钢桥面铺装层高弹改性沥青混合料路用性能研究

王祺　王火明　徐霈

【摘 要】 由于普通沥青胶结料用于钢桥面上出现病害较多，本文研究了高弹改性沥青混合料的路用性能，并与普通改性沥青进行了对比。通过胶结料试验可知高弹改性沥青的5℃延度和25℃针入度与普通改性沥青相比有大幅提高，其中5℃延度达到80cm，25℃针入度达到9mm，根据混合料试验可知高弹沥青混合料与普通改性沥青混合料相比，路用性能提升较大。

【关键词】 钢桥面铺装；高弹改性沥青；沥青混合料；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

最早应用于正交异性板钢桥面铺装的是普通的密级配沥青混凝土，由于使用条件严酷，特别是随着交通荷载的增加，产生了大量的早期破坏，主要破坏形式为车辙、纵横向开裂、推拥、脱层、坑槽等[1]。为进一步提高钢桥面铺装性能，本文着重研究高弹改性沥青胶结料并以SMA10级配为基础研究钢桥面沥青混凝土。

2. 沥青结合料性能研究

在钢桥面铺装SMA结构中，结合桥面铺装出现的病害，提出SMA用沥青的性能要求，要求沥青混合料在具有较高的高温稳定性的同时，在常温时具有良好的抗疲劳性能，低温时具有较高的柔韧性和延性[2]。

2.1 胶结料基础性能试验。

（1）目前，普通改性沥青由于低温延度偏低，25℃针入度也偏低，所以很难满足钢桥面对改性沥青SMA低温性能和疲劳性能的要求。表1是一组高弹改性沥青（掺入几种全新材料改性）与普通改性沥青（掺入SBS改性）的指标性能对比。

（2）从表1对比结果可以明显看出，高弹改性沥青的针入度和延度比普通改性沥青提高很大；旋转粘度和离析试验结果都比较有利于施工；薄膜烘箱老化试验结果也比较稳定。

2.2 SHRP胶结料分级试验。

（1）当前，现行的针入度分级体系和粘度分级体系存在一些局限性，如针入度和延度试验是经验性的，不能直接与HMA路面性能关联；在一个温度下（如25℃的针入度或60℃的粘度）没有考虑工程现场或地理区域不同的气候条件；没有考虑低温下对控制温缩开裂的沥青劲度限制；只考虑了沥青的短期老化，并没有考虑沥青在使用过程中的长期老化等[3]。因此，对两种改性沥青进行了SHRP的PG分级试验。在PG分级体系中，用路面最高设计温度下的车辙因子表征沥青的高温性能，用最低路面设计温度下的劲度和劲度随变形的变化速率表征沥青的低温性能，用疲劳温度下的疲劳因子表征沥青的抗疲劳性能，用旋转薄膜烘箱试验和压力老化罐试验分别表征沥青的短期老化和长期老化性能。PG分级体系的试验结果见表2。

（2）据上述测试结果，改性沥青按SHRP规范分级如下：普通改性沥青为PG82-22等级，高弹改性沥青为PG76-34等级。从SHRP分级结果看虽然高弹沥青的高温分级降低了一个等级，但是PAV残留沥青低温分级性能有很大提高，低温使用温度区间降低12℃，另外从PAV残留沥青车辙因子G*sinδ结果可知，高弹改性沥青的疲劳性能有很大提高。

3. 混合料性能试验研究

为了確保改性沥青SMA10的性能能够完全适应桥面铺装的使用要求，对高弹体改性沥青（简称“GT沥青”）与SK普通改性沥青（简称“SK沥青）进行混合料的性能对比试验研究。

3.1 级配构成及最佳油石比的确定。

根据级配设计理论和矿料的筛分结果，确定的SMA10的级配组成见表3，级配曲线见图1。按照马歇尔试验试验结果，确定改性沥青SMA10的最佳油石比为6.4%（掺加0.2%聚酯纤维）。

3.2 沥青混合料性能试验。

3.2.1 马歇尔试验。

（1）按照《沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052-2000）中的试验方法，成型马歇尔试件，测试其各项体积参数，见表4。

