浇注式沥青混合料路用性能的思考

刘尚卿 游凌达

（中犇检测认证有限公司，河南 郑州 450000）

浇注式沥青混合料不同于普通热拌沥青混合料，其具有沥青含量高(7%～10%)、矿粉含量高(20%～30%)及拌和温度高(220℃～260℃)的“三高”特点，拌和时间长，流动性好，无须碾压，依靠自身的流动性即可摊铺，同时其空隙率很小，且内部空隙不连通。浇注式沥青混合料的上述特点决定其具有优异的防水性能、抗开裂性能和与钢板的追从性能。由于其优异的使用性能，浇注式沥青混合料广泛用于钢桥面铺装、隧道路面、停车场和地坪等领域。目前浇注式沥青混合料铺装体系已成为我国大跨径钢桥面应用规模最大的铺装方案。由于我国高温、超载的特点，要求浇注式沥青混合料具有良好的高温性能，其结合料主要采用聚合物复合改性沥青。

1 工程概况

某路桥工程全长2678m，由于该桥地处寒冷地区，夏、冬两季温差显著，温差至少在65℃以上，使用条件极为苛刻。在兼顾桥面防水的同时，决定桥面铺装采用浇注式沥青混凝土。

2 试验材料与测试方法

沥青性能是决定沥青混合料的关键因素。适宜于浇注式沥青混合料的沥青采用的是改性硬质沥青，它不同于常规沥青混合料的普通沥青或改性沥青；而浇注式沥青混合料属于悬浮密实结构，其高温抗剪强度主要依靠的是沥青自身的粘聚力；浇注式沥青混凝土施工工艺也不同于一般沥青混凝土需要碾压，它是根据其高温流动性直接摊铺成型。综上可知，改性硬质沥青的特性将直接决定着浇注式沥青混凝土的高温强度与施工和易性。因此，改性硬质沥青的配制和混合料沥青最优用量选择是该试验研究的核心问题。

2.1 试验材料选择

1）沥青材料。浇注式沥青混凝土要求沥青在高温时具有很好的流动性，而传统的沥青改性剂往往在高温时会增加沥青的黏度，造成浇注式沥青混凝土高温施工困难。试验所用改性硬质沥青由SBS(I-D)改性沥青和TLA湖沥青按确定比例调配而成，经试验测定其各自的技术性能。2）粗集料。由于浇注式沥青混合料的成型机理与SMA等其他混合料不一样，其高温稳定性主要依赖于胶泥的性能。因此对集料的要求不象SMA那样严格，在铺装底层的浇注式沥青混合料时，试验采用新鲜、干净、坚硬、无风化、无杂质的玄武岩轧制的碎石，通过室内试验获得的粗集料技术性能指标符合规定要求。3）细集料。细集料如河砂、山砂、海砂和机制砂等，在浇注式沥青混合料中细集料占有很大的比例，大约30%，因此细集料的性能对混合料的影响很大，浇注式沥青混合料中的细集料需加入一定数量的天然砂，以增加浇注式沥青混合料的高温流动性，但由于天然砂特有的材料特性对高温抗车辙不利，因此必须进行一定的限制。浇注式沥青混合料中机制砂与天然砂的比例应不大于1:2。本工程细集料加工过程中的石屑由专门设备加工成机制砂，其技术性能指标测试结果符合规定要求。4）填料。在桥面沥青铺装中，矿粉作为填料，在沥青混凝土中起很大的作用，特别是在浇注式沥青混凝土中，因其矿粉的含量较高，达到集料用量的25%左右。在沥青混凝土中，矿粉主要是吸收沥青组成沥青胶结料，胶结料的性能对沥青混凝土的性能将产生很大影响，因此所用的矿粉质量的优劣将会对桥面铺装的质量产生决定性的影响，通常情况下，桥面铺装所用的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细而成的矿粉，其技术性能指标测试结果符合规定要求。

2.2 测试方法

试验在确定填料用量及矿料级配的前提下，改变沥青的用量，通过贯入度试验、马歇尔稳定度试验及流动度试验确定最佳沥青用量，然后通过高温稳定性、低温抗裂性试验等对最佳沥青用量下的沥青混合料进行性能验证。根据公路工程集料试验规程相关要求，试验采用标准方孔筛进行集料筛分，骨料筛分成各档集料、结合《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》集料级配推荐范围的上下限，绘制出规范级配曲线见图1。

图1 规范级配曲线

根据设计要求，结合浇注式沥青混凝土高温性能不足的特点，选择高温性能较优的改性硬质沥青(SBS改性沥青∶TLA湖沥青=70%∶30%)作为目标优化沥青，同时结合实践经验，预估确定SBS∶TLA=7∶3配制的改性硬质沥青的用量8.8%，并按±0.3%变化，即沥青用量分别为9.1%、8.8%、8.5%，最终选取沥青用量为8.5%进行性能分析。

3 浇注式沥青混凝土的路用性能分析

1）高温车辙试验。采用车辙试验评价浇注式沥青混凝土的高温性能，试验结果为沥青用量为8.5%时，实测动稳定值为464次/mm，技术标准≥350次/mm。由此可知浇注式沥青混凝土的高温性能符合技术要求，但与一般沥青混合料相比偏低。为进一步提高浇注式沥青混凝土的高温性能，决定采取在浇注式表面撒布并压入适量预裹碎石的措施。为评价撒布适量的预裹碎石对浇注式沥青混凝土高温性能的提升效果，进行不同预裹碎石压入数量的车辙试验，试验结果显示，预裹覆碎石的撒入显著提高了浇注式沥青混凝土的高温性能。

2）低温弯曲试验。低温弯曲试验中试件尺寸为100mm×50mm×300mm，试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min，试验结果为沥青用量为8.5%，弯曲应力为12.74Mpa，弯曲应变为9400με，弯曲应变技术要求为≥8000με。结果表明设计的浇注式沥青混合料低温性能符合技术要求。

3）动态模量试验。本工程开展了浇注式沥青混凝土动态模量试验，结果如图2所示。将之与环氧沥青混凝土动态模量试验结果进行对比，结果如图3所示。浇注式沥青混合料性能受温度和荷载影响较大，混合料的动态模量随温度的升高而降低，随频率的升高而增加。浇注式沥青混合料的动态模量在低温高频条件下与环氧沥青混合料基本接近，具有较高的强度，能够保证铺装层的使用性能;但是在高温条件下，即温度超过40℃，混合料的动态模量开始迅速降低，且在低频条件下，浇注式沥青混合料的模量降低更为明显。

图2 浇注式沥青动态模量试验结果

图3 浇注式沥青与环氧沥青混合料动态模量比较

4 结束语

综上所述，浇注式沥青混凝土属于密实级配沥青混凝土。它的特点是在施工温度条件下，沥青混合料呈流淌状态，一般不需要用压路机，只需要用简单的摊铺整平机具即可完成施工，并能达到规定的密实度和平整度。混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高，沥青含量高等“三高”特点，较多的沥青及细集料含量使粗骨料处于悬浮状态，它与热压沥青混凝土不同的是其空隙率很小，而且内部空隙不相连。浇注式沥青混凝土由于其自身优异的性能，已逐渐成为桥面铺装材料的主流。尤其是寒冷地区的桥面铺装。