考虑原材料指标的浇注式沥青胶浆及混合料性能试验研究

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作为交通网的咽喉要道,大跨径钢桥承受的交通荷载极重,高效导热以及储热效应使得桥面铺装层与普通沥青路面相比,温度环境更为苛刻。浇注式沥青混合料密水性高、随从变形能力强,逐渐发展为我国大跨径钢梁桥面的主流铺装材料。已有研究表明,浇注式沥青混合料用于钢桥面铺装时60℃车辙动稳定度通常小于1000次/mm,仅是钢桥面铺装其它沥青混合料(改性沥青SMA/AC)的10%,高温稳定性“非常差”,行业对其高温抗重载能力一直存在顾虑。这主要源于该材料为悬浮密实结构,沥青含量及矿粉含量非常高,对车辙动稳定度的测试结果影响非常大。同时,所采用特殊沥青结合料和粉胶比对混合料的施工流动性及其他性能均有较大影响。因此,沥青结合料、矿粉及其组成的沥青胶浆性能成为决定混合料性能水平的关键因素。本文以沥青胶浆为研究对象,分析组成胶浆的原材料指标对其高温性能的影响,同时辅以混合料进行验证来建立两者之间的相关性。主要研究如下:
  (1)根据现行行业规范及工程应用情况,选择浇注式沥青混合料常用的聚合物复合改性沥青、湖沥青复合改性沥青和硬质复合改性沥青三种沥青结合料,通过室内改性方法制备不同性能指标水平的改性沥青。在对其主要性能评价指标分析的基础上,选择软化点、针入度和黏度三项指标作为关键指标,并对其基本性能进行对比分析。选择不同类型的六种矿粉,在对其基本指标和测试方法分析的基础上,从物理、化学性质两方面提出比表面积、细度D50、塑性指数以及SiO2含量四项关键指标并进行对比分析。
  (2)通过沥青胶浆制备工艺和测试方法分析,采用动态剪切流变试验(DSR)和布氏旋转黏度试验,对3类沥青结合料、13项性能水平、6种矿粉形成的沥青胶浆进行关键性能测试。基于灰色关联法和随机森林法确定原材料关键指标的影响程度,并建立沥青胶浆性能的高温稳定性评价模型。根据所建立的评价模型,分析沥青结合料的软化点、针入度、黏度与沥青胶浆车辙因子G*/sinδ和黏度η′之间的关系;同理分析矿粉的比表面积、细度D50、塑性指数、SiO2含量与沥青胶浆车辙因子G*/sinδ和黏度η′之间的关系,再综合沥青结合料和矿粉指标,通过遗传算法计算沥青胶浆高温性能最优下沥青和矿粉关键指标的最佳组合方式。
  (3)根据沥青胶浆的性能设计目标,选取典型的沥青及结合料组成型式,制备浇注式沥青混合料,进行贯入度及增量等试验评价测试,分析浇注式沥青混合料高温性能指标与原材料之间的相关性。基于此,针对不同类型原材料,制定沥青结合料与矿粉的组成型式及关键性能质保设计要求。
  研究结果,沥青结合料的软化点、针入度、黏度以及矿粉的比表面积、细度D50、塑性指数、SiO2含量对沥青胶浆高温性能影响较大,通过沥青胶浆的性能水平分析,可以建立混合料与原材料指标之间的关系,这对指导浇注式沥青混合料性能提升设计,保障钢桥面铺装工程质量目标具有重要意义。
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