數(shù)、車轍深度等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表7。由表7可知：構(gòu)造深度從0.62 mm增長(zhǎng)到1.12 mm，說明長(zhǎng)時(shí)間行車碾壓會(huì)將超黏磨耗層表面細(xì)顆粒帶走，造成構(gòu)造深度增大。采用高黏高彈改性乳化瀝青制備的超黏磨耗層稀漿混合料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)良好，可應(yīng)用于各等級(jí)公路瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)磨耗層。

表7 超黏磨耗層試驗(yàn)段路面檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

(1) 添加4.5%SBS+1.0%增黏劑制備的改性乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物的軟化點(diǎn)高達(dá)88 ℃，拉拔黏結(jié)強(qiáng)度為1.3 MPa，稀漿混合料的高溫性能及與下承層的黏結(jié)力得到提高。

(2) 超黏磨耗層混合料礦料級(jí)配范圍設(shè)計(jì)合理，鋪筑的實(shí)體工程通車6個(gè)月后的平整度、抗滑性能、高溫性能良好。

(3) 超黏磨耗層混合料的稠度、拌合時(shí)間、濕輪磨耗、黏聚力和負(fù)荷輪黏砂試驗(yàn)指標(biāo)等均滿足瀝青路面和水泥混凝土路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)需求。