混凝土橋面鋪裝用地毯式瀝青混合料配合比設計研究

馬 瀟 余 波

（四川省交通建設集團有限責任公司路面工程分公司，四川 成都 610041）

0 引言

傳統的橋面鋪裝和養護工作耗時長，由此造成的交通擁堵、道路變窄、車道減少等問題帶來諸多安全隱患，國內外采用的橋面快速搶修等技術成為化解施工造成的交通擁堵和縮短封路時間的常用手段[1-2]。地毯式瀝青混合料可用于新建混凝土橋面或舊路修復和養護，這是當前研究的熱點[3]，該方法使路面罩面修復變得簡單、快捷，有利于實現“循環式路面”[4]。本文通過檢測的方式，分析基于瀝青混合料配合比優選的地毯式瀝青混合料的性能，以促進混合料的合理應用。

1 結構與材料

1.1 橋面結構

匝道混凝土橋面板和橋面鋪裝結構設計如圖1所示。一般將15mm厚的高聚合物改性瀝青混合料的地毯式瀝青層粘貼至橋面上，兼具應力吸收層的作用[5-6]，經過粘結固化后，再繼續鋪筑常規下面層和上面層。

圖1 匝道混凝土橋面板和橋面鋪裝結構設計

1.2 材料

地毯式瀝青混合料粗骨料粒徑包括0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm 5種類型，針片狀小于1.8%，洛杉磯磨耗值10%，還包括石灰石磨礦粉、纖維穩定劑、SBS改性瀝青（SBS含量4.5%）或基質瀝青、高粘度國產型添加劑等[7-8]。

1.3 瀝青混合料配合比設計方案

根據結構設計目的可知，此預制瀝青層是作為防水層和粘結層，因此其混合料設計的思路是通過合理的設計以達到密實、封水、柔韌的效果，并且由于是預制，混合料設計需另外實現容納高瀝青用量，達到常溫下穩定卷曲存儲后保證層間不黏結的目的。為了達到上述混合料設計目標，本次專用高韌性復合改性地毯式瀝青混合料，級配如圖2所示，最大公稱粒徑選用5mm，專用級配簡稱為BLK-5。

圖2 BLK-5高韌性復合改性地毯式瀝青混合料的級配

BLK是一種懸浮型密實級配，在特殊的結合料作用下可制備生成高柔性和可彎曲的地毯式BLK-5，最佳瀝青用量預定為12.0%。結合料采用特殊的改性瀝青，選用特殊改性劑（Special Modifier，下簡稱SM）進行配比，選用了4 種備選瀝青：（1）70#瀝青+1.5%SM；（2）SBS 改性瀝青＋1.5%SM；（3）70#瀝青＋2.5%SM；（4）SBS改性瀝青＋2.5%SM，將通過基于表面能的粘結層粘結性能試驗進行瀝青混合料配合比方案的優選。

2 基于表面能理論的瀝青混合料配合比方案優選

2.1 試驗設計

基于表面能理論可以定量評價瀝青-集料的粘附特性[9]，在掌握原材料的表面能參數的情況下可以選擇粘附功對預制瀝青層與混凝土橋面的粘結性能進行評價，以此優選性能優異的瀝青混合料配合比方案。粘附功表示的是在干燥無水條件下從瀝青-集料界面分離瀝青所需的能量[10]，因此在本節的試驗中選用了橋面鋪裝用集料和BLK-5的粘結層所用瀝青進行試驗。

首先需要得到表面能的基本參數，選用SDC-100接觸角測量儀。在25℃條件下用躺滴法測量蒸餾水、甘油和甲酰胺三種液體與瀝青的接觸角，并計算不同特種改性瀝青的表面自由能。專用特種瀝青加熱至190℃，使用接觸角測量儀將瀝青與干凈、干燥、平整的集料接觸，測量瀝青與集料的接觸角。25℃條件下測量蒸餾水與集料的接觸角將成為粘附功計算的過程數據，由儀器自動記錄，數據冗長不在此展示。

2.2 接觸角測試

接觸角代表測試液體為蒸餾水、甘油和甲酰胺，具有與瀝青互溶、常溫下性質穩定、表面自由能參數相差較大的優點[10]，4種備選瀝青與不同液體的接觸角測量結果見表1所示。

表1 4種備選瀝青與不同液體的接觸角

2.3 表面能與黏附功的計算

瀝青的黏聚功計算公式為[11]：

式中：

ΔWa——瀝青的黏聚功；

定理 2.6 ([0,1], ρπ)是完備度量空間,即([0,1], ρπ)中的Cauchy-列均收斂。

γa——瀝青表面能。

根據Good-van Oss公式，表面能由色散分量與極性酸堿分量兩部分組成[11]，瀝青表面能計算公式為：

式中：

Owent-Wendt根據Fowkes公式結合Young方程開發了公式計算[12]。

瀝青-集料粘附功：

式中：

表2所示為表面能和黏附功計算結果。

表2 4種備選瀝青的表面能參數

2.4 方案選定

從表2可知，選用3號方案即70#瀝青＋2.5%SM可以獲得最佳的瀝青-集料粘附功。在BLK-5的粘結層的結合料設計中我們選取此配比。值得一提的是，SBS改性瀝青與SM的融合性存在一定欠缺，不及基質瀝青的效果。

3 地毯式瀝青混合料性能檢測

將70#瀝青＋2.5%SM的瀝青應用于地毯式瀝青混合料并進行鋪筑，鋪筑層的厚度為1.5cm，須具備常規瀝青混合料層的結構力學特性，因此混合料制備完成后，根據公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程進行混合料檢測[5]。檢測試驗得到的結果如表3所示。

表3 地毯式瀝青混合料性能檢驗結果表

從表3可以看出，選擇最優瀝青混合料配合比得到的地毯式瀝青混合料的各項性能均滿足相關規范要求，可以用于橋梁面層施工。

4 結束語

綜上所述，地毯式瀝青混合料采用高模量、高柔韌性地毯BLK-5，最佳瀝青用量為12.0%，可作為混凝土橋面的防水粘結層和應力吸收層；以粘附功對預制瀝青層與混凝土橋面的粘結性能進行評價，70#瀝青＋2.5%SM成為具有最佳的瀝青-集料粘附功的配比；具有最優瀝青混合料配合比的地毯式瀝青混合料的各項性能均滿足相關規范要求，粘結層較普通乳化瀝青或熱瀝青的粘結強度有大幅度的提升且技術具備操作的可行性，適用于現有混凝土橋面板施工。