高弹性改性沥青的应用技术

柴平

(上海城建日沥特种沥青有限公司，上海市 200231)

高弹性改性沥青的应用技术

柴平

(上海城建日沥特种沥青有限公司，上海市 200231)

高弹性改性沥青为针对钢桥面铺装变形量大，变形活动频繁，行车荷载较大的特点有针对性地开发的改性沥青产品。通过介绍高弹性改性沥青的主要特点，高弹性改性沥青混合料的生产要点以及施工工艺，以期为高弹性改性沥青的生产及施工提供借鉴意义，推动钢桥面铺装材料的发展。

高弹沥青；钢桥面铺装 ；疲劳；重载；施工

0 引言

随着社会的不断发展，车速不断提升，交通流量日益增长，车辆日益大型化，重载超载的比例不断增加以及交通渠化，这对高等级公路主要路面形式——沥青路面提出了更高的要求，如快速、安全、舒适、耐久等。传统的普通沥青混合料已经不能完全满足要求，所以促进了在沥青及沥青混合料中添加各种添加剂对沥青或沥青混合料进行改性研究的发展［1-2］。对于目前越来越广泛使用的沥青路面，如何加强和改善沥青路面的使用品质，延长路面的使用寿命和提高投资效益是各国道路工作者所面临的重要课题。

高弹沥青起源于日本，主要应用于钢桥面铺装。1982年，日本道路工程师发现钢桥面存在网状裂缝，铺装层与桥面板脱空，造成桥面板的锈蚀。桥面板的锈蚀不仅严重影响桥面板的使用寿命，且锈水上翻后会降低铺装层的粘结强度，造成铺装层的迅速损坏。通过对以上病害情况分析总结，日本道路工程师希望能够研发一种变形追从性好，能够适应钢桥面变形量大、变形频繁的需要，同时有具有良好的抗荷载(车辙)性能的铺装材料。基于此日本的相关研究机构通过大量试验，开发出高弹性改性沥青。并在各大钢桥面铺装工程中大量应用，通过实践证明，高弹性改性沥青产品对于解决钢桥面铺装问题具有非常好的效果。

1 高弹沥青的主要特点

高弹沥青是根据钢桥面铺装的特点，有针对性地开发的改性沥青产品，具有较好的变形追从性、抗重载性、抗裂性以及耐疲劳性。下面将通过具体数据对高弹沥青的具体特点进行说明。

1.1 高弹沥青的基本指标

高弹沥青检测指标见表1。

表1 高弹沥青检测指标

从高弹沥青的实测指标可以看出，高弹沥青软化点达到90℃，具有很好的抗高温流动性。高弹沥青5℃延度达到73 cm，说明高弹沥青具有非常优越的低温延展性以及抗拉韧性，不易拉断折断。同时高弹沥青还具有良好的抗老化性能，经过拌合机的拌合，仍能保持较好的性能，有利于在工程项目中将优越性能更好地发挥出来。

1.2 高弹沥青PG分级检测

Superpave是美国SHARP研究计划的成果之一。在该规范中，采用PG分级来评价沥青指标，并创造性地改变以往固定温度进行试验的方法。通过固定规定值，变化温度评价沥青指标。从而检测出不同地区达到相同的性能所能承受的温度极限，其检测指标可以直接与气候分级相对应，通过PG分级结果，可以直观地将当地气候条件与沥青试验结果联系起来，判断沥青是否适用于当地气候。PG分级试验采用动态剪切试验标准值评价沥青的高温性能。要求经旋转薄膜烘箱或薄膜烘箱老化后，其标准值大于2.2 kPa,，老化前原样沥青大于1 kPa。采用低温弯曲梁流变试验评价沥青的低温性能。要求标准值S＜300 MPa，m＞0.3进行沥青的低温分级［3］，见表2、表3。

