新型鋼橋面應力吸收層炭黑的添加劑量

李麗娟

（邢臺市公路工程管理處，河北 邢臺054000）

0 引言

由于鋼橋面鋪裝的特殊環境要求，對其鋪裝材料也提出了更高的要求：一方面材料要承受嚴酷的環境溫度變化，另一方面還要具備良好的變形隨從性。采用粘結性、水穩定性良好及能有效減緩混凝土橋梁發生鋼筋銹蝕、凍融破壞等病害的應力吸收層，具有良好的經濟效益和社會效益。本文以改性瀝青為研究對象，通過加入炭黑來提高橋面鋪裝層的使用性能。

1 原材料

炭黑是一種無定形碳。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度、撕裂強度及耐磨耗性，且炭黑的粒徑愈小，其與橡膠的接觸面積就愈大，結合的橡膠就越多，橡膠的強度性能就愈好。因此，松、輕而極細的炭黑粉末，可以用作橡膠的補強劑。本文選用炭黑型號為N220。N220是一種環保型材料，經試驗測定，實測結果符合技術標準的要求。

炭黑不僅可作膠粉的補強劑，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。本文以抗壓回彈模量、錐入度、抗壓強度、馬歇爾穩定度為主要控制指標，研究炭黑的合理添加劑量。

2 試驗方法及數據

2.1 試件成型

實際操作過程中，因混合料的松鋪系數較大，用馬歇爾擊實儀難以完成操作。故而，本文采用40%的改性瀝青與60%炭黑材料組成試驗材料，利用基層成型錘制作馬歇爾試件，并進行相關試驗，最終確定最佳的擊實溫度和擊實次數。

（1）擊實溫度分別取110℃、130℃、150℃、170℃，以雙面擊實75次為基準，進行馬歇爾擊實試驗。試驗結果見表1。

表1 馬歇爾穩定度

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

（2） 分 別 采 用50、60、70、80、90、100、110的擊實次數，進行馬歇爾試驗，測定馬歇爾穩定度的值。試驗結果見表2。

表2 馬歇爾穩定度隨擊實次數變化規律

由表2 可知，當擊實次數為50～100 次時，穩定度隨著擊實次數的增加而增加，90次和100次的馬歇爾穩定度一致，當擊實次數為110次時，馬歇爾穩定度減小。因此，考慮到經濟因素，確定最佳擊實次數為90次。

2.2 炭黑劑量

進行錐入度試驗，確定炭黑劑量。試驗中采用不同的炭黑添加量，進行錐入度試驗，根據上述結果，在最佳擊實溫度150℃、雙面擊實90次的條件下成型試件，錐體質量為127g。試驗結果見表3。

表3 錐入度試驗結果

由表3可知，錐入度隨著炭黑劑量的增加而降低，當炭黑與瀝青的比例為180%時，錐入度為0；當添加比例為230%時，無法成型，馬歇爾試件成散料狀態，試驗不能正常進行。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受力有直接影響，故本試驗按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011)規范的要求，測定不同的炭黑添加劑量對抗壓回彈模量的影響。測定結果見表4。

表4 抗壓回彈模量試驗結果

由表4 可知，當炭黑與瀝青的比例為80%～180%時，抗壓回彈模量隨比例的增加而增加，當比例達到205%時，抗壓回彈模量值下降。

2.4 馬歇爾穩定度

馬歇爾穩定度是評價瀝青混合料強度的最基本也是最重要的指標，根據《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011)規范要求，進行馬歇爾試驗，試驗結果見表5。

表5 馬歇爾穩定度試驗結果

由表5 可知，當炭黑與瀝青的比例為80%～180%時，馬歇爾穩定度隨著炭黑與瀝青的比例的增加而增加，當比例達到205%時，馬歇爾穩定度值下降。因此，炭黑與瀝青的比例為180%時，具有良好的高溫穩定性。

3 結語

本文介紹了炭黑的應用及其基本性質，并根據集料的性能，確定使用炭黑N220 進行試驗。通過錐入度試驗、抗壓回彈模量測定試驗及馬歇爾穩定度試驗，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，瀝青混合料具有良好的穩定度及抗壓回彈模量。

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