澆注式瀝青混合料鋪裝體系“GA10+SMA10”性能研究

田超 劉攀

澆注式瀝青混合料GA+改性瀝青混合料SMA是我國大跨徑鋼橋面應用規模最大的鋪裝方案。文章選擇四種澆注式瀝青混合料鋪裝組合結構“GA10+SMA10”，評價其界面粘結性能、高溫性能、低溫性能及疲勞性能。試驗結果表明，四種鋪裝組合結構均具有優異的路用性能，瀝青結合料對鋪裝組合結構界面粘結性能影響較小，對其高溫性能、低溫性能及疲勞性能有一定影響。根據實體工程要求，應綜合考慮選擇合適的瀝青結合料和鋪裝組合結構。

鋼橋面鋪裝;澆注式瀝青混合料GA10;高彈改性瀝青混合料SMA10;鋪裝組合結構;路用性能

U448.38-A-19-062-4

0?引言

鋼橋面鋪裝層作為橋面板的保護層和功能層，對橋梁的耐久性和行車的安全性、舒適性及社會經濟效益有著重要作用[1]。在重載交通、高溫天氣及柔性鋼橋面系的局部變形耦合作用下，鋼橋面鋪裝受力比普通路面更為復雜多變[2]。因此，鋼橋面鋪裝也成為橋梁建設中的一個關鍵點和難點。澆注式瀝青混合料流動性好，無須碾壓，防水性能、抗開裂性能、耐久性及隨從變形能力優異[3]。改性瀝青SMA則具有優良的抗車轍性能、抗疲勞開裂性、抗滑性及耐久性[4]。經過十多年研究及應用，澆注式瀝青混合料鋪裝體系（下面層澆注式瀝青混合料GA+上面層改性瀝青SMA鋪裝結構）已成為我國大跨徑鋼橋面應用規模最大的鋪裝方案[5-7]。先后在勝利黃河公路大橋、廈漳跨海大橋、馬鞍山長江公路大橋、港珠澳大橋、楊泗港長江大橋、平潭海峽公鐵大橋等國內100多座鋼橋面鋪裝工程中應用。

目前國內大跨徑鋼橋面鋪裝澆注式瀝青混合料多采用聚合物復合改性瀝青，改性瀝青SMA多采用高彈改性瀝青[8-9]。瀝青結合料的性能將影響混合料的性能，進而影響鋪裝層的使用性能[10-11]。鑒于此，本文選擇四種鋪裝組合結構，分別采用不同的聚合物復合改性瀝青和高彈改性瀝青，評價其界面粘結性能、高溫性能、低溫性能和疲勞性能，為鋼橋面澆注式瀝青鋪裝方案提供一定的參考依據。

1?試驗原材料選擇

選擇四種自主研發的聚合物復合改性瀝青（分別記為1#、2#、3#、4#）和四種高彈改性瀝青（分別記為1、2、3、4），其技術要求及檢測結果見表1。采用性能指標符合規范的玄武巖集料和石灰石礦粉（重慶某石料廠），具體性能指標分別見表2和表3。

2?級配及最佳油石比的確定

聚合物復合改性瀝青澆注式瀝青混合料GA10的級配設計結果見表4，油石比確定為8.0%。高彈改性瀝青混合料SMA10的級配設計結果見表5，油石比確定為6.0%。

擬定四種澆注式瀝青混合料鋪裝組合結構“35 mmGA10+35 mmSMA10”：結構一為聚合物復合改性瀝青1澆注式瀝青混合料GA10+高彈改性瀝青1混合料SMA10;結構二為聚合物復合改性瀝青2澆注式瀝青混合料GA10+高彈改性瀝青2混合料SMA10;結構三為聚合物復合改性瀝青3澆注式瀝青混合料GA10+高彈改性瀝青3混合料SMA10;結構四為聚合物復合改性瀝青4澆注式瀝青混合料GA10+高彈改性瀝青4混合料SMA10。層間粘結材料選用二階環氧樹脂防水粘結劑。

