王祺　王火明　徐霈

【摘 要】 由于普通瀝青膠結(jié)料用于鋼橋面上出現(xiàn)病害較多，本文研究了高彈改性瀝青混合料的路用性能，并與普通改性瀝青進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)膠結(jié)料試驗(yàn)可知高彈改性瀝青的5℃延度和25℃針入度與普通改性瀝青相比有大幅提高，其中5℃延度達(dá)到80cm，25℃針入度達(dá)到9mm，根據(jù)混合料試驗(yàn)可知高彈瀝青混合料與普通改性瀝青混合料相比，路用性能提升較大。

【關(guān)鍵詞】 鋼橋面鋪裝；高彈改性瀝青；瀝青混合料；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

最早應(yīng)用于正交異性板鋼橋面鋪裝的是普通的密級(jí)配瀝青混凝土，由于使用條件嚴(yán)酷，特別是隨著交通荷載的增加，產(chǎn)生了大量的早期破壞，主要破壞形式為車(chē)轍、縱橫向開(kāi)裂、推擁、脫層、坑槽等[1]。為進(jìn)一步提高鋼橋面鋪裝性能，本文著重研究高彈改性瀝青膠結(jié)料并以SMA10級(jí)配為基礎(chǔ)研究鋼橋面瀝青混凝土。

2. 瀝青結(jié)合料性能研究

在鋼橋面鋪裝SMA結(jié)構(gòu)中，結(jié)合橋面鋪裝出現(xiàn)的病害，提出SMA用瀝青的性能要求，要求瀝青混合料在具有較高的高溫穩(wěn)定性的同時(shí)，在常溫時(shí)具有良好的抗疲勞性能，低溫時(shí)具有較高的柔韌性和延性[2]。

2.1 膠結(jié)料基礎(chǔ)性能試驗(yàn)。

（1）目前，普通改性瀝青由于低溫延度偏低，25℃針入度也偏低，所以很難滿(mǎn)足鋼橋面對(duì)改性瀝青SMA低溫性能和疲勞性能的要求。表1是一組高彈改性瀝青（摻入幾種全新材料改性）與普通改性瀝青（摻入SBS改性）的指標(biāo)性能對(duì)比。

（2）從表1對(duì)比結(jié)果可以明顯看出，高彈改性瀝青的針入度和延度比普通改性瀝青提高很大；旋轉(zhuǎn)粘度和離析試驗(yàn)結(jié)果都比較有利于施工；薄膜烘箱老化試驗(yàn)結(jié)果也比較穩(wěn)定。

2.2 SHRP膠結(jié)料分級(jí)試驗(yàn)。

（1）當(dāng)前，現(xiàn)行的針入度分級(jí)體系和粘度分級(jí)體系存在一些局限性，如針入度和延度試驗(yàn)是經(jīng)驗(yàn)性的，不能直接與HMA路面性能關(guān)聯(lián)；在一個(gè)溫度下（如25℃的針入度或60℃的粘度）沒(méi)有考慮工程現(xiàn)場(chǎng)或地理區(qū)域不同的氣候條件；沒(méi)有考慮低溫下對(duì)控制溫縮開(kāi)裂的瀝青勁度限制；只考慮了瀝青的短期老化，并沒(méi)有考慮瀝青在使用過(guò)程中的長(zhǎng)期老化等[3]。因此，對(duì)兩種改性瀝青進(jìn)行了SHRP的PG分級(jí)試驗(yàn)。在PG分級(jí)體系中，用路面最高設(shè)計(jì)溫度下的車(chē)轍因子表征瀝青的高溫性能，用最低路面設(shè)計(jì)溫度下的勁度和勁度隨變形的變化速率表征瀝青的低溫性能，用疲勞溫度下的疲勞因子表征瀝青的抗疲勞性能，用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)和壓力老化罐試驗(yàn)分別表征瀝青的短期老化和長(zhǎng)期老化性能。PG分級(jí)體系的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

（2）據(jù)上述測(cè)試結(jié)果，改性瀝青按SHRP規(guī)范分級(jí)如下：普通改性瀝青為PG82-22等級(jí)，高彈改性瀝青為PG76-34等級(jí)。從SHRP分級(jí)結(jié)果看雖然高彈瀝青的高溫分級(jí)降低了一個(gè)等級(jí)，但是PAV殘留瀝青低溫分級(jí)性能有很大提高，低溫使用溫度區(qū)間降低12℃，另外從PAV殘留瀝青車(chē)轍因子G*sinδ結(jié)果可知，高彈改性瀝青的疲勞性能有很大提高。

3. 混合料性能試驗(yàn)研究

為了確保改性瀝青SMA10的性能能夠完全適應(yīng)橋面鋪裝的使用要求，對(duì)高彈體改性瀝青（簡(jiǎn)稱(chēng)“GT瀝青”）與SK普通改性瀝青（簡(jiǎn)稱(chēng)“SK瀝青）進(jìn)行混合料的性能對(duì)比試驗(yàn)研究。

3.1 級(jí)配構(gòu)成及最佳油石比的確定。

根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)理論和礦料的篩分結(jié)果，確定的SMA10的級(jí)配組成見(jiàn)表3，級(jí)配曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。按照馬歇爾試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果，確定改性瀝青SMA10的最佳油石比為6.4%（摻加0.2%聚酯纖維）。

