高黏高弹改性沥青在城市桥面黑化中的应用

摘" 要：混凝土铺装层桥面黑化受桥梁恒载限制，加铺层一般偏薄，易发生推移变形、脱落病害，严重影响道路的使用性能。为防止此类路面病害，保证路面使用性能及使用寿命，依托成都市双桂立交桥桥面黑化项目，对桥面黑化进行整体方案设计，并应用高黏高弹改性沥青提升加铺层的高低温稳定性能及变形恢复能力，形成整体抵抗车辆荷载产生的剪切力，防止沥青面层变形剥落，同时能降低噪声污染，有效提升桥面整体路用性能。

关键词：高黏高弹；改性沥青；桥面铺装；黑化；道路工程

中图分类号：U414" " " "文献标志码：A" " " " " " "文章编号：2095-2945（2024）32-0173-04

Abstract： The blackening of the concrete pavement bridge deck is limited by the dead load of the bridge. The overlay is generally thin， which is prone to displacement， deformation and shedding diseases， which seriously affects the performance of the road. In order to prevent such pavement diseases and ensure the service performance and service life of the pavement， relying on the Blackening Project of the Shuanggui Interchange Bridge in Chengdu City， the overall scheme design for the blackening of the deck is carried out， and high-viscosity and high-elasticity modified asphalt is applied to improve the high and low temperature stability and deformation recovery of the overlay layer， forming an overall resistance to shear force generated by vehicle loads， preventing deformation and peeling of the asphalt surface layer， reducing noise pollution， and effectively improving the overall road performance of the bridge deck.

Keywords： high-viscosity and high-elasticity; modified asphalt; bridge deck pavement; blackening; road engineering

城市道路桥梁早期建设时很多桥面采用混凝土铺装层，随着城市快速发展，通行车辆及周边居民增加迅猛，其路用性能的缺点越发明显，如舒适性差、易打滑、噪声大等，且随着使用年限增长越发突出。为改善桥面的路用性能，对原混凝土铺装层进行黑化极为必要，而选用适当的黑化技术极为重要。

1" 工程概况

成都市双桂立交桥为城市主干道，建成于1993年8月，包括双桥子立交桥、五桂立交桥。双桥子立交桥主线及匝道全长约3 173 m、桥面宽7～26 m；五桂立交桥连接二环路双桥子立交桥和成渝高速公路的高架桥，桥梁总长为1 416.54 m，斜拉刚构桥为全长138.42 m的塔梁固结斜拉刚构，跨铁路桥跨径为（26.00+36.00+26.00）m，其余各联桥跨径均为20.00 m，桥宽15.00 m。桥面铺装层均采用厚8 cm钢筋网片和钢纤维混凝土。随着城市建设发展，桥周边居民增多，通行车辆剧增，原混凝土桥面行车舒适性、安全性下降，噪声大，已对周边产生不良影响，亟待桥面黑化改造。

2" 高黏高弹改性沥青

高黏高弹改性沥青是指通过加入高黏高弹改性剂或物理改性的方式， 动力黏度（60 ℃）大于20 000 Pa·s， 弹性恢复（25 ℃）大于85%的沥青[1]。相对于常用的SBS改性沥青，高黏高弹改性沥青具有针入度小、延度大、塑性良好和软化点高等特点，总体上体现在以下方面。

高低温抗剪和变形恢复能力强[2]。研究表明，高黏高弹改性沥青相位角降低，温度敏感性降低，从而有效提升了沥青胶结料的黏弹性，弹性恢复率显著增加。若沥青混合料高低温稳定性差，车辆载荷长期作用下，特别车辆频繁启停，极易导致沥青面层发生位移和变形，高温、重车情况下尤为明显。高黏高弹改性沥青抗剪性能和变形恢复能力很强，面对高温、重载等极不利情况更凸显性能优势。

降噪环保性能优良[3]。高黏高弹改性沥青混合料具有较佳的阻尼成效，可有效消减声波传输，减少轮胎自身振动，行车振动较小，具有显著降噪的作用。

提升耐久性。高黏高弹改性沥青良好的黏韧性，使得沥青面层更好地形成整体，从而增强抵抗变形破坏的能力，提升路面使用耐久性。

良好的经济性。一般情况下为提升沥青面层的使用年限或防止刚柔结合面处于不利剪切面上，常规方案是增加沥青面层厚度，导致造价增加较多；而高黏高弹改性沥青混合料性能全面，较薄的沥青面层也可以达到路用性能要求，综合经济效益良好。

