關(guān)鍵詞：鋼橋面鋪裝 | 高彈改性瀝青 | 改性瀝青混合料SMA10 | 路用性能 | 對比分析

鋼橋面鋪裝是直接鋪設(shè)在鋼橋面板上，與鋼橋面結(jié)構(gòu)共同承重的構(gòu)造物[1]。研究表明，鋼橋面鋪裝層zui大拉應力或拉應變均出現(xiàn)在鋪裝層表面，其疲勞裂縫發(fā)展規(guī)律是由上面層向下面層擴展，這不同于普通的瀝青混合料路面[2]。因此，鋼橋面鋪裝上面層材料需要具有良好的抗裂性能。SMA混合料因優(yōu)異的性能，被廣泛用于鋼橋面鋪裝工程的上面層。目前，國內(nèi)應用規(guī)模zui大的鋼橋面鋪裝方案是“下面層澆注式瀝青混合料GA10＋上面層改性瀝青混合料SMA”[3-5]。

用于改性瀝青混合料SMA的結(jié)合料主要分為高粘改性瀝青和高彈改性瀝青[6]。在我國公路建設(shè)早期，常采用高粘改性瀝青，但其混合料SMA抗裂性不足，橋面鋪裝出現(xiàn)了一定的開裂病害[7]。理論研究與工程實踐證明，高彈改性瀝青混合料SMA具有優(yōu)異的抗裂性能[5，8-9]，鋼橋面鋪裝層很少出現(xiàn)開裂病害。近年來，國內(nèi)大跨徑鋼橋面鋪裝上面層混合料多采用高彈改性瀝青混合料SMA[4，10-13]，如重慶朝天門長江大橋、安徽馬鞍山長江大橋、武漢沌口長江大橋、武漢青山長江公路大橋、福建平潭海峽大橋、滬蘇通長江公鐵大橋主航道橋等重大重點工程。

瀝青結(jié)合料種類對混合料的性能有決定性影響，對結(jié)合料的選擇要綜合考慮各方面性能。李睿等[14]研究表明，相比普通SBS改性瀝青混合料，高彈改性瀝青混合料的低溫性能和疲勞性能優(yōu)異，且混合料的性能與結(jié)合料的性能結(jié)果一致。王民等[15]對比分析了不同瀝青結(jié)合料的澆注式瀝青混合料的性能，結(jié)果表明，混合料的性能與其結(jié)合料類型存在一致性。歐陽男[16]研究了高彈改性瀝青和復合改性瀝青對澆注式瀝青混合料性能的影響，結(jié)果表明高彈改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和疲勞性能更優(yōu)，但復合改性瀝青混合料施工和易性更好。在此，本文選擇4種高彈改性瀝青和1種高粘改性瀝青，在相同條件下成型混合料SMA10，分析評價混合料的路用性能及其與結(jié)合料技術(shù)性能指標間的聯(lián)系，為后續(xù)工程運用中結(jié)合料的選擇以及瀝青混合料性能的改善提供參考依據(jù)。

結(jié)合料性能分析

選擇4種高彈改性瀝青(分別記為改性瀝青A、改性瀝青B、改性瀝青C和改性瀝青D)和高粘改性瀝青(記為改性瀝青Ｅ)，其技術(shù)指標檢測結(jié)果見表1。

從表1可以看出，高彈改性瀝青的綜合性能明顯優(yōu)于高粘改性瀝青。4種高彈改性瀝青的技術(shù)指標不盡相同，針入度(25℃)為65~78(0.1mm)，軟化點均高于90℃，延度(5℃)均大于1250px，旋轉(zhuǎn)粘度(175℃)為650mPa·s~720mPa·s，彈性恢復率均大于97％，與集料的粘附性等級均為5，殘留針入度比均大于70％，殘留延度均大于750px。其中改性瀝青A具有zui大的高溫粘度、殘留針入度比及zui高的軟化點，表現(xiàn)出更好的高溫性能和抗老化性能；改性瀝青C具有zui大的低溫延度、彈性恢復率和針入度，表現(xiàn)出更優(yōu)異的低溫性能；而改性瀝青B和改性瀝青D的各項技術(shù)指標居中。

結(jié)合料的技術(shù)指標對混合料的路用性能有較大影響，進一步研究混合料SMA10的路用性能，并分析混合料性能與結(jié)合料技術(shù)性能指標的聯(lián)系。

混合料性能分析

原材料選擇

粗集料和細集料均采用玄武巖，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，纖維采用聚酯纖維。原材料的技術(shù)指標檢測結(jié)果見表2~表5。

