鋼橋面鋪裝層高彈改性瀝青混合料路用性能研究

王祺　王火明　徐霈

【摘 要】 由于普通瀝青膠結料用于鋼橋面上出現病害較多，本文研究了高彈改性瀝青混合料的路用性能，并與普通改性瀝青進行了對比。通過膠結料試驗可知高彈改性瀝青的5℃延度和25℃針入度與普通改性瀝青相比有大幅提高，其中5℃延度達到80cm，25℃針入度達到9mm，根據混合料試驗可知高彈瀝青混合料與普通改性瀝青混合料相比，路用性能提升較大。

【關鍵詞】 鋼橋面鋪裝；高彈改性瀝青；瀝青混合料；路用性能

【Abstract】 There are more diseases as common asphalt binder material used in the bridge deck， in this paper， the road performance of high elastic modified asphalt mixture is studied and compared with that of common modified asphalt. The cementing material test shows that 5℃ ductility and 25℃ penetration of high elastic modified asphalt increase dramatically compared with common modified asphalt， 5℃ ductility reached 80cm and 25℃ penetration reached 9mm. According to the mixture test shows that the road performance of high elastic modified asphalt mixture improve a lot compared with common modified asphalt mixture.

【Key words】 Steel deck pavement；High elastic modified asphalt；Asphalt mixture；Road performance

1. 引言

最早應用于正交異性板鋼橋面鋪裝的是普通的密級配瀝青混凝土，由于使用條件嚴酷，特別是隨著交通荷載的增加，產生了大量的早期破壞，主要破壞形式為車轍、縱橫向開裂、推擁、脫層、坑槽等[1]。為進一步提高鋼橋面鋪裝性能，本文著重研究高彈改性瀝青膠結料并以SMA10級配為基礎研究鋼橋面瀝青混凝土。

2. 瀝青結合料性能研究

在鋼橋面鋪裝SMA結構中，結合橋面鋪裝出現的病害，提出SMA用瀝青的性能要求，要求瀝青混合料在具有較高的高溫穩(wěn)定性的同時，在常溫時具有良好的抗疲勞性能，低溫時具有較高的柔韌性和延性[2]。

2.1 膠結料基礎性能試驗。

（1）目前，普通改性瀝青由于低溫延度偏低，25℃針入度也偏低，所以很難滿足鋼橋面對改性瀝青SMA低溫性能和疲勞性能的要求。表1是一組高彈改性瀝青（摻入幾種全新材料改性）與普通改性瀝青（摻入SBS改性）的指標性能對比。

（2）從表1對比結果可以明顯看出，高彈改性瀝青的針入度和延度比普通改性瀝青提高很大；旋轉粘度和離析試驗結果都比較有利于施工；薄膜烘箱老化試驗結果也比較穩(wěn)定。

2.2 SHRP膠結料分級試驗。

（1）當前，現行的針入度分級體系和粘度分級體系存在一些局限性，如針入度和延度試驗是經驗性的，不能直接與HMA路面性能關聯(lián)；在一個溫度下（如25℃的針入度或60℃的粘度）沒有考慮工程現場或地理區(qū)域不同的氣候條件；沒有考慮低溫下對控制溫縮開裂的瀝青勁度限制；只考慮了瀝青的短期老化，并沒有考慮瀝青在使用過程中的長期老化等[3]。因此，對兩種改性瀝青進行了SHRP的PG分級試驗。在PG分級體系中，用路面最高設計溫度下的車轍因子表征瀝青的高溫性能，用最低路面設計溫度下的勁度和勁度隨變形的變化速率表征瀝青的低溫性能，用疲勞溫度下的疲勞因子表征瀝青的抗疲勞性能，用旋轉薄膜烘箱試驗和壓力老化罐試驗分別表征瀝青的短期老化和長期老化性能。PG分級體系的試驗結果見表2。

（2）據上述測試結果，改性瀝青按SHRP規(guī)范分級如下：普通改性瀝青為PG82-22等級，高彈改性瀝青為PG76-34等級。從SHRP分級結果看雖然高彈瀝青的高溫分級降低了一個等級，但是PAV殘留瀝青低溫分級性能有很大提高，低溫使用溫度區(qū)間降低12℃，另外從PAV殘留瀝青車轍因子G*sinδ結果可知，高彈改性瀝青的疲勞性能有很大提高。

3. 混合料性能試驗研究

為了確保改性瀝青SMA10的性能能夠完全適應橋面鋪裝的使用要求，對高彈體改性瀝青（簡稱“GT瀝青”）與SK普通改性瀝青（簡稱“SK瀝青）進行混合料的性能對比試驗研究。

3.1 級配構成及最佳油石比的確定。

根據級配設計理論和礦料的篩分結果，確定的SMA10的級配組成見表3，級配曲線見圖1。按照馬歇爾試驗試驗結果，確定改性瀝青SMA10的最佳油石比為6.4%（摻加0.2%聚酯纖維）。

