新型鋼橋面應(yīng)力吸收層炭黑的添加劑量

李麗娟

（邢臺(tái)市公路工程管理處，河北 邢臺(tái)054000）

0 引言

由于鋼橋面鋪裝的特殊環(huán)境要求，對(duì)其鋪裝材料也提出了更高的要求：一方面材料要承受?chē)?yán)酷的環(huán)境溫度變化，另一方面還要具備良好的變形隨從性。采用粘結(jié)性、水穩(wěn)定性良好及能有效減緩混凝土橋梁發(fā)生鋼筋銹蝕、凍融破壞等病害的應(yīng)力吸收層，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文以改性瀝青為研究對(duì)象，通過(guò)加入炭黑來(lái)提高橋面鋪裝層的使用性能。

1 原材料

炭黑是一種無(wú)定形碳。炭黑顆粒一般是1～2mm 的粒狀黑色粉末，主要由碳元素組成。由于其可以提高橡膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐磨耗性，且炭黑的粒徑愈小，其與橡膠的接觸面積就愈大，結(jié)合的橡膠就越多，橡膠的強(qiáng)度性能就愈好。因此，松、輕而極細(xì)的炭黑粉末，可以用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑。本文選用炭黑型號(hào)為N220。N220是一種環(huán)保型材料，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，實(shí)測(cè)結(jié)果符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

炭黑不僅可作膠粉的補(bǔ)強(qiáng)劑，也可起到骨架作用。炭黑作為一種改性劑加入瀝青中，可改善瀝青混合料的性質(zhì)。本文以抗壓回彈模量、錐入度、抗壓強(qiáng)度、馬歇爾穩(wěn)定度為主要控制指標(biāo)，研究炭黑的合理添加劑量。

2 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)

2.1 試件成型

實(shí)際操作過(guò)程中，因混合料的松鋪系數(shù)較大，用馬歇爾擊實(shí)儀難以完成操作。故而，本文采用40%的改性瀝青與60%炭黑材料組成試驗(yàn)材料，利用基層成型錘制作馬歇爾試件，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，最終確定最佳的擊實(shí)溫度和擊實(shí)次數(shù)。

（1）擊實(shí)溫度分別取110℃、130℃、150℃、170℃，以雙面擊實(shí)75次為基準(zhǔn)，進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 馬歇爾穩(wěn)定度

由表1 可知，當(dāng)溫度在110～150℃時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度隨著溫度的升高而不斷增加，但到170℃時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度減小，故確定150℃為最佳擊實(shí)溫度。

（2） 分 別 采 用50、60、70、80、90、100、110的擊實(shí)次數(shù)，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定馬歇爾穩(wěn)定度的值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 馬歇爾穩(wěn)定度隨擊實(shí)次數(shù)變化規(guī)律

由表2 可知，當(dāng)擊實(shí)次數(shù)為50～100 次時(shí)，穩(wěn)定度隨著擊實(shí)次數(shù)的增加而增加，90次和100次的馬歇爾穩(wěn)定度一致，當(dāng)擊實(shí)次數(shù)為110次時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度減小。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，確定最佳擊實(shí)次數(shù)為90次。

2.2 炭黑劑量

進(jìn)行錐入度試驗(yàn)，確定炭黑劑量。試驗(yàn)中采用不同的炭黑添加量，進(jìn)行錐入度試驗(yàn)，根據(jù)上述結(jié)果，在最佳擊實(shí)溫度150℃、雙面擊實(shí)90次的條件下成型試件，錐體質(zhì)量為127g。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 錐入度試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，錐入度隨著炭黑劑量的增加而降低，當(dāng)炭黑與瀝青的比例為180%時(shí)，錐入度為0；當(dāng)添加比例為230%時(shí)，無(wú)法成型，馬歇爾試件成散料狀態(tài)，試驗(yàn)不能正常進(jìn)行。因此，確定炭黑的最佳的添加量為180%。

2.3 抗壓回彈模量

在鋼橋面鋪裝中，鋪裝層的抗壓回彈模量對(duì)受力有直接影響，故本試驗(yàn)按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011)規(guī)范的要求，測(cè)定不同的炭黑添加劑量對(duì)抗壓回彈模量的影響。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

由表4 可知，當(dāng)炭黑與瀝青的比例為80%～180%時(shí)，抗壓回彈模量隨比例的增加而增加，當(dāng)比例達(dá)到205%時(shí)，抗壓回彈模量值下降。

2.4 馬歇爾穩(wěn)定度

馬歇爾穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)瀝青混合料強(qiáng)度的最基本也是最重要的指標(biāo)，根據(jù)《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011)規(guī)范要求，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由表5 可知，當(dāng)炭黑與瀝青的比例為80%～180%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度隨著炭黑與瀝青的比例的增加而增加，當(dāng)比例達(dá)到205%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度值下降。因此，炭黑與瀝青的比例為180%時(shí)，具有良好的高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了炭黑的應(yīng)用及其基本性質(zhì)，并根據(jù)集料的性能，確定使用炭黑N220 進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)錐入度試驗(yàn)、抗壓回彈模量測(cè)定試驗(yàn)及馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，最終確定炭黑的最佳劑量為180%，即在瀝青混合料中炭黑與瀝青的比例為180%時(shí)，瀝青混合料具有良好的穩(wěn)定度及抗壓回彈模量。

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