基质沥青品种对浇注式沥青及其混凝土性能影响

张 锋， 刘 攀， 盛兴跃

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 401336)

同常规热拌沥青混凝土相比，浇注式沥青混凝土具有矿粉含量高、沥青胶结料含量高、拌和温度高的“三高”特点，空隙率很小，且内部空隙不连通[1-2]。浇注式沥青混凝土在结构上的特点决定了其具有良好的流动性、优异的防水性能、良好的抗开裂性能和与钢板的追从性能，是我国钢桥面铺装应用最为成功的材料之一[3-5]。港珠澳大桥、沌口长江大桥、芜湖长江二桥、厦漳跨海大桥、香港青马大桥等国内钢桥面铺装工程下面层均采用浇注式沥青混凝土[6-8]。

浇注式沥青混凝土对沥青胶结料的选择较为挑剔[9-11]。目前，基质沥青产地众多，炼制工艺不尽相同，其组成成分、技术指标及物化性能各有不同[12-13]。基质沥青的性能差异必将影响浇注式沥青的性能，进而影响浇注式沥青混凝土的路用性能，最终影响钢桥面铺装工程的使用性能及使用寿命。鉴于此，本文选取不同品种的70#基质沥青，制备浇注式沥青及其混凝土GA10，对比评价其使用性能，供钢桥面浇注式沥青铺装工程参考。

1 基质沥青基本性能

基质沥青包括A70#基质沥青、B70#基质沥青、C70#基质沥青、D70#基质沥青、E70#基质沥青、F70#基质沥青和G70#基质沥青，7种基质沥青老化前后的基本性能指标见表1、表2。

表1 7种基质沥青3大指标试验结果

表2 7种基质基质沥青RTFOT试验结果

从表1可以看出，不同品种的70#基质沥青老化前的针入度及软化点比较接近，而10 ℃延度相差较大，其中G70#基质沥青及B70#基质沥青的10 ℃延度大于40 cm，具有较佳的低温延性，C70#基质沥青和F70#的10 ℃延度小于30 cm。从表2可以看出，RTFOT后仅有A70#基质沥青、B70#基质沥青及G70#基质沥青的15 ℃延度大于100 cm。从针入度比可以看出，G70#基质沥青、B70#基质沥青和A70#基质沥青具有较优的抗老化性能。

采用AR-2000型动态流变剪切仪(DSR)测试7种基质沥青RTFOT前后的抗车辙因子G*/sinδ，试验结果见图1。由图1可以看出，老化前不同品种基质沥青的抗车辙因子G*/sinδ相差较大，而老化后7种基质沥青的抗车辙因子G*/sinδ很接近。随着温度的升高，基质沥青的G*/sinδ随之降低。同一温度下，C70#基质沥青的G*/sinδ最大，A70#基质沥青的G*/sinδ最小，即C70#基质沥青的高温抗变形能力最优，而A70#基质沥青的高温抗变形能力较差。

(a) RTFOT前

(b) RTFOT后

综上分析，7种基质沥青的各项技术指标差异较小。

2 浇注式沥青基本性能

2.1 常规技术指标

以7种基质沥青按相同配方在同等条件下制备浇注式沥青，测试其针入度、软化点及5 ℃延度，试验结果见表3。

表3 7种浇注式沥青3大指标试验结果

由表3可知，7种浇注式沥青的3大指标差异较小。其中，浇注式沥青的针入度主要在34～38(0.1 mm)之间，软化点主要在108 ℃～116 ℃之间，5 ℃延度主要在22 cm～32 cm之间。A70#浇注式沥青具有较大的针入度，B70#浇注式沥青具有较高的软化点，而G70#浇注式沥青具有较大的5 ℃延度。

2.2 RTFOT后技术指标

浇注式沥青混凝土的生产运输温度在220 ℃～260 ℃之间，且运输拌和时间长(一般不少于60 min)，长时间的高温拌和会造成浇注式沥青超热老化，致使浇注式沥青混凝土性能大幅度衰变[14]。采用RTOFT评价7种浇注式沥青的抗老化性能，试验结果见表4。

从表4可以看出，7种浇注式沥青RTFOT老化后性能都发生了一定的衰变，表现为针入度、软化点及延度降低。其中浇注式沥青的针入度比介于79%～83%之间，延度比在0.51%～0.59%之间，均表现出良好的抗老化性能。一般来说，基质沥青老化后，软化点会升高。但浇注式沥青的老化是基质沥青和聚合物老化的共同结果，聚合物分子链易在氧气和高温条件下部分断裂，聚合物在沥青分子中形成的空间网络结构解离，软化点会降低[15]。聚合物老化的影响要高于基质沥青老化，最终导致浇注式沥青的软化点下降。

埃塞2002年加入国际竹藤组织。2003年埃塞农业部邀请国际竹藤组织赴埃塞进行了为期11 d的考察。2009年国际竹藤组织在埃塞设立东非办事处。经多年来国际竹藤组织协调努力，于2018年9月3日的中非论坛开幕式上，中国国家主席习近平宣布在埃塞成立中非竹子中心。该中心以培训、研究和示范为主要功能。2017年还协助埃塞环境、林业及气候变化部与中国国家林业局签订了双边林业合作备忘录。

