混凝土橋面鋪裝用地毯式瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)研究

馬 瀟 余 波

（四川省交通建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司路面工程分公司，四川 成都 610041）

0 引言

傳統(tǒng)的橋面鋪裝和養(yǎng)護(hù)工作耗時(shí)長(zhǎng)，由此造成的交通擁堵、道路變窄、車道減少等問(wèn)題帶來(lái)諸多安全隱患，國(guó)內(nèi)外采用的橋面快速搶修等技術(shù)成為化解施工造成的交通擁堵和縮短封路時(shí)間的常用手段[1-2]。地毯式瀝青混合料可用于新建混凝土橋面或舊路修復(fù)和養(yǎng)護(hù)，這是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[3]，該方法使路面罩面修復(fù)變得簡(jiǎn)單、快捷，有利于實(shí)現(xiàn)“循環(huán)式路面”[4]。本文通過(guò)檢測(cè)的方式，分析基于瀝青混合料配合比優(yōu)選的地毯式瀝青混合料的性能，以促進(jìn)混合料的合理應(yīng)用。

1 結(jié)構(gòu)與材料

1.1 橋面結(jié)構(gòu)

匝道混凝土橋面板和橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。一般將15mm厚的高聚合物改性瀝青混合料的地毯式瀝青層粘貼至橋面上，兼具應(yīng)力吸收層的作用[5-6]，經(jīng)過(guò)粘結(jié)固化后，再繼續(xù)鋪筑常規(guī)下面層和上面層。

圖1 匝道混凝土橋面板和橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2 材料

地毯式瀝青混合料粗骨料粒徑包括0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm 5種類型，針片狀小于1.8%，洛杉磯磨耗值10%，還包括石灰石磨礦粉、纖維穩(wěn)定劑、SBS改性瀝青（SBS含量4.5%）或基質(zhì)瀝青、高粘度國(guó)產(chǎn)型添加劑等[7-8]。

1.3 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方案

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的可知，此預(yù)制瀝青層是作為防水層和粘結(jié)層，因此其混合料設(shè)計(jì)的思路是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)以達(dá)到密實(shí)、封水、柔韌的效果，并且由于是預(yù)制，混合料設(shè)計(jì)需另外實(shí)現(xiàn)容納高瀝青用量，達(dá)到常溫下穩(wěn)定卷曲存儲(chǔ)后保證層間不黏結(jié)的目的。為了達(dá)到上述混合料設(shè)計(jì)目標(biāo)，本次專用高韌性復(fù)合改性地毯式瀝青混合料，級(jí)配如圖2所示，最大公稱粒徑選用5mm，專用級(jí)配簡(jiǎn)稱為BLK-5。

圖2 BLK-5高韌性復(fù)合改性地毯式瀝青混合料的級(jí)配

BLK是一種懸浮型密實(shí)級(jí)配，在特殊的結(jié)合料作用下可制備生成高柔性和可彎曲的地毯式BLK-5，最佳瀝青用量預(yù)定為12.0%。結(jié)合料采用特殊的改性瀝青，選用特殊改性劑（Special Modifier，下簡(jiǎn)稱SM）進(jìn)行配比，選用了4 種備選瀝青：（1）70#瀝青+1.5%SM；（2）SBS 改性瀝青＋1.5%SM；（3）70#瀝青＋2.5%SM；（4）SBS改性瀝青＋2.5%SM，將通過(guò)基于表面能的粘結(jié)層粘結(jié)性能試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料配合比方案的優(yōu)選。

2 基于表面能理論的瀝青混合料配合比方案優(yōu)選

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于表面能理論可以定量評(píng)價(jià)瀝青-集料的粘附特性[9]，在掌握原材料的表面能參數(shù)的情況下可以選擇粘附功對(duì)預(yù)制瀝青層與混凝土橋面的粘結(jié)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，以此優(yōu)選性能優(yōu)異的瀝青混合料配合比方案。粘附功表示的是在干燥無(wú)水條件下從瀝青-集料界面分離瀝青所需的能量[10]，因此在本節(jié)的試驗(yàn)中選用了橋面鋪裝用集料和BLK-5的粘結(jié)層所用瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。

