两港大道快速化工程桥面铺装浇注式沥青优化技术研究

李德锦 田 超 刘 攀

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；

2. 重庆市智翔铺道技术工程有限公司 重庆 401336

两港大道（新四平公路—S2）快速化工程位于中国（上海）自由贸易试验区临港新片区内。道路规划采用“主线高架＋地面道路”形式，其中，主线高架等级为城市快速路，设计速度80 km/h，采用双向六车道规模；地面道路等级为城市主干路，设计速度50 km/h，采用双向六快二慢规模。项目位于上海市浦东新区，属亚热带季风性气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋较短、冬夏较长，且夏季炎热，全年60%以上的雨量集中在5月至9月的汛期。桥面铺装设计采用40 mm SBS改性沥青混合料SMA13＋SBR改性乳化沥青黏层＋35 mm浇注式沥青混合料GA10。

浇注式沥青混合料GA10在施工中无须碾压，依靠自身良好的流动性即可摊铺，同时具有优异的防水性能、柔韧性、抗开裂性能、变形协调能力等[1-4]，但其较高的沥青用量（7%～10%）导致其高温稳定性能（特别在高温重载条件下）略显不足[5-7]。研究表明，采用改性剂、格栅加筋、预拌沥青碎石等手段可以有效提高浇注式沥青及其混合料的高温性能[8-10]。

考虑到两港大道快速化工程的使用条件对浇注式沥青提出的高要求，结合材料的结构特性，本文采用专用高温补强剂增强技术，在普通浇注式沥青的基础上掺加高温补强剂，解决高温重载条件下，浇注式沥青铺装热稳定性不足的技术难题，提高铺装层的抗车辙性能，从而提升桥面使用品质，并延长其服役寿命。

1 浇注式沥青基本性能研究

本文研究了高温补强剂掺量（0、2%、4%和6%）对浇注式沥青针入度、5 ℃延度、软化点、175 ℃旋转黏度等性能指标的影响规律，试验结果如图1～图4所示。

图1 高温补强剂掺量对浇注式沥青针入度的影响

图2 高温补强剂掺量对浇注式沥青延度的影响

图3 高温补强剂掺量对浇注式沥青软化点的影响

图4 高温补强剂掺量对浇注式沥青旋转黏度的影响

从图1～图4可以看出，高温补强剂对浇注式沥青的各项性能指标均有较大的影响。一定范围内，随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青的针入度逐渐降低，软化点和高温黏度逐渐增加，说明高温补强剂改善了浇注式沥青的高温性能；低温延度则随着高温补强剂掺量的增加而降低，说明高温补强剂对浇注式沥青的低温性能有一定的负面影响。当高温补强剂掺量为2%时，浇注式沥青的软化点超过110 ℃，5 ℃延度超过20.0 cm，175 ℃旋转黏度低于1 000 mPa·s；当高温补强剂掺量为4%时，浇注式沥青的软化点可达115.6 ℃，然而其5 ℃延度仅为13.5 cm，175 ℃旋转黏度超过1 000 mPa·s；当高温补强剂掺量为6%时，浇注式沥青的5 ℃延度已小于10.0 cm，不满足规范要求。综合来看，高温补强剂的合理掺量不宜少于2%，也不宜高于4%，此时浇注式沥青的综合性能较为优异，能同时兼顾材料的高温性能、低温性能及施工和易性。

2 浇注式沥青流变性能研究

沥青的流变性能直接影响混合料的使用性能，对于浇注式沥青混合料这种沥青用量大的混合料而言更是如此。通过动态剪切流变试验进行研究，试验仪器为AR2000ex动态剪切流变仪，采用应变控制模式，试验结果如图5～图7所示。

图5 高温补强剂掺量对浇注式沥青复数模量的影响

图6 高温补强剂掺量对浇注式沥青相位角的影响

图7 高温补强剂掺量对浇注式沥青车辙因子的影响

从上述结果可以看出，添加高温补强剂后浇注式沥青的复数模量G*有了显著提高，且相同温度下，随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青的复数模量G*逐渐增大，表明高温补强剂能有效提高浇注式沥青的抗变形能力。高温补强剂提高了浇注式沥青的刚性，从而赋予其更大的模量。随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青的相位角φ明显降低，表明高温补强剂能够赋予浇注式沥青更多的弹性成分。高温补强剂的掺入降低了沥青分子链随温度运动的敏感性，从而使得其流动变形受阻，黏性成分降低，从而减小了相位角φ。高温补强剂能够明显提高浇注式沥青的车辙因子G*/φ，主要原因是分散于沥青中的高温补强剂能够明显提高浇注式沥青的复数模量G*和降低浇注式沥青的相位角φ，从而增强了浇注式沥青的抗车辙能力。

3 浇注式沥青混合料性能研究

粗细集料均采用性能指标合格的石灰岩，矿粉采用性能指标合格的石灰岩矿粉。根据规范中的相关规定[11]，进行浇注式沥青混合料GA10的配合比设计，结果如表1所示。

表1 浇注式沥青混凝土GA10设计级配

为比较普通浇注式沥青混合料和掺加高温补强剂的浇注式沥青混合料的路用性能，分别以相同的级配、相同的油石比和相同的拌和温度及拌和时间制备浇注式沥青混合料GA10，对其各项性能进行测试，试验结果如表2所示。

表2 高温补强剂对浇注式沥青混合料路用性能的影响

从表2可以看出，2种浇注式沥青混合料GA10的各项测试指标均满足技术要求。其中，掺加高温补强剂的浇注式沥青混合料的60 ℃贯入度和贯入度增量分别达到2.32 mm和0.21 mm，60 ℃动稳定度达到901次/mm，明显高于普通浇注式沥青混合料。表明加入高温补强剂后，浇注式沥青混合料的高温性能有较大幅度提升，混合料的流动性和低温性能略有下降，但依然满足桥面铺装的使用要求。

4 结语

1）添加高温补强剂后浇注式沥青的5 ℃延度有所降低，但软化点和高温黏度等技术性能得到较好的改善，降低了材料对于温度的敏感程度。

2）一定范围内，随着高温补强剂掺量的增加，相同温度下浇注式沥青的复数模量G*逐渐增大，相位角φ逐渐下降。高温补强剂能够明显提高浇注式沥青的车辙因子G*/φ，从而增强其抗车辙能力。

3）添加高温补强剂后，浇注式沥青混合料的高温稳定性得到了显著提高，其中，60 ℃贯入度和贯入度增量分别降低了35.6%和38.2%，60 ℃动稳定度提升了75.0%；混合料的流动性和低温性能受到负面影响，但仍满足相关技术要求。

4）优化后的浇注式沥青能更好地满足两港大道快速化工程桥面铺装的使用要求。