表4 7种浇注式沥青RTFOT试验结果

整体来看，浇注式沥青的性能受基质沥青品种的影响较小，7种浇注式沥青均具有较为优异的性能指标。

3 浇注式沥青混凝土性能分析

粗集料和细集料均采用四川峨眉产的玄武岩，矿粉采用重庆产的石灰岩矿粉，原材料各项技术指标均满足规范的相关要求。

根据JTG/T 3364-02—2019《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》[16]中的相关规定进行配合比设计。研究表明，集料级配对浇注式沥青混凝土GA10路用性能的影响很大[17]。按照集料以及矿粉的筛分结果进行级配拟合，尽量接近级配范围的中值，结果见表5。

表5 浇注式沥青混凝土GA10设计级配

大量工程实践和室内试验表明，浇注式沥青混凝土的最佳油石比范围为7.5%～8.2%。上述研究表明7种浇注式沥青性能差异较小，同时根据经验可知，油石比7.8%可以较好地表征浇注式沥青混凝土的路用性能。因此，为了更好地对比7种浇注式沥青混凝土的路用性能，本文选取油石比均为7.8%。按上述级配成型7种浇注式沥青混凝土GA10试件，拌和温度均控制在235 ℃左右，拌和时间均为45 min，按照JTG/T 3364-02—2019《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》[16]中的测试方法，评价浇注式沥青混凝土GA10的流动性、高温性能、低温性能及疲劳性能等。

3.1 流动性

采用刘埃尔流动度试验评价浇注式沥青混凝土GA10的流动性，结果见表6。

表6 7种浇注式沥青混凝土GA10流动性试验结果

由表6可见，当集料级配、油石比、拌和温度及拌和时间等因素均相同时，7种浇注式沥青混凝土GA10的流动性差异较小，说明基质沥青品种对浇注式沥青混凝土GA10的流动性影响较小，且7种浇注式沥青混凝土GA10的流动性均能满足规范要求。

3.2 高温性能

由表7可见，基质沥青品种对GA10的贯入度及其增量有一定的影响，其中贯入度从小到大顺序为G70#-GA10

表7 7种浇注式沥青混凝土GA10贯入度试验结果 mm

3.3 低温性能

采用低温弯曲试验评价浇注式沥青混凝土GA10的低温抗裂性，试件尺寸为300 mm×100 mm×50 mm，试验温度为-10 ℃，结果见表8。

由表8可见，基质沥青品种对GA10的抗弯应变有一定的影响，其中G70#-GA10>B70#-GA10>A70#-GA10>D70#-GA10>E70#-GA10>C70#-GA10>F70#-GA10，即采用G70#基质沥青制备的浇注式沥青混凝土GA10具有最优的低温性能，B70#基质沥青和A70#基质沥青次之。浇注式沥青混凝土GA10的低温抗裂性与结合料的低温延度有一定的相关性，5 ℃延性较大的基质沥青制备的浇注式沥青混凝土GA10一般具有较佳的低温性能。7种浇注式沥青混凝土GA10的低温性能均能满足规范要求。

3.4 疲劳性能

采用四点小梁弯曲疲劳试验评价浇注式沥青混凝土GA10的疲劳性能，正弦波，微应变水平600 με，加载频率10 Hz，试验温度15 ℃，结果见表9。

表9 7种浇注式沥青混凝土GA10四点弯曲疲劳试验结果

由表9可见，7种浇注式沥青混凝土GA10的疲劳次数均超过100万次，这即表明基质沥青品种对GA10疲劳性能影响较小，均表现出十分优异的疲劳耐久性。

4 结论

1) 基质沥青品种会影响浇注式沥青的技术指标，但这种影响较小。整体来说，基质沥青的5 ℃延度越大，其浇注式沥青也具有较大的低温延度，基质沥青的软化点越高，其浇注式沥青也具有较高的软化点，基质沥青的针入度比越大，其浇注式沥青也具有较大的针入度比。7种浇注式沥青的技术指标均能满足规范要求。

2) 当集料级配、油石比、拌和温度及拌和时间等因素均相同时，基质沥青品种对浇注式沥青混凝土GA10的流动性、贯入度、抗弯应变及疲劳次数有一定的影响。高温性能较好的基质沥青制备的浇注式沥青混凝土GA10具有较佳的高温性能；低温延性较好的基质沥青制备的浇注式沥青混凝土GA10具有较佳的低温性能。7种浇注式沥青混凝土GA10的流动性、高温性能、低温性能和疲劳性能均能满足规范要求。

3) 浇注式沥青混凝土对基质沥青具有较强的普适性，从工程原材料选取的角度看，不同地区钢桥面浇注式沥青铺装工程可就近取材，基本不受基质沥青品种影响，节约运输成本，降低工程造价。对使用性能要求较高的工程，优先选用技术指标更佳的基质沥青。

4) 基质品种对浇注式沥青混凝土路用性能的影响还需实体工程的长期论证。