混凝土桥面铺装用地毯式沥青混合料配合比设计研究

马 潇 余 波

（四川省交通建设集团有限责任公司路面工程分公司，四川 成都 610041）

0 引言

传统的桥面铺装和养护工作耗时长，由此造成的交通拥堵、道路变窄、车道减少等问题带来诸多安全隐患，国内外采用的桥面快速抢修等技术成为化解施工造成的交通拥堵和缩短封路时间的常用手段[1-2]。地毯式沥青混合料可用于新建混凝土桥面或旧路修复和养护，这是当前研究的热点[3]，该方法使路面罩面修复变得简单、快捷，有利于实现“循环式路面”[4]。本文通过检测的方式，分析基于沥青混合料配合比优选的地毯式沥青混合料的性能，以促进混合料的合理应用。

1 结构与材料

1.1 桥面结构

匝道混凝土桥面板和桥面铺装结构设计如图1所示。一般将15mm厚的高聚合物改性沥青混合料的地毯式沥青层粘贴至桥面上，兼具应力吸收层的作用[5-6]，经过粘结固化后，再继续铺筑常规下面层和上面层。

图1 匝道混凝土桥面板和桥面铺装结构设计

1.2 材料

地毯式沥青混合料粗骨料粒径包括0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm 5种类型，针片状小于1.8%，洛杉矶磨耗值10%，还包括石灰石磨矿粉、纤维稳定剂、SBS改性沥青（SBS含量4.5%）或基质沥青、高粘度国产型添加剂等[7-8]。

1.3 沥青混合料配合比设计方案

根据结构设计目的可知，此预制沥青层是作为防水层和粘结层，因此其混合料设计的思路是通过合理的设计以达到密实、封水、柔韧的效果，并且由于是预制，混合料设计需另外实现容纳高沥青用量，达到常温下稳定卷曲存储后保证层间不黏结的目的。为了达到上述混合料设计目标，本次专用高韧性复合改性地毯式沥青混合料，级配如图2所示，最大公称粒径选用5mm，专用级配简称为BLK-5。

图2 BLK-5高韧性复合改性地毯式沥青混合料的级配

BLK是一种悬浮型密实级配，在特殊的结合料作用下可制备生成高柔性和可弯曲的地毯式BLK-5，最佳沥青用量预定为12.0%。结合料采用特殊的改性沥青，选用特殊改性剂（Special Modifier，下简称SM）进行配比，选用了4 种备选沥青：（1）70#沥青+1.5%SM；（2）SBS 改性沥青＋1.5%SM；（3）70#沥青＋2.5%SM；（4）SBS改性沥青＋2.5%SM，将通过基于表面能的粘结层粘结性能试验进行沥青混合料配合比方案的优选。

2 基于表面能理论的沥青混合料配合比方案优选

2.1 试验设计

基于表面能理论可以定量评价沥青-集料的粘附特性[9]，在掌握原材料的表面能参数的情况下可以选择粘附功对预制沥青层与混凝土桥面的粘结性能进行评价，以此优选性能优异的沥青混合料配合比方案。粘附功表示的是在干燥无水条件下从沥青-集料界面分离沥青所需的能量[10]，因此在本节的试验中选用了桥面铺装用集料和BLK-5的粘结层所用沥青进行试验。

首先需要得到表面能的基本参数，选用SDC-100接触角测量仪。在25℃条件下用躺滴法测量蒸馏水、甘油和甲酰胺三种液体与沥青的接触角，并计算不同特种改性沥青的表面自由能。专用特种沥青加热至190℃，使用接触角测量仪将沥青与干净、干燥、平整的集料接触，测量沥青与集料的接触角。25℃条件下测量蒸馏水与集料的接触角将成为粘附功计算的过程数据，由仪器自动记录，数据冗长不在此展示。

2.2 接触角测试

接触角代表测试液体为蒸馏水、甘油和甲酰胺，具有与沥青互溶、常温下性质稳定、表面自由能参数相差较大的优点[10]，4种备选沥青与不同液体的接触角测量结果见表1所示。

表1 4种备选沥青与不同液体的接触角

2.3 表面能与黏附功的计算

沥青的黏聚功计算公式为[11]：

式中：

ΔWa——沥青的黏聚功；

定理 2.6 ([0,1], ρπ)是完备度量空间,即([0,1], ρπ)中的Cauchy-列均收敛。

γa——沥青表面能。

根据Good-van Oss公式，表面能由色散分量与极性酸碱分量两部分组成[11]，沥青表面能计算公式为：

式中：

Owent-Wendt根据Fowkes公式结合Young方程开发了公式计算[12]。

沥青-集料粘附功：

式中：

表2所示为表面能和黏附功计算结果。

表2 4种备选沥青的表面能参数

2.4 方案选定

从表2可知，选用3号方案即70#沥青＋2.5%SM可以获得最佳的沥青-集料粘附功。在BLK-5的粘结层的结合料设计中我们选取此配比。值得一提的是，SBS改性沥青与SM的融合性存在一定欠缺，不及基质沥青的效果。

3 地毯式沥青混合料性能检测

将70#沥青＋2.5%SM的沥青应用于地毯式沥青混合料并进行铺筑，铺筑层的厚度为1.5cm，须具备常规沥青混合料层的结构力学特性，因此混合料制备完成后，根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程进行混合料检测[5]。检测试验得到的结果如表3所示。

表3 地毯式沥青混合料性能检验结果表

从表3可以看出，选择最优沥青混合料配合比得到的地毯式沥青混合料的各项性能均满足相关规范要求，可以用于桥梁面层施工。

4 结束语

综上所述，地毯式沥青混合料采用高模量、高柔韧性地毯BLK-5，最佳沥青用量为12.0%，可作为混凝土桥面的防水粘结层和应力吸收层；以粘附功对预制沥青层与混凝土桥面的粘结性能进行评价，70#沥青＋2.5%SM成为具有最佳的沥青-集料粘附功的配比；具有最优沥青混合料配合比的地毯式沥青混合料的各项性能均满足相关规范要求，粘结层较普通乳化沥青或热沥青的粘结强度有大幅度的提升且技术具备操作的可行性，适用于现有混凝土桥面板施工。