3.2 瀝青混合料性能試驗。

3.2.1 馬歇爾試驗。

（1）按照《瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 052-2000）中的試驗方法，成型馬歇爾試件，測試其各項體積參數，見表4。

（2）從馬歇爾試驗的基本體積參數來看，兩種瀝青基本性能相差不大。

3.2.2 車轍試驗。

（1）兩種改性瀝青不同溫度的車轍試驗結果見表5。

（2）兩種瀝青的車轍試驗結果來知，SK瀝青高溫抗車轍性能要優(yōu)于GT瀝青，但是兩種改性瀝青都能夠滿足70℃動穩(wěn)定度大于2500次/mm的設計指標。

3.2.3 低溫彎曲試驗。

（1）瀝青混凝土的低溫彎曲試驗主要是評價混合料在低溫時抵抗變形的能力。在日本的《鋪裝試驗法便覽》中所提到的低溫彎曲試驗設備和方法與我國《瀝青混合料試驗規(guī)程》的“瀝青混合料彎曲試驗”基本一致，只是在試件尺寸上不同，在日本該試驗所用試件的尺寸為300mm×100mm×50mm，而我國規(guī)定尺寸大小為250mm×30mm×35mm[4]。在本試驗研究中采用日本的試件尺寸，進行-10℃的低溫彎曲試驗。

（2）兩種改性瀝青-10℃的低溫彎曲試驗結果見表6。

（3）從低溫彎曲性能或隨從變性能力來看，GT瀝青要明顯優(yōu)于SK瀝青，特別是低溫應變，遠高于SK瀝青。

3.2.4 疲勞試驗。

（1）疲勞特性，即瀝青混凝土橋面鋪裝在反復荷載作用下抵抗破壞的能力。隨著公路交通量日益增長，汽車軸重不斷增大，汽車對橋面鋪裝的破壞作用越來越明顯。橋面鋪裝使用期間，在氣溫環(huán)境影響下經受車輪荷載的反復作用，長期處于應力應變交迭變化狀態(tài)，致使橋面鋪裝結構強度逐漸下降。當應力或應變超過橋面鋪裝的疲勞極限時，橋面鋪裝不足以抵抗車輪荷載而引起開裂破壞，即產生疲勞破壞。

（2）采用GT和SK兩種改性瀝青成型SMA試件，按要求切割成滿足試驗要求尺寸（50mm×63mm×380mm）的梁式試件。對兩種改性瀝青SMA10混合料進行了兩種微應變情況下的疲勞研究，結果見表7。

（3）從表7可以看出，在其他工況相同的情況下，高彈改性瀝青SMA10的勁度模量明顯要小于普通改性瀝青SMA的勁度模量，這意味著高彈改性瀝青在疲勞發(fā)生的溫度范圍內剛度比較小，因此變形能力相應會比較大，從而有比較高的疲勞壽命。在兩種微應變情況下，高彈改性瀝青SMA10的疲勞壽命都明顯高于普通改性瀝青SMA10的疲勞壽命。高彈瀝青混合料的疲勞壽命比普通瀝青混合料的高出20倍左右，疲勞壽命顯著提高。

4. 結論

（1）根據膠結料性能試驗可以得出，高彈改性瀝青的5℃延度和25℃針入度與普通改性瀝青相比，有大幅提高，5℃延度達到800mm，25℃針入度達到90，PG分級達到PG76-34。

（2）根據瀝青混合料路用性能試驗結果可知，高彈改性瀝青混合料在保證高溫穩(wěn)定性的基礎上，低溫變形能力和抗疲勞開裂能力與普通改性瀝青混合料比有了很大的提高，-10℃低溫應變大于10000με，疲勞開裂性能是普通混合料的20倍左右，1000με的疲勞壽命達到190萬次。

（3）綜上所述，使用高彈改性瀝青混合料鋪筑鋼橋面的路用性能優(yōu)于普通改性瀝青混合料。

參考文獻

[1] 王祺.混泥土橋面瀝青鋪裝層病害分析及處治[J]. 中外公路，2006（3）：45～46.

[2] 薛昕，王民.澆筑式瀝青混凝土再橋面鋪裝中的應用與發(fā)展現狀[J]. 公路交通技術，2011（5）：98～103.

[3] 重慶交通科研設計院.采用改性瀝青鋪筑高性能瀝青路面（Superpave）應用技術研究[R]，2004：53～54.

[4] 郝增恒.高彈改性瀝青再大跨徑鋼橋面面鋪裝中的應用研究[J]. 公路交通科技，2009，26（4）：22～25.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-18-628

[作者簡介] 王祺（1973-），男，籍貫：四川蒼溪人，學歷：碩士研究生，職稱：高級工程師，從事瀝青路面研究工作。