（2）从马歇尔试验的基本体积参数来看，两种沥青基本性能相差不大。

3.2.2 车辙试验。

（1）两种改性沥青不同温度的车辙试验结果见表5。

（2）两种沥青的车辙试验结果来知，SK沥青高温抗车辙性能要优于GT沥青，但是两种改性沥青都能够满足70℃动稳定度大于2500次/mm的设计指标。

3.2.3 低温弯曲试验。

（1）沥青混凝土的低温弯曲试验主要是评价混合料在低温时抵抗变形的能力。在日本的《铺装试验法便览》中所提到的低温弯曲试验设备和方法与我国《沥青混合料试验规程》的“沥青混合料弯曲试验”基本一致，只是在试件尺寸上不同，在日本该试验所用试件的尺寸为300mm×100mm×50mm，而我国规定尺寸大小为250mm×30mm×35mm[4]。在本试验研究中采用日本的试件尺寸，进行-10℃的低温弯曲试验。

（2）两种改性沥青-10℃的低温弯曲试验结果见表6。

（3）从低温弯曲性能或随从变性能力来看，GT沥青要明显优于SK沥青，特别是低温应变，远高于SK沥青。

3.2.4 疲劳试验。

（1）疲劳特性，即沥青混凝土桥面铺装在反复荷载作用下抵抗破坏的能力。随着公路交通量日益增长，汽车轴重不断增大，汽车对桥面铺装的破坏作用越来越明显。桥面铺装使用期间，在气温环境影响下经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使桥面铺装结构强度逐渐下降。当应力或应变超过桥面铺装的疲劳极限时，桥面铺装不足以抵抗车轮荷载而引起开裂破坏，即产生疲劳破坏。

（2）采用GT和SK两种改性沥青成型SMA试件，按要求切割成满足试验要求尺寸（50mm×63mm×380mm）的梁式试件。对两种改性沥青SMA10混合料进行了两种微应变情况下的疲劳研究，结果见表7。

（3）从表7可以看出，在其他工况相同的情况下，高弹改性沥青SMA10的勁度模量明显要小于普通改性沥青SMA的劲度模量，这意味着高弹改性沥青在疲劳发生的温度范围内刚度比较小，因此变形能力相应会比较大，从而有比较高的疲劳寿命。在两种微应变情况下，高弹改性沥青SMA10的疲劳寿命都明显高于普通改性沥青SMA10的疲劳寿命。高弹沥青混合料的疲劳寿命比普通沥青混合料的高出20倍左右，疲劳寿命显著提高。

4. 结论

（1）根据胶结料性能试验可以得出，高弹改性沥青的5℃延度和25℃针入度与普通改性沥青相比，有大幅提高，5℃延度达到800mm，25℃针入度达到90，PG分级达到PG76-34。

（2）根据沥青混合料路用性能试验结果可知，高弹改性沥青混合料在保证高温稳定性的基础上，低温变形能力和抗疲劳开裂能力与普通改性沥青混合料比有了很大的提高，-10℃低温应变大于10000με，疲劳开裂性能是普通混合料的20倍左右，1000με的疲劳寿命达到190万次。

（3）综上所述，使用高弹改性沥青混合料铺筑钢桥面的路用性能优于普通改性沥青混合料。

参考文献

[1] 王祺.混泥土桥面沥青铺装层病害分析及处治[J]. 中外公路，2006（3）：45～46.

[2] 薛昕，王民.浇筑式沥青混凝土再桥面铺装中的应用与发展现状[J]. 公路交通技术，2011（5）：98～103.

[3] 重庆交通科研设计院.采用改性沥青铺筑高性能沥青路面（Superpave）应用技术研究[R]，2004：53～54.

[4] 郝增恒.高弹改性沥青再大跨径钢桥面面铺装中的应用研究[J]. 公路交通科技，2009，26（4）：22～25.

[文章编号] 1619-2737（2018）01-18-628

[作者简介] 王祺（1973-），男，籍贯：四川苍溪人，学历：硕士研究生，职称：高级工程师，从事沥青路面研究工作。