魯南新型多組分改性瀝青密封膠性能研究

常 晟

(浙江理工大學(xué)，浙江 杭州 310016)

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，已建成瀝青路面受到超、重載車輛的循環(huán)荷載作用及周圍環(huán)境的影響，出現(xiàn)不同程度的損害，其中，瀝青道路就極易出現(xiàn)裂縫。裂縫會使道路在整體結(jié)構(gòu)上失去穩(wěn)定性及完整性，并且會影響行車者的駕駛體驗(yàn)及駕駛安全。此外，路面裂縫的存在會引起道路結(jié)構(gòu)凍脹、腐蝕、剝落等問題，大大降低道路的有效使用壽命。因此，及時高效地修補(bǔ)裂縫是維護(hù)道路正常運(yùn)營的重要環(huán)節(jié)。

本試驗(yàn)旨在針對魯南地區(qū)的時候環(huán)境設(shè)計一種綜合性能優(yōu)良的密封膠有效的減小裂縫，并研究各材料組分對各項路用性能的影響，為國內(nèi)密封膠的設(shè)計研究提供科學(xué)的依據(jù)及方法。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 主要原材

試驗(yàn)主要選取5種材料作為原材，其中：

A組分：SBS I-D型改性瀝青(通過JTG E20—2011公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程測得材料參數(shù)見表1)；B組分：40目膠粉(材料參數(shù)見表2)；C組分：增塑劑；D組分：增粘劑；E組分：礦粉添加物。各組分的基本性能如表1，表2所示。

表1 SBS I-D型改性瀝青檢測參數(shù)

表2 40目膠粉檢測參數(shù)

1.2 密封膠制備方法

B，C，D，E組分依次在一定溫度下加入A組分中剪切特定時間，再在特定溫度下發(fā)育制備而成。

1.3 性能測試方法

通過正交試驗(yàn)研究各材料組分對密封膠各項路用性能的影響，其中密封膠的軟化點(diǎn)、錐入度、流動度、彈性恢復(fù)率及5 ℃延度均按照J(rèn)TG E20—2011公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行測試。

2 方差分析

2.1 密封膠配比正交試驗(yàn)

文章利用正交試驗(yàn)法，以膠粉、增塑劑、增粘劑及礦物添加物為4個考察因素，采用L25(45)進(jìn)行正交試驗(yàn)，進(jìn)行各組分影響性研究及配合比設(shè)計，正交因素水平表見表3。

2.2 各組分顯著性及敏感性分析

文章利用方差分析法進(jìn)行正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，通過計算出的F值分析各組分對各性能影響的顯著性，由F分布臨界值表中可以查出該模型的臨界F值為2.87(α取0.05)，通過Ⅲ型平方和表征各組分對各項路用性能影響的敏感性，其結(jié)果如表4～表6所示。

表3 各因素水平確定 %

表4 主體間效應(yīng)檢驗(yàn)表

表5 顯著性分析表

表6 敏感性分析表

由表5可以看出膠粉對軟化點(diǎn)，錐入度，流動度，彈性恢復(fù)及延度影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計學(xué)意義，增塑劑對軟化點(diǎn)，錐入度，流動度及延度影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計學(xué)意義，增塑劑對彈性恢復(fù)的影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不具有統(tǒng)計學(xué)意義，增粘劑和礦粉對軟化點(diǎn)，錐入度，流動度，彈性恢復(fù)及延度影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都不具有統(tǒng)計學(xué)意義，故不對增粘劑及礦物添加物進(jìn)行路用性能分析。

3 均值分析

3.1 參數(shù)指標(biāo)

規(guī)范JTG E20—2011公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中普通型灌封膠需滿足性能要求見表7。

表7 普通型灌封膠規(guī)范指標(biāo)

3.2 B組分對路用性影響

B組分對各項路用性能的影響如圖1所示。

由于B組分對流動度及彈性恢復(fù)率的影響相比其他組分更大，因此對比圖1中這兩項指標(biāo)可以看出，B組分摻量在20%以下時指標(biāo)中有部分不能達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求，故不采用；隨著B組分摻量的增加，軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)率會相應(yīng)提高，其余指標(biāo)則會有所下降；B組分對彈性恢復(fù)率的影響十分明顯，在10%～30%的摻量范圍內(nèi)，彈性恢復(fù)率極大值比極小值高了100%；B組分摻量為30%時軟化點(diǎn)達(dá)到了92℃，比摻量為10%上升了20%，考慮到實(shí)際應(yīng)用中過高的軟化點(diǎn)會增加能源的浪費(fèi)故不使用最高的B組分比例；B組分摻量為30%比例時比摻量為10%比例時5 ℃延度下降了16%，但均在200以上，均能滿足魯南地區(qū)低溫對修補(bǔ)裂縫的影響。

3.3 C組分對路用性能的影響

C組分對各項路用性能的影響如圖2所示。

由于C組分對軟化點(diǎn)，錐入度及5 ℃延度的影響相比其他組分更為敏感，故對比圖2可以看出在大于6%的C組分摻量時，這3項指標(biāo)中部分不能滿足規(guī)范規(guī)定；隨著C組分摻量的增加，軟化點(diǎn)會降低，而錐入度、流動度及5 ℃延度會有所提高，C組分摻量對彈性恢復(fù)率基本不產(chǎn)生影響；C組分摻量對5 ℃延度的影響十分大，在10%摻量時對比1%摻量提高了近一倍，達(dá)到330 mm，說明C組分對裂縫低溫擴(kuò)展裂縫時密封膠的延展性能有很大的影響；考慮魯南地區(qū)夏季溫度較高，故在C組分的添加比例上不易高于5%；C組分摻量過多會導(dǎo)致密封膠變軟，降低抵抗異物嵌入的能力。

4 結(jié)語

1)膠粉及增塑劑對新型密封膠多項路用性能影響顯著，增粘劑及礦物添加物對各項路用性能影響均不顯著。2)試驗(yàn)綜合各組分對路用性能的影響，得出最佳配比為：B組分(膠粉)25%，C組分(增塑劑)5%，D組分(增粘劑)不添加，E組分(礦粉)10%，其余為A組分。3)B組分對密封膠施工性及變形恢復(fù)能力影響明顯，C組分對密封膠高低溫性能及抗異物強(qiáng)能力影響明顯，可根據(jù)不同地方的環(huán)境特點(diǎn)對兩種組分進(jìn)行適量的調(diào)整，E組分由于對路用性能影響不顯著，但由于其成本較低可在試驗(yàn)的范圍內(nèi)增加用量來降低材料的綜合成本。