3.2 瀝青混合料性能試驗(yàn)。

3.2.1 馬歇爾試驗(yàn)。

（1）按照《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052-2000）中的試驗(yàn)方法，成型馬歇爾試件，測(cè)試其各項(xiàng)體積參數(shù)，見(jiàn)表4。

（2）從馬歇爾試驗(yàn)的基本體積參數(shù)來(lái)看，兩種瀝青基本性能相差不大。

3.2.2 車(chē)轍試驗(yàn)。

（1）兩種改性瀝青不同溫度的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

（2）兩種瀝青的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果來(lái)知，SK瀝青高溫抗車(chē)轍性能要優(yōu)于GT瀝青，但是兩種改性瀝青都能夠滿(mǎn)足70℃動(dòng)穩(wěn)定度大于2500次/mm的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3.2.3 低溫彎曲試驗(yàn)。

（1）瀝青混凝土的低溫彎曲試驗(yàn)主要是評(píng)價(jià)混合料在低溫時(shí)抵抗變形的能力。在日本的《鋪裝試驗(yàn)法便覽》中所提到的低溫彎曲試驗(yàn)設(shè)備和方法與我國(guó)《瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的“瀝青混合料彎曲試驗(yàn)”基本一致，只是在試件尺寸上不同，在日本該試驗(yàn)所用試件的尺寸為300mm×100mm×50mm，而我國(guó)規(guī)定尺寸大小為250mm×30mm×35mm[4]。在本試驗(yàn)研究中采用日本的試件尺寸，進(jìn)行-10℃的低溫彎曲試驗(yàn)。

（2）兩種改性瀝青-10℃的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

（3）從低溫彎曲性能或隨從變性能力來(lái)看，GT瀝青要明顯優(yōu)于SK瀝青，特別是低溫應(yīng)變，遠(yuǎn)高于SK瀝青。

3.2.4 疲勞試驗(yàn)。

（1）疲勞特性，即瀝青混凝土橋面鋪裝在反復(fù)荷載作用下抵抗破壞的能力。隨著公路交通量日益增長(zhǎng)，汽車(chē)軸重不斷增大，汽車(chē)對(duì)橋面鋪裝的破壞作用越來(lái)越明顯。橋面鋪裝使用期間，在氣溫環(huán)境影響下經(jīng)受車(chē)輪荷載的反復(fù)作用，長(zhǎng)期處于應(yīng)力應(yīng)變交迭變化狀態(tài)，致使橋面鋪裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)應(yīng)力或應(yīng)變超過(guò)橋面鋪裝的疲勞極限時(shí)，橋面鋪裝不足以抵抗車(chē)輪荷載而引起開(kāi)裂破壞，即產(chǎn)生疲勞破壞。

（2）采用GT和SK兩種改性瀝青成型SMA試件，按要求切割成滿(mǎn)足試驗(yàn)要求尺寸（50mm×63mm×380mm）的梁式試件。對(duì)兩種改性瀝青SMA10混合料進(jìn)行了兩種微應(yīng)變情況下的疲勞研究，結(jié)果見(jiàn)表7。

（3）從表7可以看出，在其他工況相同的情況下，高彈改性瀝青SMA10的勁度模量明顯要小于普通改性瀝青SMA的勁度模量，這意味著高彈改性瀝青在疲勞發(fā)生的溫度范圍內(nèi)剛度比較小，因此變形能力相應(yīng)會(huì)比較大，從而有比較高的疲勞壽命。在兩種微應(yīng)變情況下，高彈改性瀝青SMA10的疲勞壽命都明顯高于普通改性瀝青SMA10的疲勞壽命。高彈瀝青混合料的疲勞壽命比普通瀝青混合料的高出20倍左右，疲勞壽命顯著提高。

4. 結(jié)論

（1）根據(jù)膠結(jié)料性能試驗(yàn)可以得出，高彈改性瀝青的5℃延度和25℃針入度與普通改性瀝青相比，有大幅提高，5℃延度達(dá)到800mm，25℃針入度達(dá)到90，PG分級(jí)達(dá)到PG76-34。

（2）根據(jù)瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果可知，高彈改性瀝青混合料在保證高溫穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，低溫變形能力和抗疲勞開(kāi)裂能力與普通改性瀝青混合料比有了很大的提高，-10℃低溫應(yīng)變大于10000με，疲勞開(kāi)裂性能是普通混合料的20倍左右，1000με的疲勞壽命達(dá)到190萬(wàn)次。

（3）綜上所述，使用高彈改性瀝青混合料鋪筑鋼橋面的路用性能優(yōu)于普通改性瀝青混合料。

參考文獻(xiàn)

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[4] 郝增恒.高彈改性瀝青再大跨徑鋼橋面面鋪裝中的應(yīng)用研究[J]. 公路交通科技，2009，26（4）：22～25.

[文章編號(hào)] 1619-2737（2018）01-18-628

[作者簡(jiǎn)介] 王祺（1973-），男，籍貫：四川蒼溪人，學(xué)歷：碩士研究生，職稱(chēng)：高級(jí)工程師，從事瀝青路面研究工作。