高弹改性沥青及其混合料SMA13高温性能优化研究

2022-04-26周家强

山西建筑 2022年9期

周家强

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)

1 概述

国内桥面铺装结构中，改性沥青混合料SMA是最早应用的材料之一，早在1997年虎门大桥时，就采用了改性沥青混合料SMA铺装材料。目前，下面层浇筑式沥青混合料GA+上面层改性沥青混合料SMA铺装结构已成为我国大跨径钢桥应用规模最大的铺装方案[1]。用于桥面铺装改性沥青混合料SMA的沥青主要分为高黏改性沥青和高弹改性沥青[2]。其中，高黏改性沥青混合料SMA存在抗裂性不足的问题，铺装层出现了不同程度的开裂病害。高弹改性沥青通过掺入高弹改性剂材料，显著提高改性沥青的疲劳性能和低温性能[3-4]，铺装层则很少出现开裂病害，近年来大部分桥梁均采用高弹改性沥青SMA。

为了使高弹改性沥青更好地应用于高温重载地区的桥面铺装，有研究者采用脱油沥青进一步提高改性沥青及其混合料的热稳定性[5-6]，取得了较好的效果，但对混合料的低温抗裂性及水稳定性均有不利影响。为了更好地提升高弹改性沥青的综合性能，本文采用一种复合改性剂对高弹改性沥青改性，进一步提升改性沥青及其混合料的抗变形能力，改善铺装层在长期高温重载不利条件下的使用状况。

2 高弹改性沥青性能研究

研究复合改性剂掺量(1%,2%,3%和4%)对高弹改性沥青三大指标的影响规律，试验结果见图1～图3。

从上述结果可以看出，一定范围内，随着复合改性剂掺量的增加，高弹改性沥青的针入度和5 ℃延度逐渐降低，软化点逐渐增加，说明复合改性剂改善了高弹改性沥青的高温性能，但对其低温性能有一定的负面影响。当复合改性剂掺量为2%时，高弹改性沥青的软化点超过95 ℃，5 ℃延度超过50 cm；当复合改性剂掺量为3%时，高弹改性沥青的软化点可达96.6 ℃，然而其5 ℃延度降低至46.7 cm；当复合改性剂掺量进一步增加时，高弹改性沥青的5 ℃延度降低至37.1 cm，已不满足技术要求(不小于40 cm)。综合来看，复合改性剂的合理掺量为2%～3%，此时高弹改性沥青的综合性能较为优异，能同时兼顾材料的高低温性能。在此，本文选择复合改性剂的掺量为2%。对比掺加复合改性剂的高弹改性沥青和普通高弹改性沥青的性能指标，试验结果见表1。

表1 高弹改性沥青性能指标对比结果

从表1可以看出，掺加复合改性剂后，高弹改性沥青的软化点增加了6.3 ℃，且135 ℃和175 ℃旋转黏度分别增加了315 mPa·s和62 mPa·s，表明其热稳定性有所提升；5 ℃延度减少了8.4 cm，表明其低温性能略有下降；针入度比和延度比增加，表明其抗老化性能略有提升。就改性沥青的基本性能而言，掺加复合改性剂的高弹改性沥青的整体性能优于普通高弹改性沥青。

3 高弹改性混合料SMA13性能研究

根据规范要求[7]进行配合比设计，粗细集料均采用玄武岩，填料采用石灰岩矿粉。高弹改性混合料SMA13设计级配结果见表2。

表2 高弹改性混合料SMA13设计级配

根据设计级配，初选三个油石比5.7%,6.0%及6.3%，采用聚酯纤维，相同条件下拌制高弹改性沥青混合料SMA13，成型马歇尔试件，测试混合料的马歇尔参数，试验结果见表3。

表3 高弹改性沥青混合料SMA13马歇尔设计试验结果

从表3结果可以看出，油石比为6.0%的高弹改性沥青混合料SMA13的各项指标均满足要求，因此选定6.0%为最佳油石比。

在相同级配和相同油石比的条件下，成型高弹改性沥青混合料SMA13试件，进行(浸水)马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙试验、低温弯曲试验和四点弯曲疲劳试验，对比两种混合料SMA13的路用性能，试验结果见表4。

表4 高弹改性沥青混合料SMA13性能对比结果

从表4可以看出，两种高弹改性沥青混合料SMA13的各项测试指标均满足技术要求。其中，掺加复合改性剂的混合料SMA13的70 ℃动稳定度达到了4 117次/mm，相比未掺加复合改性剂的混合料SMA13提高了33%，表明复合改性剂显著提高了高弹改性沥青混合料SMA13的高温抗永久变形能力；掺加复合改性剂的混合料SMA13的残留稳定度和冻融劈裂强度分别达到92.3%和88.5%，略有提高，表明复合改性剂在一定程度上能提高混合料的水稳定性能；掺加复合改性剂后，混合料低温弯曲破坏应变有所下降，表明复合改性剂对混合料的低温性能有不利影响，但依然满足相关技术要求；两种高弹改性沥青混合料SMA13的四点弯曲疲劳寿命均大于100万次，表明其疲劳性能十分优异。