橡膠瀝青灌封膠評價指標研究

董曉進 黃輝 徐浩

中圖分類號:U416.28U416.2 文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-167-02

摘要:機場瀝青跑道用灌封膠形式多樣,規范不盡相同,本文通過對科來福和西爾瑪熱補橡膠瀝青填縫膠的稠度、流動值以及彈性恢復率試驗,對比了最新的行業標準《路面橡膠瀝青填縫膠》與原有技術指標要求的差異,評價了新舊規范的優點與不足,并提出一些建議。

關鍵詞:橡膠瀝青;灌封膠;評價指標

我國機場瀝青跑道由于多采用“白+黑”復合道面結構,反射裂縫現象比較普遍,很容易引發一系列其他形式的道面損壞現象,將填縫料添加入裂縫中可以有效的彌補這一不足,為此大量的填縫技術隨之產生。道面填縫技術種類繁多,適用范圍與技術要求各異,目前機場方面尚缺乏明確的技術要求與材料測試標準。

在這樣的背景下,本論文選取了目前在國內被廣泛使用的兩種加熱式橡膠瀝青填縫膠進行大量的試驗,在對兩種材料的性能測試評估的同時,主要對目前國內評價熱補橡膠瀝青填縫膠的標準進行初步的探討。

國內還沒有針對機場瀝青路面填縫膠的評價方法,部分民航機場在選用填縫材料時主要采用交通部標準(JT/T203-95公路水泥混凝土路面接縫材料[S])(以下簡稱“舊規范”)作為控制依據。

一、試驗材料和新舊指標的對比

研究所用灌封膠一種是西爾瑪公司提供的CrackMaster 3405 Hot Pour Crack Sealant(下文稱1#),另一種是由科來福泰(CRAFCO)公司提供的CRAFCO Hot-applied Modified Asphalt Sealant For Pavemenr Cracks And Joints(下文稱2#),研究僅對評價方法研究,不對兩種材料性能作對比。

舊規范中對加熱施工式填縫膠,主要是聚氯乙烯膠泥、瀝青橡膠類和瀝青瑪蹄脂等提出的技術要求表1所示。

表1 加熱施工式填縫膠的技術要求

2009年交通部公路科學研究院提出中華人民共和國交通行業標準《路面橡膠瀝青填縫膠》(以下簡稱為“新標準”),在原有技術要求的基礎之上重新規定了路面用橡膠瀝青填縫膠的技術要求、試驗方法、檢驗規則及標志、包裝、運輸和貯存,適用于路面所用的橡膠類改性瀝青填縫材料,對低溫拉伸、錐入度、軟化點、流動值以及彈性恢復率都有了較新的評判標準。具體要求見表2。本文針對上述指標展開試驗并加以評價。

表2 新標準中填縫膠的技術要求

二、稠度測定

通常我們知道,瀝青稠度可以用針入度評價。瀝青的針入度越大,說明瀝青粘稠度越小,瀝青就越軟。按照GB/T4509-1998《瀝青針入度測定法》(即舊規范)對兩種灌封膠進行測試,結果見表3的左邊一欄。按照《瀝青針入度測定法》規定的精密度,即三次測定的針入度值相差不應大于4mm,并且同一操作者同一樣品利用同一臺儀器測得的兩次結果不超過平均值的4%,由結果可知針入度數據并不符合舊規范要求。

由于橡膠瀝青灌封膠不像普通瀝青那么均勻,因此沿用傳統的針入度測試不能夠很好地表現出瀝青的稠度。新標準把標準針換成了標準錐進行試驗,以期更準確地反映其稠度。表3展示了兩種灌封膠的試驗結果:

表3 針入度實測數據

試結果錐入度的波動性較針入度大大縮小。另外兩種填縫膠在加入的各種添加劑的過程中存在溶脹不均現象存在,用標準針測量時由于針尖極細導致結果沒有代表性。改用標準錐之后,錐尖與填縫膠接觸面積顯著增大,入錐時引起填縫膠的擠壓體積更大,填縫膠均勻程度的影響大大減小,錐入度是新標準中一項重要的進步。

三、流動性測定

關于灌封膠的流動性,舊規范采用了軟化點作為其測評方法。軟化點可以在一定程度上反映瀝青材料的高溫性能,按照JTJ-052中的T0606瀝青軟化點試驗要求,兩種灌封膠的軟化點如表4。

表4 軟化點實測數據

同時,根據新標準試驗方法要求進行流動性試驗,試驗方法如下所述:

1.如圖1,在鍍錫板上并排放上三個模框,模內側面涂一層甘油滑石粉隔離劑。將加熱至灌入溫度的填縫膠分別灌入三個模框內,在室溫中冷卻至少0.5h; 2.用熱刮刀刮除高于試模的填縫膠,使填縫膠面與試模面齊平。然后在室溫中冷卻至少2h后,拆下模框,制成三個60mm×40mm×3.2mm試件; 3.將鍍錫板連同試件放在三角架上,置入60℃±1℃的烘箱內保持5h,取出試件,測量各試件的長度(精確至0.1mm),減去原來的長度,其差值即為流動值,單位為毫米(mm)。

