采用国产材料的浇注式沥青混合料性能研究

陈根香

(南京市公共工程建设中心，南京 210000)

钢箱梁以其强度高、自重轻、抗变形、便于工厂化制造和施工等特点，在我国已建或在建的大桥中得到了广泛的应用。2016年，国务院发布了《关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》，同年，交通运输部发布了《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》，钢箱梁在桥梁建设中获得了进一步的推广。

市政工程对钢桥面铺装的施工与养护的便利性、施工进度和施工成本都有较高的要求。美国双层环氧沥青钢桥面铺装方案由于养护周期长、施工工艺严苛，在市政工程应用中的局限性越来越大，而浇注式沥青混合料拥有良好的密水性、变形追随性等优良性能，同时施工工期短、施工难度小，被越来越多地应用到钢桥面的铺装中。以往国内的浇注式沥青混合料大多采用进口原材料，从经济性上限制了其应用推广的进程，为推动浇注式沥青钢桥面铺装方案的大规模应用，本文结合南京市纬七路东进二期建设工程(高桥门-石杨路段)，对国产硬质沥青和湖沥青配制浇注式沥青混合料的应用进行探索，并将其与进口材料的试验检测数据做对比，以期为国产原材料的浇注式沥青混合料的推广应用提供技术支持和理论依据[1-3]。

1 原材料及试验方法

1.1 主要原材料

浇注式沥青混合料所用原材料的性能试验主要包括直馏硬质沥青、TLA湖沥青和混合后沥青的检验与测试。不同于南京四桥复合浇注式沥青铺装用原材料，本课题所用的直馏硬质沥青采用国产材料，其性能技术指标和检测结果分别如表1～3所示。

表1 硬质沥青检测结果

表2 TLA湖沥青检测结果

表3 混合后沥青检测结果(30#：TLA=75:25)

从试验检测结果来看，国产直馏硬质沥青的性能与进口硬质沥青的性能并无明显差异，故使用国产原材料同样可以保证浇注式沥青混合料的适用性能。

1.2 试验方法

(1) 配合比设计方法

浇注式沥青混合料的设计不同于一般沥青混合料，其主要设计指标为流动性指标和贯入度指标，辅以动稳定度和低温弯曲试验结果进行验证，最终确定浇注式沥青混合料的级配。本文浇注式沥青混合料的配合比设计以2.36 mm的通过率为级配控制点，选出细、中、粗三个级配，通过流动度和贯入度试验获得级配的最佳油石比，然后进行车辙试验与低温弯曲试验，最终确定目标配合比设计取值。

(2) 性能试验方法

本文除对配合比进行了高温性能和低温性能的测试外，还对其劈裂强度和疲劳性能进行了研究。其中，对高温性能的测试采用了国内的车辙试验法，试验结果用动稳定度来评价；对低温性能的测试采用低温弯曲试验法[4]；劈裂强度试验则参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的沥青混合料劈裂试验来进行。参照已有研究成果，疲劳试验采用四点弯曲疲劳试验方法，试件尺寸为(40×40×400) mm，试验温度为0 ℃和15 ℃，加载频率为5 Hz，加载应变为400 με，采用正弦加载模式，以试件开裂或作用次数达到100万次为结束标准[5-10]。

2 浇注式配合比设计

2.1 配合比设计要求

本文浇注式沥青混合料的配合比设计参照了南京四桥的相关研究成果，并按照《复合浇注式沥青钢桥面铺装设计与施工技术规范》中的相关要求进行浇注式沥青混合料的目标配合比设计,如表4～5所示。

表4 浇注式沥青混凝土级配要求

表5 浇注式沥青混合料设计指标

2.2 级配与最佳油石比确定

本文浇注式沥青混合料的目标配合比参考了南京四桥的设计成果[3]，根据集料的筛分结果，以2.36 mm通过率为控制点，初步选取了“粗、中、细”三种级配。初选合成级配如表6所示，合成级配曲线如图1所示。

