浇注式沥青混合料铺装体系“GA10+SMA10”性能研究

田超 刘攀

浇注式沥青混合料GA+改性沥青混合料SMA是我国大跨径钢桥面应用规模最大的铺装方案。文章选择四种浇注式沥青混合料铺装组合结构“GA10+SMA10”，评价其界面粘结性能、高温性能、低温性能及疲劳性能。试验结果表明，四种铺装组合结构均具有优异的路用性能，沥青结合料对铺装组合结构界面粘结性能影响较小，对其高温性能、低温性能及疲劳性能有一定影响。根据实体工程要求，应综合考虑选择合适的沥青结合料和铺装组合结构。

钢桥面铺装;浇注式沥青混合料GA10;高弹改性沥青混合料SMA10;铺装组合结构;路用性能

U448.38-A-19-062-4

0 引言

钢桥面铺装层作为桥面板的保护层和功能层，对桥梁的耐久性和行车的安全性、舒适性及社会经济效益有着重要作用[1]。在重载交通、高温天气及柔性钢桥面系的局部变形耦合作用下，钢桥面铺装受力比普通路面更为复杂多变[2]。因此，钢桥面铺装也成为桥梁建设中的一个关键点和难点。浇注式沥青混合料流动性好，无须碾压，防水性能、抗开裂性能、耐久性及随从变形能力优异[3]。改性沥青SMA则具有优良的抗车辙性能、抗疲劳开裂性、抗滑性及耐久性[4]。经过十多年研究及应用，浇注式沥青混合料铺装体系（下面层浇注式沥青混合料GA+上面层改性沥青SMA铺装结构）已成为我国大跨径钢桥面应用规模最大的铺装方案[5-7]。先后在胜利黄河公路大桥、厦漳跨海大桥、马鞍山长江公路大桥、港珠澳大桥、杨泗港长江大桥、平潭海峡公铁大桥等国内100多座钢桥面铺装工程中应用。

目前国内大跨径钢桥面铺装浇注式沥青混合料多采用聚合物复合改性沥青，改性沥青SMA多采用高弹改性沥青[8-9]。沥青结合料的性能将影响混合料的性能，进而影响铺装层的使用性能[10-11]。鉴于此，本文选择四种铺装组合结构，分别采用不同的聚合物复合改性沥青和高弹改性沥青，评价其界面粘结性能、高温性能、低温性能和疲劳性能，为钢桥面浇注式沥青铺装方案提供一定的参考依据。

1 试验原材料选择

选择四种自主研发的聚合物复合改性沥青（分别记为1#、2#、3#、4#）和四种高弹改性沥青（分别记为1、2、3、4），其技术要求及检测结果见表1。采用性能指标符合规范的玄武岩集料和石灰石矿粉（重庆某石料厂），具体性能指标分别见表2和表3。

2 级配及最佳油石比的确定

聚合物复合改性沥青浇注式沥青混合料GA10的级配设计结果见表4，油石比确定为8.0%。高弹改性沥青混合料SMA10的级配设计结果见表5，油石比确定为6.0%。

拟定四种浇注式沥青混合料铺装组合结构“35 mmGA10+35 mmSMA10”：结构一为聚合物复合改性沥青1浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青1混合料SMA10;结构二为聚合物复合改性沥青2浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青2混合料SMA10;结构三为聚合物复合改性沥青3浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青3混合料SMA10;结构四为聚合物复合改性沥青4浇注式沥青混合料GA10+高弹改性沥青4混合料SMA10。层间粘结材料选用二阶环氧树脂防水粘结剂。

3 铺装组合结构性能评价

3.1 粘结性能

钢桥面铺装层结构的界面结合强度直接反映了铺装体系整体的抗剪强度和铺装层抗推移能力[12]。待二阶环氧树脂防水粘结剂固化完全后，采用拉拔剪切试验评价铺装组合结构的界面粘结性能，试验温度分别为25 ℃、40 ℃和60 ℃，试验结果见表6。

从表6可以看出，采用二阶环氧树脂防水粘结剂，四种铺装组合结构均具有良好的层间粘结性能和抗剪切性能。随着温度的升高，其拉拔剪切强度显著降低，当温度为60 ℃时，拉拔试验几乎全是沥青混合料内部破坏。沥青结合料的种类对铺装组合结构的界面粘结性能影响较小，常温下其层间界面强度主要由二阶环氧树脂防水粘结剂的粘结性能决定，而温度较高时，主要与混合料自身的强度有关。

3.2 高温性能

对于钢桥面铺装层来说，夏季的使用温度更高，且厚度偏小，因此，钢桥面铺装应当具有更优的高温性能来满足使用性能[5]。采用车辙试验评价铺装组合结构的高温性能，试验温度分别为60 ℃和70 ℃，试验结果见表7。

从表7可以看出，四种铺装组合结构均具有良好的高温稳定性，60 ℃动稳定度可达到5 000次/ mm以上，70 ℃动稳定度也达到3 000次/ mm以上。相同温度下，铺装组合结构一的动稳定度最大，其次为铺装组合结构二、铺装组合结构三和铺装组合结构四。这说明结合料采用软化点及高温黏度高的聚合物复合改性沥青和高弹改性沥青的铺装组合结构具有更优的高温性能。针对高温重载的使用地区，可优先采用铺装组合结构一。

3.3 低温性能

采用弯曲大梁试验评价铺装组合结构的低温抗裂性，试件尺寸为300 mm×100 mm×50 mm，试验温度为-10 ℃，试验结果见表8。

从表8可以看出，铺装层沥青混合料的低溫抗裂性同沥青结合料的低温延度具有较好的相关性，延度大的结合料，其混合料的抗弯应变也越大。四种浇注式沥青混合料GA10和四种高弹改性沥青混合料SMA10的抗弯应变均>10 000 μ。铺装组合结构的铺装的低温性能由铺装上下层沥青混合料的低温性能所决定，因此可以判断铺装组合结构四具有最优的低温性能，铺装组合结构三和铺装组合结构二次之。整体而言，四种铺装组合结构均具有良好的低温抗裂性。针对天气寒冷的使用地区，可优先采用铺装组合结构四。

3.4 疲劳性能

采用五点弯曲疲劳试验评价铺装组合结构的疲劳性能，加载频率为10 Hz，温度为20 ℃，偏正玄波，以铺装层或粘接层出现开裂作为疲劳破坏标准，试验结果见表9。

从表9可以看出，四种铺装组合结构均具有十分优异的疲劳性能，疲劳次数均超过100万次。采用延度大的聚合物復合改性沥青和高弹改性沥青的铺装结构具有更高的疲劳寿命。另外，还可以看出，四种铺装组合结构的破坏面均在铺装层与防水粘结层之间（层间脱层），这表明防水粘结层仍然是浇注式沥青铺装体系的薄弱之处，在工程运用中应重点关注。

4 结语

（1）四种浇注式沥青混合料铺装结构“GA10+SMA10”均具有优异的界面粘结性能、高温稳定性、低温抗裂性及疲劳性能。

（2）沥青结合料对铺装结构界面粘结性能影响较小，常温下主要由二阶环氧树脂防水粘结剂的粘结性能决定。软化点和高温黏度高的聚合物复合改性沥青和高弹改性沥青的铺装组合结构“GA10+SMA10”具有更优的高温性能。延度大的聚合物复合改性沥青和高弹改性沥青的铺装结构具有更佳的低温性能和疲劳性能。

（3）在实体钢桥面铺装工程中，应根据工程特点、服役环境及设计文件等因素选择合适的沥青结合料和铺装组合结构。

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