經過5h烘烤之后,兩種填縫膠均沒有發生流動現象,完全符合新標準的規定。

1-填縫膠 2-鍍錫板 3-三腳架

圖1 流動試驗示意圖

在檢驗材料的高溫流動性來評價材料的高溫性能。但是究其本質和軟化點試驗區別不大。事實上筆者也選擇了其他橡膠瀝青進行試驗,結果也是零流動。橡膠瀝青因為有橡膠和其他材料的加入,軟化點大都提高到80℃以上,如果材料應用于機場跑道,那么對材料的高溫性能要求更主要的是短期耐高溫能力這樣的條件下選用60℃的溫度進行試驗顯然不甚合理。

四、彈性恢復測定

機場道面密封材料的彈性恢復特性對道面防水密封效果具有重要影響,如果道面接縫防水密封失效,通常會造成道面混凝土碎裂、道面板拱起和唧泥等病害,這些病害直接影響了機場道面的正常使用。密封膠的彈性恢復性能是決定密封膠適應接縫位移而不產生粘結或內聚破壞的一種非常重要的性能。

目前國內常見的測定方法是舊規范中的T0662-2000,采用修改過的延度試驗模具,條件為25℃,5cm/min±0.25cm/min速度。筆者根據此法對兩種試驗材料進行了彈性恢復性能試驗。彈性恢復結果根據式(1)計算。

(1)

式中:D—試樣的彈性恢復率(%),

X—試樣的殘留長度,

兩種灌封膠的彈性回復率分別為90%和93.5%,結果都遠遠滿足規范要求,然而在實際使用過程中兩種灌封膠卻出現許多粘結力不足等問題,這說明T0662-2000的測定方法存在缺陷,經過反復比對與研究,筆者提出根據新規范貫入球法進行彈性恢復對比。

新規范采用貫入球法評價橡膠瀝青灌封膠的彈性恢復性能,貫入球尺寸及形狀如圖2所示。

圖2貫入球尺寸及形狀

試驗方法: 1.按錐入度試驗的試驗步驟制備試件和調整針入度儀,從恒溫為25±0.5℃水槽中取出已達到恒溫的盛樣皿,吹干試件表面,放在平底玻璃皿中的三腳支架上,玻璃皿中不應盛水; 2.在貫入球的鋼球上涂上一層甘油滑石粉隔離劑,慢慢放下貫入球連桿,用適當位置的反光鏡或燈光反射觀察,使貫入球剛好與試件表面接觸。用撳鈕固定連桿,拉下齒桿與連桿頂端接觸,調節刻度盤指針至零; 3.用手緊壓撳鈕,同時啟動秒表,使貫入球自由落下,貫入球貫入時間為5s時,停壓撳鈕,使貫入球連桿固定,拉下齒桿與連桿端接觸,讀刻度盤指針讀數,記為貫入量P(0.1mm); 4.左手緊壓撳鈕,同時右手壓連桿,使貫入球在10s內勻速壓入填縫膠中10mm,拉下齒桿,此時總貫入量為P+100(0.1mm)。固定貫入球5s,將齒桿上推。再按壓撳鈕并保持貫入球在試件表面,使試件回彈20s后,停壓撳鈕,拉下齒桿,記錄刻盤指針讀數F(0.1mm)。

試驗過程示意圖見圖3所示。

圖3 彈性試驗過程示意圖

試驗結果按式2計算:

(2)

式中: r——彈性恢復率 (%)。

結果見表5:

表5 彈性恢復實測數據及計算

試驗表明,兩種填縫膠雖然能夠符合新標準的規定,并且回彈性能相差不大,但不至于會像T0662-2000方法那樣超出規范很多,給使用者一種材料極為優異的假象。

本試驗采用了貫入球這種新方式進行操作,但是在實際操作中不可避免地會面臨一些問題。由于整個試驗的過程都是靠試驗人員手動控制,所以在時間的把握,貫入的速度上將會出現很大的誤差。玻璃皿和三腳架在試驗中并不具備實際意義,事實上對于操作反而是一種妨礙因素。當貫入球貫入之后回彈20S的回彈時間也值得商榷,因為繼續回彈1h后r可高達80以上。應該說采用貫入球測定填縫膠的彈性恢復率,在試驗儀器和操作等方面還迫切需要改進。但本文仍推薦采用新規范的貫入球法進行彈性恢復測定。

五、結論

本文通過對機場道面用橡膠瀝青灌封膠的稠度,流動性和彈性恢復三個方面新舊規范中不同試驗要求和指標進行了大量的試驗,并以常見的兩種灌封膠為依托,對比了新舊規范中關于這三個指標的控制的合理性,并提出了建議,結論如下:

(1)關于稠度,舊規范使用針入度,新規范使用錐入度,試驗表明,錐入度更符合實際情況,更能合理的全面的反應灌封膠的稠度;

(2)關于流動性,舊規范使用了軟化點,新規范使用了斜75°鍍錫板流動性試驗,試驗表明兩種試驗差別不大,由于現在大多改性瀝青軟化點都能達到80℃,新規范中對于60℃的溫度限制不甚合理;

(3)關于彈性回復率,舊規范使用的是修正的延度試驗,新規范采用的是一種貫入球試驗,通過對比,新規范的貫入球更為合理全面,只是操作過程對于試驗人員的要求更高,以及貫入球的回彈時間尚值得商榷。

參考文獻

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