3" 桥面黑化设计

3.1" 主要影响因素

双桂立交桥作为城市主干路，桥面黑化主要影响因素如下。

气候：工程区域属亚热带湿润气候区，沥青及沥青混合料路用性能气候分区属夏炎热冬温潮湿区1-4-1。

交通量：交通量大，重车多，易堵车，属重交通。

原桥面铺装层状况：基本情况较好，除少量细微裂缝外，无明显其他严重病害。

桥梁恒载：增加恒载时需进行桥梁荷载验算。

桥面防水黏结层：防止面层内部结构水下渗，并起到刚柔界面之间过渡的黏结作用。

沥青加铺层类型：路用性能优良，特别是抗变形能力突出。

施工作业：保通压力大，工期紧，作业时间很受限。为保城市道路通畅，主干路很难在白天安排断道施工，而夜间作业时间一般也很紧凑。

经济性：性价比合理可行。

3.2" 桥梁恒载验算

由于桥梁恒载富裕度一般很小，桥面黑化加铺沥青混合料层厚受限很大。根据双桂立交桥桥梁相关资料，斜拉刚构桥采用Midas Civil 建立有限元模型，全桥主梁和刚架采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，考虑自重、二期恒载、汽车荷载和温度荷载等作用，经验算，原桥及加铺4 cm沥青面层后强度及刚度、裂缝宽度均满足规范要求；但抗弯承载能力安全储备系数、抗剪承载能力安全储备系数以及最大裂缝宽度富裕度都较小，建议原桥面加铺沥青面层控制在4 cm以内。

3.3" 沥青加铺层类型

选择技术成熟，性能优良的路面类型。SMA路面采用大量粗集料、较多的沥青结合料和矿质填料以及少量细集料和纤维稳定剂组成，有较大的内摩擦角和黏聚力，具有优良的路用性能。SMA路面相较于传统的AC型路面，抗车辙性能、抗滑性能及耐久性优点突出，特别是其内大量粗集料嵌挤形成粗糙的表面，表面开孔较为连续，有助于降低行车噪声。高黏高弹改性沥青用做结合料，一定程度上更能凸显SMA路面各项路用性能。因此，本项目桥面黑化路面类型选用SMA路面。

3.4" 黑化方案设计

结合行车舒适性、使用耐久性、路面降噪，并重点考虑桥梁恒载、防止推移变形破坏后，双桂立交桥桥面黑化设计方案采用3.5 cm高黏高弹改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-10+改性乳化沥青黏层+橡胶沥青同步碎石封层+处置合格的原水泥混凝土桥面，加铺总厚度不超过4.0 cm。

橡胶沥青同步碎石封层用作桥面防水黏结层。由于临时交通组织困难，施工工期紧，作业时段短，原桥面伸缩缝不做改造提升，设置TST无缝伸缩缝。

4" 主要技术指标

4.1" 高黏高弹改性沥青技术

高黏高弹改性沥青是保证沥青铺装层路用性能的关键材料，其主要技术指标满足要求，见表1。

条件许可时优先选用成品高黏高弹改性沥青；不具备条件时，也可以用成品SBS改性沥青掺高黏改性剂方式制备高黏高弹改性沥青。制备高黏高弹改性沥青时应注意材料的相容性、成品稳定性以及严控高黏改性剂掺量。高黏改性剂主要技术指标见表2。

4.2" SMA-10技术要求

骨料采用玄武岩轧制，矿粉采用灰岩磨制。玄武岩碎石采用大型反击式多级联合碎石机加工，破碎后颗粒的形状应接近立方体，并具有足够的强度和耐磨耗性，并在反击破碎和振动筛中采用真空吸尘装置，以减少碎石表面的粉尘含量，其主要技术指标控制见表3。

结合气候、项目特点，高黏高弹改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-10主要技术指标见表4。

5" 橡胶沥青同步碎石封层

集料采用石质坚硬、清洁、不含风化、近立方体颗粒的碎石，且碎石须沥青进行预裹覆。橡胶沥青技术指标见表5。

6" 施工要点

6.1" 基面处理

1）桥面水泥混凝土表面应进行检查，对尖锐突出物应进行打磨。

2）使用专用无尘喷砂打毛机对桥面水泥混凝土顶面进行喷砂打毛，清除表面浮浆层，并彻底清理干净，形成较粗糙的宏观构造新鲜面，构造深度不低于0.50 mm。

6.2" 橡胶沥青封层施工

1）施工前应进对下承层基面处理，要求基面粗糙、干燥、无灰尘、石屑、油污和杂物等。一般情况下选择晴天作业施工，不得在阴雨天及雨后路面潮湿时作业施工。

2）确定橡胶粉的掺量。一般选择至少3个不同的橡胶粉掺量（最小掺量不低于20%）进行试验，将橡胶粉加入沥青的温度范围在177～204 ℃之间，混融1 h后进行试验。根据试验结果选取合适的橡胶粉掺量[4]。