首先需要得到表面能的基本參數(shù)，選用SDC-100接觸角測(cè)量?jī)x。在25℃條件下用躺滴法測(cè)量蒸餾水、甘油和甲酰胺三種液體與瀝青的接觸角，并計(jì)算不同特種改性瀝青的表面自由能。專用特種瀝青加熱至190℃，使用接觸角測(cè)量?jī)x將瀝青與干凈、干燥、平整的集料接觸，測(cè)量瀝青與集料的接觸角。25℃條件下測(cè)量蒸餾水與集料的接觸角將成為粘附功計(jì)算的過(guò)程數(shù)據(jù)，由儀器自動(dòng)記錄，數(shù)據(jù)冗長(zhǎng)不在此展示。

2.2 接觸角測(cè)試

接觸角代表測(cè)試液體為蒸餾水、甘油和甲酰胺，具有與瀝青互溶、常溫下性質(zhì)穩(wěn)定、表面自由能參數(shù)相差較大的優(yōu)點(diǎn)[10]，4種備選瀝青與不同液體的接觸角測(cè)量結(jié)果見表1所示。

表1 4種備選瀝青與不同液體的接觸角

2.3 表面能與黏附功的計(jì)算

瀝青的黏聚功計(jì)算公式為[11]：

式中：

ΔWa——瀝青的黏聚功；

定理 2.6 ([0,1], ρπ)是完備度量空間,即([0,1], ρπ)中的Cauchy-列均收斂。

γa——瀝青表面能。

根據(jù)Good-van Oss公式，表面能由色散分量與極性酸堿分量?jī)刹糠纸M成[11]，瀝青表面能計(jì)算公式為：

式中：

Owent-Wendt根據(jù)Fowkes公式結(jié)合Young方程開發(fā)了公式計(jì)算[12]。

瀝青-集料粘附功：

式中：

表2所示為表面能和黏附功計(jì)算結(jié)果。

表2 4種備選瀝青的表面能參數(shù)

2.4 方案選定

從表2可知，選用3號(hào)方案即70#瀝青＋2.5%SM可以獲得最佳的瀝青-集料粘附功。在BLK-5的粘結(jié)層的結(jié)合料設(shè)計(jì)中我們選取此配比。值得一提的是，SBS改性瀝青與SM的融合性存在一定欠缺，不及基質(zhì)瀝青的效果。

3 地毯式瀝青混合料性能檢測(cè)

將70#瀝青＋2.5%SM的瀝青應(yīng)用于地毯式瀝青混合料并進(jìn)行鋪筑，鋪筑層的厚度為1.5cm，須具備常規(guī)瀝青混合料層的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，因此混合料制備完成后，根據(jù)公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行混合料檢測(cè)[5]。檢測(cè)試驗(yàn)得到的結(jié)果如表3所示。

表3 地毯式瀝青混合料性能檢驗(yàn)結(jié)果表

從表3可以看出，選擇最優(yōu)瀝青混合料配合比得到的地毯式瀝青混合料的各項(xiàng)性能均滿足相關(guān)規(guī)范要求，可以用于橋梁面層施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地毯式瀝青混合料采用高模量、高柔韌性地毯BLK-5，最佳瀝青用量為12.0%，可作為混凝土橋面的防水粘結(jié)層和應(yīng)力吸收層；以粘附功對(duì)預(yù)制瀝青層與混凝土橋面的粘結(jié)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，70#瀝青＋2.5%SM成為具有最佳的瀝青-集料粘附功的配比；具有最優(yōu)瀝青混合料配合比的地毯式瀝青混合料的各項(xiàng)性能均滿足相關(guān)規(guī)范要求，粘結(jié)層較普通乳化瀝青或熱瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度有大幅度的提升且技術(shù)具備操作的可行性，適用于現(xiàn)有混凝土橋面板施工。