表2 高弹沥青DSR试验结果

表3 高弹沥青BBR试验结果

通过高弹沥青PG分级试验结果可以看出，高弹沥青高温分级达到90℃,低温分级至少达到-34℃(-24-10=-34)，PG分级结果为PG90-34。高温抗流动性好，低温柔韧性高，能够适应各种气候条件的要求，应用范围非常广。

1.3 高弹沥青高温稳定性介绍

沥青路面的高温稳定性，指的是沥青路面在交通荷载的作用下，抵抗路面永久变形的能力。沥青混凝土作为一种热塑性的材料，在高温条件下抵抗荷载的能力会降低，因此环境温度条件越高，沥青路面抵抗交通荷载的能力越低。习惯上来讲，道路工程中，一般采用高温这种对沥青路面抗荷载最不利的情况，评价沥青路面抗荷载的能力，从而保证沥青路面在其它温度条件下发挥更好的性能。严格地讲,推移、拥包、搓板、泛油均属于高温稳定性不足的范畴，一般出现在高温、重载以及抗剪切能力不足即沥青路面的劲度较低的情况下［4］。钢桥面铺装具有夏季温度高(部分区域能达到70℃以上)，桥面板变形量大的特点，对铺装层的高温稳定性以及抗剪切能力提出更高的要求。高弹沥青高温稳定性检测结果见表4。

表4 高弹沥青高温稳定性评价

采用相同级配进行高弹沥青与SBS改性沥青的60℃车辙试验。通过对比试验结果发现，采用高弹沥青，动稳定度接近普通SBS改性沥青的2倍，能够大幅提高沥青混凝土的高温稳定性，适应钢桥面交通荷载重，剪切变形量大的特点。

1.4 疲劳性能评价

我国道路交通荷载有荷载不断加大，重载超载现象严重的特点。路面在使用期限内，经受行车荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。这种现象在钢桥面铺装过程中，成为明显。钢桥面具有变形量大、变形作用频繁的突出特点，即使行车荷载在路面所能承受的极限荷载范围内，路面也很容易出现疲劳损伤，因此研究钠桥面的疲劳破坏就变得尤为重要，见表5。

表5 疲劳性能对比分析

采用相同级配，在10℃环境中进行四点弯曲梁疲劳试验，对比高弹沥青以及SBSI-D改性沥青疲劳性能。高弹沥青的疲劳寿命接近SBS I-D改性沥青疲劳寿命的4倍，说明采用高弹沥青，可以大幅提高铺装层的疲劳寿命，能够适应钢桥面变形量大，变形活动频繁的特点。

2 高弹沥青混合料的拌和生产

高弹沥青作为一种新型改性沥青，具在拌和与生产过程中，有部分地方区别于SBS I-D改性沥青。高弹沥青混合料的拌和生产，必须在沥青拌和厂(场、站)采用拌和机械拌制。如采用SMA级配，加入纤维的时间必须在每次放下粗集料之后，并宜在放下细集料的同时加入，使纤维和矿料一起干拌。干拌时间比普通沥青混合料延长10～15 s。湿拌时间视具体情况需增加5 s［5］。

沥青混合料出厂时不得超过最高温度。沥青混合料出厂前，须经试验中心委派人员目测并逐车检测温度，合格后填写发料单才能出厂，发现花白料或温度质量不合要求者，按废料处理。应经常观测混合料放料过程中的冒烟情况，如冒浓浓的青烟，需注意检查是否超过了规定温度。高弹性改性沥青混合料拌制时生产、摊铺温度应符合表6的规定。

表6 高弹性改性沥青混合料生产、摊铺温度要求(单位：℃)

3 高弹沥青混合料的运输及摊铺

沥青混合料运输采用载重10 t以上的自卸车运输，运输车辆数量应足够保证施工作业的连续进行。运输车辆先将底盘及车轮清洗干净，防止泥土杂物掉落在铺装施工范围内。

为防止沥青混合料粘于运输车车箱底部，在装料之前，应使用专门的沥青混合料隔离剂在车厢底部均匀涂一薄层，不得有隔离剂集中的现象。运输过程中，加盖帆布保温。运输车辆不得在钢桥面上急转弯及调头，运输车辆必须按指定路线进入施工现场，在钢桥面上行驶速度不超过10 km/h。