3）橡胶沥青的生产。应由熟练人员操作橡胶沥青生产设备，采用间歇式方式生产。操作人员准确控制导热油温度，准确控制配料比例[4]。

4）橡胶沥青洒布：橡胶沥青洒布量采用2.2±0.2 kg/m2。

5）撒铺碎石：橡胶沥青喷洒后应立即用碎石满铺，碎石撒铺量采用8～14 kg/m2。

6）碾压：胶轮压路机宜在25 t以上，紧跟碎石撒铺后碾压，压路机数量至少2台，碾压遍数为3遍，作业时间控制在10 min以内。

7）结合市政道路通车要求，橡胶沥青封层施工后应紧跟施工沥青混凝土层，中间不开放交通。

6.3" 高黏高弹改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-10施工

1）混合料拌合时需要采用专用的纤维稳定剂投料装置，纤维在混合料中充分分散，拌合均匀，计量准确。纤维在矿料投入干拌后喷入沥青的同时一次性喷入拌和机内，拌和时间宜延长5～10 s，总的湿拌时间不少于45 s。

2）采用高温保温运输车运料。运料车进入摊铺现场时，轮胎上清除泥土等可能污染路面的脏物。另外，运料车余料不得随意倒在摊铺面上，由专门运输车辆收集拉走。

3）沥青混合料摊铺在气温低于10 ℃，以及雨天、路面潮湿的情况下不得施工。施工的摊铺机具备自动找平装置、预压实装置。摊铺速度应根据拌和机的产量，施工机械配套及摊铺宽度，摊铺厚度来选择，控制摊铺速度不大于2.0 m/min，做到均匀前进，不间断摊铺，中间不得随意停机。摊铺机熨平板初始工作角度与摊铺厚度有关，一般调控为0.6～1.0 mm，形成初始工作角度。

4）压实采用水平振荡压路机。碾压时应做到“高温、紧跟、匀速、慢压、高频、低幅、先边、后中”的十六字要决。

5）温度控制[3]：拌和时，矿料温度180～200 ℃，高黏高弹改性沥青温度165～175 ℃，混合料出厂温度为175～185 ℃；摊铺碾压时，初碾温度不低于160 ℃，终压温度不低于120 ℃，碾压终了表面温度不低于90 ℃。高黏高弹改性沥青混合料出厂温度高于195 ℃须废弃。新铺路面应待摊铺层完全自然冷却至表面温度低于50 ℃后，方可开放交通。

6）沥青混合料在备料、拌合、运输（运输过程中车辆必须用棉被覆盖，起到保温、防雨和防污染的作用，从拌和站到摊铺现场温度损失控制在5 ℃以内）和摊铺各环节应采取措施减少混合料的材料离析及温度离析。正式摊铺过程中不得出现混合料离析，温度降低导致结块冷料必须清除，集中运至指定弃料场。

6.4" TST无缝伸缩缝施工

采用TST桥梁伸缩缝能极大减少原桥伸缩缝常规提升改造对交通组织的压力，其具有较好的强度、黏结性、高低温稳定性、弹缩性变形性和耐老化性。

TST桥梁伸缩缝具体施工工艺如下：①凿毛原伸缩缝保护带表面，出露骨料，用环氧混凝土/环氧砂浆修补破损处。②清理伸缩缝，更换止水带。③无缝伸缩缝区域加盖垫板，厚度与桥面加铺层等厚，加铺桥面沥青层。④移除垫板，然后放入跨缝钢板，以定位钉固定，并注意对中。⑤在保护带外露面上均匀涂刷TST专用粘合剂，槽口底面与侧面均应涂抹，厚度控制1～2 mm。⑥铺上炒热的小石料，稍高出桥面（一般控制在10 mm左右），振实并刮平。⑦为防止TST外流，需设置挡板，并浇灌上足量的TST，完全掩盖石子。⑧逐段完成后修整边缘，去掉两边挡板，冷却1～3 h，开放交通[5]。

7" 结束语

桥梁铺装层黑化设计及施工涉及到桥梁恒载、桥面防水黏结、加铺层路用性能及伸缩缝改造等众多方面，通过将高黏高弹改性沥青应用在桥面铺装层上，能有效提升沥青铺装层的抗剪切及变形恢复性能，减薄加铺厚度，提高使用寿命，整体提升桥面的使用性能；同时结合SMA路面良好的降噪性能，有效改善了居住环境，改善了城市道路形象。

双桂立交桥自2018年施工完成后，至今桥面使用状况良好，无推移变形、脱落、车辙路面病害，桥面黑化技术方案可行，积累了高黏高弹改性沥青在桥面黑化的应用经验。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中国国家标准化管理委员会.GB/T 30516—2014高粘高弹道路沥青[S].北京：中国标准出版社，2014.

[2] 邓文广.高黏高弹改性沥青的研究与应用[J].科学管理，2019（11）：281.

[3] 秦永明.高粘高弹改性沥青面层在道路施工中的应用研究[J].智能建筑与工程机械，2024，4（4）：30-31.

[4] 朱亚德.橡胶沥青同步碎石封层施工方案探讨[J].产业与科技论坛，2013，12（20）：64-65.

[5] 王永新.TST桥梁伸缩缝的应用[J].公路交通技术，2007（3）：100.