表6 浇注式沥青混合料初选合成级配

图1 浇注式沥青混合料合成级配曲线

根据配合比设计流程，针对三种初选级配，分别进行了不同油石比下流动度、贯入度、动稳定度和低温弯曲破坏应变的试验检测，最终确定目标配合比为：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比为9.4。

3 浇注式沥青混合料性能

3.1 高温性能

因限速方面的要求，使得市政工程中钢桥面铺装更易发生车辙病害，因此，本文分别在采用国产材料和进口材料的浇注式沥青混合料的表层压入碎石，并对其在压入碎石前后的高温性能进行了研究。其中，未压入碎石沥青混合料的高温车辙试验结果如表7所示。

表7 浇注式沥青混凝土车辙试验结果

由表7可知，随着试验温度的升高，采用国产材料和采用进口材料的浇注式沥青混合料的车辙试验结果均呈明显的下降趋势，下降幅度超过30%。

国产材料在60 ℃、0.707 MPa下的动稳定度为486次/mm，进口材料在60 ℃、0.63 MPa下的动稳定度为464次/mm，差别并不明显。

综上，为提高浇注式沥青混合料的高温性能，施工时需要在浇注式沥青混合料表层压入碎石。本文采用单粒径尺寸为13.2～19 mm和9.5～13.2 mm 的玄武岩石料制作预拌碎石，然后将预拌碎石分别压入采用国产材料和进口材料的浇注式沥青混合料表面，碎石压入量为10 kg/m2，在同等试验条件下进行车辙试验，试验温度为60 ℃，试验结果如表8所示。

表8 压入不同粒径碎石后的车辙试验结果

由表7～8可知，采用国产材料的浇注式沥青混合料在压入碎石后的动稳定度有明显提升，以试验温度60 ℃为例，与未压入碎石前相比，其在压入9.5～13.2 mm粒径碎石后的动稳定度提高了80.45%，压入13.2～19 mm粒径碎石后的动稳定度提高了116.46%。此外，采用进口材料的浇注式沥青混合料与采用国产材料的浇注式沥青混合料在压入碎石前后的动稳定度试验结果基本一致。

3.2 低温性能

选取6个不同试件，对采用国产材料的浇注式沥青混合料进行低温弯曲试验，结果如表9所示。

由表9可知，采用国产材料的浇注式沥青混合料的低温弯曲性能能够满足设计要求。采用进口材料的浇注式沥青混合料低温弯曲破坏应变为9 400 με，两者差距并不明显。

表9 浇注式沥青混合料低温弯曲试验结果

3.3 劈裂强度

选取3个不同试件，对采用国产材料的浇注式沥青混合料进行劈裂强度试验，结果如表10所示。

表10 浇注式沥青混合料劈裂强度

采用国产材料和进口材料的浇注式沥青混合料在20 ℃下的劈裂强度分别为3.23 MPa和3.15 MPa，两者之间的差距并不明显。

3.4 疲劳性能

选取不同试件，分别对采用国产材料和进口材料的浇注式沥青混合料进行疲劳性能试验，结果如表11所示。

表11 浇注式沥青混合料疲劳试验结果

由表11可知，采用国产材料和进口材料的浇注式沥青混合料疲劳试验结果基本相当。

4 结论

(1) 确定了纬七路东进二期工程沥青混合料的目标配合比为：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比为9.4。

(2) 压入碎石能够有效提高浇注式沥青混合料的动稳定度。以试验温度60 ℃为例，与未压入前相比，压入9.5～13.2 mm粒径碎石后沥青混合料的动稳定度提高了80.45%，压入13.2～19 mm粒径碎石后沥青混合料的动稳定度提高了116.46%。

(3) 从沥青原材料检测结果、低温弯曲、动稳定度、劈裂强度和疲劳性能等指标综合来看，在配比合适的情况下，采用国产材料的浇注式沥青混合料与采用进口材料的浇注式沥青混合料的性能基本相当。

综上，采用国产材料的浇注式沥青混合料应用于市政工程钢桥面铺装，既能保证其性能，同时又具有巨大的经济效益，可为类似工程提供参考。