4 高弹性改性沥青铺装施工技术要求

高弹性改性沥青与高弹性改性沥青混合料虽然具有很好的性能，但是在施工过程中，没有严格的施工控制，依然无法发挥其突出特点，因此要对高弹性改性沥青混合料的施工过程进行严格控制。在这里，主要针对钢桥面施工过程中需要特点注意的重点问题进行介绍。

4.1 桥面钢板表面处理及防水层施工

钢桥面铺装过程中，钢板表面上的处理以及防水层的施工非常重要。如果处理不到位，不仅会影响铺装层的使用寿命，更为重要的是，钢板的锈蚀，会造成桥梁结构强度的下降。严重的情况下，甚至可能危及钢桥结构的安全。

钢梁运至现场后，沥青面层铺装前，必须重新对钢桥面板进行现场打砂处理，充分去除钢板锈蚀，然后再涂抹防水层以及防水粘结层。

防水粘结层涂布时气温不低于15℃。风速大于4级、有雾、露水、下雨或相对湿度大于90%时以及在大量扬沙天气时不得施工。涂布防水粘结层前作业区内要绝对保持干燥：不得将水源带进作业区；不得在作业区内喝水；严禁吐痰、吸烟。若桥面板不干燥时，应提前1 h，用高压热空气(70℃～80℃)烘干桥面板。应设立专人检查桥面水分，并对发现的水分立即采取处理措施。防水层施工，应按照规定的涂布量均匀涂布。发生涂布不均的情况时，应涂布第二层进行修正，做好均匀完整。

4.2 高弹沥青混合料摊铺

摊铺施工时气温应保证在15℃以上；如气温在15℃～10℃间，须添加温拌剂以利于压实；气温低于10℃时应停止施工。

摊铺机行走速度应尽可能放慢，以便与拌和楼拌和能力相匹配。铺装面层混合料摊铺时，摊铺机行走速度依据拌和能力，一般控制在1.5～2.0 m/min范围，最高不超过3 m/min。摊铺机行走时，禁止摊铺机在所有铺装层面上急转弯和调头。

4.3 高弹沥青混合料的压实

混合料碾压必须紧跟摊铺机碾压，初碾、复碾工作长度约30 m，不得超过50 m。 正常施工时，初压温度不应低于160℃，在160℃～175℃之间。气温较低时，其碾压温度还应比上述控制温度高10℃～15℃，而且初压和复压工序应紧密衔接进行，混合料松铺厚度、压路机组合形式、碾压速度和碾压遍数宜参照试验路情况实施，压实工艺见表7。

表 7 压路机械组合形式、碾压速度、碾压遍数

5 施工实例

采用上述检测的高弹沥青产品以及高弹沥青施工工艺，于2014年7月30日～2014年7月～31日，在上海市某钢桥项目中施工，进行施工，施工完成后，各项指标达到设计要求，见图1。

图1 施工完成后路面状况

2015年2月11日，对该工程进行跟踪回访。通过现场观察以及测量，没有发现任何病害。对交通量最大的行车道进行平整度测量，局部最大值为2 mm，应用状况良好，值得推广使用。

［1］ 邱欣,凌建明.新型改性沥青混合料路用性能评价研究［J］.沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006(6)∶11-15.

［2］ 杨军.聚合物改性沥青［M］.北京∶化学工业出版社,2007.

［3］ JTG E20-2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.

［4］ 王伟.橡胶沥青混合料高温性能研究［D］.上海∶同济大学,2008.

［5］ JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范［S］.

U443.33

B

1009-7716(2015)08-0247-03

2015-04-14

柴平(1968-)，男，上海人，工程师，从事特种沥青材料的研究生产工作。