3?鋪裝組合結構性能評價

3.1?粘結性能

鋼橋面鋪裝層結構的界面結合強度直接反映了鋪裝體系整體的抗剪強度和鋪裝層抗推移能力[12]。待二階環氧樹脂防水粘結劑固化完全后，采用拉拔剪切試驗評價鋪裝組合結構的界面粘結性能，試驗溫度分別為25 ℃、40 ℃和60 ℃，試驗結果見表6。

從表6可以看出，采用二階環氧樹脂防水粘結劑，四種鋪裝組合結構均具有良好的層間粘結性能和抗剪切性能。隨著溫度的升高，其拉拔剪切強度顯著降低，當溫度為60 ℃時，拉拔試驗幾乎全是瀝青混合料內部破壞。瀝青結合料的種類對鋪裝組合結構的界面粘結性能影響較小，常溫下其層間界面強度主要由二階環氧樹脂防水粘結劑的粘結性能決定，而溫度較高時，主要與混合料自身的強度有關。

3.2?高溫性能

對于鋼橋面鋪裝層來說，夏季的使用溫度更高，且厚度偏小，因此，鋼橋面鋪裝應當具有更優的高溫性能來滿足使用性能[5]。采用車轍試驗評價鋪裝組合結構的高溫性能，試驗溫度分別為60 ℃和70 ℃，試驗結果見表7。

從表7可以看出，四種鋪裝組合結構均具有良好的高溫穩定性，60 ℃動穩定度可達到5 000次/ mm以上，70 ℃動穩定度也達到3 000次/ mm以上。相同溫度下，鋪裝組合結構一的動穩定度最大，其次為鋪裝組合結構二、鋪裝組合結構三和鋪裝組合結構四。這說明結合料采用軟化點及高溫黏度高的聚合物復合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝組合結構具有更優的高溫性能。針對高溫重載的使用地區，可優先采用鋪裝組合結構一。

3.3?低溫性能

采用彎曲大梁試驗評價鋪裝組合結構的低溫抗裂性，試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm，試驗溫度為-10 ℃，試驗結果見表8。

從表8可以看出，鋪裝層瀝青混合料的低溫抗裂性同瀝青結合料的低溫延度具有較好的相關性，延度大的結合料，其混合料的抗彎應變也越大。四種澆注式瀝青混合料GA10和四種高彈改性瀝青混合料SMA10的抗彎應變均>10 000 μ。鋪裝組合結構的鋪裝的低溫性能由鋪裝上下層瀝青混合料的低溫性能所決定，因此可以判斷鋪裝組合結構四具有最優的低溫性能，鋪裝組合結構三和鋪裝組合結構二次之。整體而言，四種鋪裝組合結構均具有良好的低溫抗裂性。針對天氣寒冷的使用地區，可優先采用鋪裝組合結構四。

3.4?疲勞性能

采用五點彎曲疲勞試驗評價鋪裝組合結構的疲勞性能，加載頻率為10 Hz，溫度為20 ℃，偏正玄波，以鋪裝層或粘接層出現開裂作為疲勞破壞標準，試驗結果見表9。

從表9可以看出，四種鋪裝組合結構均具有十分優異的疲勞性能，疲勞次數均超過100萬次。采用延度大的聚合物復合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝結構具有更高的疲勞壽命。另外，還可以看出，四種鋪裝組合結構的破壞面均在鋪裝層與防水粘結層之間（層間脫層），這表明防水粘結層仍然是澆注式瀝青鋪裝體系的薄弱之處，在工程運用中應重點關注。

4?結語

（1）四種澆注式瀝青混合料鋪裝結構“GA10+SMA10”均具有優異的界面粘結性能、高溫穩定性、低溫抗裂性及疲勞性能。

（2）瀝青結合料對鋪裝結構界面粘結性能影響較小，常溫下主要由二階環氧樹脂防水粘結劑的粘結性能決定。軟化點和高溫黏度高的聚合物復合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝組合結構“GA10+SMA10”具有更優的高溫性能。延度大的聚合物復合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝結構具有更佳的低溫性能和疲勞性能。

（3）在實體鋼橋面鋪裝工程中，應根據工程特點、服役環境及設計文件等因素選擇合適的瀝青結合料和鋪裝組合結構。

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