钢桥面铺装浇注式沥青混合料增强技术研究

刘 攀

（重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336）

1 引言

钢桥面铺装在国内起步较晚，经过二十余年的发展，铺装材料逐渐趋于稳定和成熟，形成以浇注式沥青混合料为主体的铺装体系[1-3]，基本满足大跨径钢桥桥面铺装技术要求，遏制了早期病害的频繁出现。但中国地域广袤，区域气候及交通条件差异非常大，加之桥梁建设规模和速度非常快，对于部分特殊使用条件的钢桥，现有的铺装技术难以满足，国内浇注式沥青铺装材料性能仍需提高。浇注式沥青混合料较高的沥青用量（7%～10%）导致其高温稳定性能（特别在高温重载条件下）仍略显不足[4-8]。研究及实践表明，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[9-11]。考虑到国内钢桥面铺装高温重载的使用条件对浇注式沥青混合料提出的更高要求，结合浇注式沥青混合料的结构特性，本文采用高温补强剂增强技术，拟解决高温重载条件下，钢桥面柔性沥青铺装的热稳定性不足的技术难题，提高钢桥面铺装的抗车辙性能，从而提升桥面使用品质与寿命。

2 浇注式沥青基本性能研究

研究了高温补强剂掺量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，试验结果见表1。

从表1可以看出，高温补强剂对浇注式沥青的各项指标均有较大的影响，其中针入度随着高温补强剂掺量的增加而减小，软化点和高温黏度随着高温补强剂掺量的增加而升高，说明高温补强剂改善了浇注式沥青的高温性能；低温延度随着高温补强剂掺量的增加而减小，说明浇注式沥青低温性能受到一定的负面影响。当未掺加高温补强剂时，浇注式沥青的软化点为102.0℃，5℃延度可达28.6cm，175℃旋转黏度为735.3mPa·s；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20cm，175℃旋转黏度低于1000mPa·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13.5cm，175℃旋转黏度超过1000mPa·s。

表1 高温补强剂对浇注式沥青性能指标的影响

3 浇注式沥青混合料性能研究

矿料均采用性能指标合格的石灰岩。根据规范中的相关规定，进行浇注式沥青混合料GA10的配合比设计，结果见表2。

表2 浇注式沥青混凝土GA10设计级配

按上述级配成型浇注式沥青混合料GA10试件，油石比为7.9%，拌和温度为230℃，拌和时间为45min，按照规范中的测试方法，评价不同高温补强剂掺量下浇注式沥青混合料GA10的流动性、低温性能和高温性能。

3.1 流动性

通过刘埃尔流动度试验评价浇注式沥青混合料GA10的流动性，试验温度为230℃，试验结果如图1所示。

图1 高温补强剂掺量对GA10流动性的影响

由图1可知，随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青混合料的流动性逐渐变差，这是因为高温补强剂会增加浇注式沥青的高温黏度。当其掺量低于3%时，流动性能满足规范小于20s 的要求。当高温补强剂掺量为4%时，流动性为39.5s。根据实体工程施工经验，当流动度小于40s时，浇注式沥青混合料即可浇注成型。当高温补强剂掺量进一步增加时，混合料的流动性急剧下降，已难以正常施工。考虑到浇注式沥青混合料的施工和易性，高温补强剂的掺量不宜超过4%。

3.2 低温性能

通过低温小梁弯曲试验评价浇注式沥青混合料GA10的低温抗裂性，试验温度为-10℃，试验结果如图2所示。

图2 高温补强剂掺量对GA10低温性能的影响

由图2可知，随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青混合料的低温弯曲应变逐渐降低，表明高温补强剂对混合料的低温抗裂性有不利影响。高温补强剂会降低浇注式沥青的低温延度，进而影响混合料的低温性能。当未掺加高温补强剂时，混合料的低温弯曲应变高达3170με；当其掺量为3%时，混合料的低温弯曲应变下降至2718με；当其掺量达到5%时，混合料的低温弯曲应变仅为2434με，不满足钢桥面铺装规范大于2500με的要求。考虑到浇注式沥青混合料的低温性能，高温补强剂的掺量不宜超过3%。

3.3 高温性能

通过贯入度试验和车辙试验评价浇注式沥青混合料GA10的高温稳定性[12，13]，试验温度均为60℃，试验结果如图3所示。

由图3可知，随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青混合料的贯入度、贯入度增量及车辙深度逐渐减小，而动稳定度随之增大，这表明高温补强剂能有效提高浇注式沥青混合料的高温稳定性。当未掺加高温补强剂时，浇注式沥青混合料的贯入度为3.60mm，贯入度增量为0.34mm，动稳定度为515次/mm，车辙深度为7.33mm；当高温补强剂掺量为1%时，混合料的高温性能指标有一定的提升；当高温补强剂掺量为2%时，混合料的贯入度为2.32mm，贯入度增量为0.21mm，动稳定度为901次/mm，车辙深度为5.07mm，高温性能提升明显；当高温补强剂掺量为3%时，混合料的贯入度为1.94mm，贯入度增量为0.17mm，动稳定度为1017 次/mm，车辙深度为4.23mm，高温性能提升一倍左右。考虑到浇注式沥青混合料的高温性能，高温补强剂的掺量不宜低于2%，同时考虑到混合料的流动性和低温性能，高温补强剂的合理掺量为2%～3%。

图3 高温补强剂掺量对GA10高温性能的影响

在高温环境搅拌过程中，高温补强剂对浇注式沥青混合料的增强作用主要表现在：①部分高温补强剂拉丝成塑料纤维，交联后起到加筋的效果；②部分高温补强剂溶解或溶胀在浇注式沥青中，形成胶结作用（类似于聚合物改性沥青增强机理），提高其软化点，进而起到提高浇注式沥青混合料高温性能的效果。

4 结语

①高温补强剂对浇注式沥青的各项指标均有较大的影响，其中针入度减小和低温延度降低，软化点升高和高温黏度增大，说明高温补强剂改善了浇注式沥青的高温性能，降低了材料对于温度的敏感程度，但同时也降低了浇注式沥青的低温性能。

②随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青混合料的流动性逐渐变差，低温弯曲应变逐渐降低，表明高温补强剂对混合料的施工和易性和低温抗裂性有不利影响，掺量在3%以内时均满足规范要求。随着高温补强剂掺量的增加，浇注式沥青混合料的贯入度、贯入度增量及车辙深度逐渐下降，而动稳定度随之增大，这表明高温补强剂能有效提高浇注式沥青混合料的高温稳定性。

③综合考虑浇注式沥青混合料的流动性、低温性能和高温性能，高温补强剂的合理掺量为2%～3%。掺加高温补强剂后，浇注式沥青混合料能更好地满足钢桥面铺装高温重载的使用条件。