鋼橋面鋪裝用新型高黏瀝青及瀝青混合料的研究

任瑞波，馬世東，徐強，姜益順，李寧，趙品暉

（山東建筑大學 交通工程學院，濟南 250101；2.山東省路橋集團有限公司，濟南 250021；3.青島市交通規劃設計院有限公司，青島 266102）

近幾十年來，隨著公路橋梁建設迅速發展，我國建設大量的大跨徑橋梁。對于橋梁建設，在橋面鋪裝材料的開發應用尚未給予足夠重視。目前國內針對大型鋼橋開發的高黏瀝青技術應用效果較好[1,2]。

國內對高黏瀝青的應用相對較晚，早期的一些工程中主要采用TPS 改性劑[3,4]。在近幾年，國內學者投入大量的精力進行高黏瀝青開發工作[5]。由于其優異的路用性能，國內在一些大型橋面鋪裝中逐漸采用高黏瀝青技術[6,7]。與普通改性瀝青相比，高黏瀝青具有更高的黏韌性，用于黏結層時效果顯著[8,9]；由于高黏瀝青黏度高，用以制備的瀝青混合料在施工性能和綜合性能等方面都具有優勢[10]。

本文旨在研究自主開發的新型高黏瀝青的性能，設計適合大型鋼橋橋面鋪裝的SMA-10 混合料，并對其綜合路用性能及實際應用進行研究。

1 高黏瀝青的制備

1.1 原材料

本試驗使用的基質瀝青為齊魯70#A 級道路石油瀝青，其基本技術指標試驗結果如表1 所示。高黏改性劑為實驗室自主研發高黏改性劑，在185℃溫度下，只通過攪拌就可以溶化，不需要進行剪切。與市面常見高黏改性劑相比，具有高溫易溶化、分散更均勻的特點，瀝青改性效果更好。穩定劑采用實驗室常用的硫磺穩定劑，可以促進改性劑與瀝青之間更好融合，減少高黏瀝青離析并提升改性瀝青的部分性能。

表1 基質瀝青技術指標

1.2 改性瀝青制備工藝

將基質瀝青先在烘箱加熱，然后在電熱套中加熱至185℃，保持溫度不變，加入高黏改性劑，在攪拌機中均勻攪拌50min，高黏改性劑完全溶化后加入穩定劑，185℃恒溫發育2.5h，即制得高黏瀝青。

2 高黏瀝青的性能試驗

2.1 基本性能試驗

2.1.1 基本物理性能試驗

根據中國JTG E20-2011 試驗規程對實驗室自主研制的高黏瀝青進行各種瀝青試驗，以評估其物理力學性能。其技術指標見表2。由表2 看出，與SBS 改性瀝青相比，高黏瀝青的針入度較小，表明高黏瀝青高溫性能越好；5℃下高黏瀝青的延度值較大，說明其抗拉性能更好，抵抗低溫開裂的能力更強。此高黏瀝青的離析軟化點差為1.2℃，離析較小，說明穩定劑的加入確實提高了高黏瀝青的儲存穩定性，滿足高黏瀝青施工運輸和儲存的要求。高黏瀝青的60℃動力黏度高達191300Pa·s，遠遠大于SBS 改性瀝青。在高黏瀝青的60℃動力黏度很高的情況下，175℃布氏黏度在0.5Pa·s左右，滿足施工和易性要求，保證了瀝青的施工質量。

表2 高黏瀝青的主要技術指標

2.2 流變性能試驗

2.2.1 溫度掃描試驗

通過動態剪切流變儀（DSR）對高黏瀝青和SBS 改性瀝青進行溫度掃描試驗。動態剪切流變儀（DSR）采用10rad/s 的加載速率，測得高黏瀝青滿足PG-82 的要求，測試結果見表3。

表3 高黏瀝青高溫性能試驗結果

2.2.2 彎曲梁流變試驗

采用彎曲梁流變儀（BBR）來測量很低溫度下瀝青的蠕變性質，不同瀝青BBR 試驗結果如表4 所示。

表4 不同瀝青BBR 試驗結果

由表4 可以得出，相同溫度下，高黏瀝青的S 值要小于SBS 改性瀝青，m 值大于SBS 改性瀝青，說明相比SBS 改性瀝青，高黏瀝青消解自身溫度應力的能力更強，低溫性能更優。該高黏瀝青蠕變勁度滿足-28℃的要求，達到了PG 分級中PG-28 的要求。

3 瀝青混合料路用性能研究

3.1 高溫穩定性能

本研究采用60℃車轍試驗對瀝青混合料的高溫穩定性能進行評價，試驗結果如圖1 所示。

圖1 瀝青混合料高溫車轍試驗結果

對比車轍試驗結果可以發現，高黏瀝青混合料的車轍深度較低，動穩定度值更高。表明高黏瀝青混合料具有較好的高溫穩定性。

3.2 低溫抗裂性能

本文采用低溫小梁彎曲試驗進行研究，試驗結果如圖2 所示。

圖2 瀝青混合料低溫抗裂性試驗結果

由圖2 可知高黏瀝青混合料的抗彎拉強度比SBS改性瀝青混合料高16.5%，彎曲應變比SBS 改性瀝青混合料大51.4%。高黏瀝青混合料表現出更好的抗低溫開裂能力。

3.3 水穩定性能

研究采用凍融劈裂試驗TSR 值評價瀝青混合料的水穩定性。TSR 值越高，抗水損害能力越強。表5 所示的高黏瀝青混合料的TSR 值比SBS 改性瀝青混合料的TSR 值高約11%。91.57%的數值表明，即使在凍融循環過程中，高黏瀝青混合料試件只是出現了很小的水損害。

表5 凍融劈裂試驗數據匯總

4 工程應用

本研究開發的高黏瀝青于2021 年，在東營勝利黃河大橋橋面鋪裝改造工程中得到應用。根據國內外鋼橋面鋪裝的工程經驗和最新的科研成果，修補方案為上層 4cm 厚高黏SMA-10+下層 5.5cm 厚超高性能混凝土（UHPC）。

表6 現場觀測數據

現場觀測結果顯示高黏瀝青混合料 SMA-10 由于粗集料與細集料比例合理，相應的表面構造深度滿足要求；高黏瀝青混合料 SMA-10 的空隙率、滲水系數、摩擦性能均能夠滿足鋼橋面鋪裝的要求，使得面層具有良好抗滑性和耐磨性能。現場鋪裝效果較好，證明高黏瀝青作為鋼橋橋面鋪裝材料的適用性。

5 結論

本文介紹一種用于鋼橋面鋪裝的高黏瀝青和高黏瀝青混合料。在實驗室對自主研發的高黏瀝青進行性能試驗評價，并在實際橋面鋪裝改造工程中進行應用。在此基礎上，得出以下結論：

（1）自主研發的高黏瀝青只需通過攪拌可以制得，不需要進行剪切，并且有很好的高低溫性能，儲存穩定性良好。

（2）混合料試驗表明，高黏瀝青混合料具有良好的路用性能。高黏瀝青混合料的60℃動穩定度、彎曲應變、TSR 分別高于SBS 改性瀝青混合料39.5%、51.4%、11%。

（3）實際工程應用良好證明高黏瀝青作為鋼橋面鋪裝材料的實用性。