配合比及試驗方法

根據(jù)礦料篩分結(jié)果，改性瀝青混合料SMA10的級配設(shè)計見表6。改性瀝青混合料SMA10用結(jié)合料采用改性瀝青A、改性瀝青B、改性瀝青C、改性瀝青D和改性瀝青E，油石比采用6.0％，聚酯纖維用量為混合料總質(zhì)量的0.25％，拌和溫度為180℃，拌和時間為180s。在此條件下拌制5種改性瀝青混合料SMA10，分別成型馬歇爾試件、高溫車轍試件、低溫三點彎曲試件和四點彎曲疲勞試件。按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的測試方法，進行改性瀝青混合料SMA10的性能試驗，系統(tǒng)評價其路用性能。

力學性能

馬歇爾穩(wěn)定度可作為混合料力學強度的評定指標。對改性瀝青混合料SMA10進行馬歇爾試驗，試驗溫度為60℃，結(jié)果見表7。

從表7可知，5種混合料SMA10的空隙率和馬歇爾穩(wěn)定度均滿足技術(shù)要求。高粘改性瀝青混合料SMA10的馬歇爾穩(wěn)定度大于高彈改性瀝青混合料SMA10，說明高粘改性瀝青混合料SMA10具有更高的力學強度。針對高彈改性瀝青混合料SMA10而言，SMA10-A的馬歇爾穩(wěn)定度zui大，其后依次為SMA10-B、SMA10-D和SMA10-C。高彈改性瀝青A的軟化點和高溫粘度均高于高彈改性瀝青B、C和D，這表明高彈改性瀝青混合料SMA10的力學強度與瀝青結(jié)合料的軟化點和高溫粘度有密切的關(guān)聯(lián)。

高溫性能

鋼橋面鋪裝要求混合料具有良好的高溫性能。對改性瀝青混合料SMA10進行車轍試驗，試驗溫度為60℃和70℃，結(jié)果見表8。

從表8可知，相同試驗溫度下，4種高彈改性瀝青混合料SMA10的動穩(wěn)定度要低于高粘改性瀝青混合料SMA10，且車轍深度更大，說明高彈改性瀝青混合料SMA10的高溫性能較高粘改性瀝青混合料SMA10差，但完全滿足技術(shù)要求(夏炎熱區(qū)70℃動穩(wěn)定度≥3000次/mm，夏涼區(qū)60℃動穩(wěn)定度≥3000次/mm)。4種高彈改性瀝青混合料SMA10的動穩(wěn)定度大小順序為：SMA10-A＞SMA10-B＞SMA10-D＞SMA10-C，與馬歇爾穩(wěn)定度的規(guī)律一致，即力學強度高的混合料SMA10，其高溫性能同樣優(yōu)異。結(jié)果表明，高彈改性瀝青混合料SMA10的高溫性能與瀝青結(jié)合料的軟化點和高溫粘度有明顯的相關(guān)性，即軟化點和高溫粘度越高的高彈改性瀝青，其混合料SMA10具有更優(yōu)的高溫穩(wěn)定性。據(jù)此，針對高溫重載地區(qū)，可優(yōu)先采用高彈改性瀝青A。

低溫性能

鋼橋面鋪裝要求混合料具有良好的低溫性能。對改性瀝青混合料SMA10進行低溫彎曲大梁試驗，試件尺寸為300mm×100mm×50mm，試驗溫度為-10℃，結(jié)果見表9。

從表9可知，5種改性瀝青混合料SMA10的低溫抗彎應變均大于6000，滿足技術(shù)要求。其中，高彈改性瀝青混合料SMA10的低溫抗彎應變?yōu)?0000~11320，明顯高于高粘改性瀝青混合料SMA10的7813。高彈劑的摻入使得改性瀝青混合料的低溫變形能力大大增強，可承受更高極限應變，解決了鋼橋面鋪裝混合料SMA10的開裂問題。4種高彈改性瀝青混合料SMA10的低溫抗彎應變大小順序為：SMA10-C＞SMA10-D＞SMA10-B＞SMA10-A，這與瀝青結(jié)合料的低溫延度和彈性恢復率大小順序一致，表明高彈改性瀝青混合料SMA10的低溫抗裂性同瀝青結(jié)合料的低溫延度和彈性恢復率具有較好的相關(guān)性。低溫延性越好的高彈改性瀝青，其混合料SMA10具有更佳的低溫抗裂性。據(jù)此，針對寒冷地區(qū)，可優(yōu)先采用高彈改性瀝青C。

水穩(wěn)定性能

混合料水穩(wěn)定性能的優(yōu)劣同樣關(guān)乎鋼橋面鋪裝的服役狀況。對改性瀝青混合料SMA10進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，結(jié)果見表10。

從表10可知，5種改性瀝青混合料SMA10的浸水殘留穩(wěn)定度均大于90％，其順序為：SMA10-D＞SMA10-C＞SMA10-E＞SMA10-B＞SMA10-A，凍融劈裂強度比均大于85％，其順序為：SMA10-B＞SMA10-D＞SMA10-E＞SMA10-C＞SMA10-A。整體而言，5種改性瀝青混合料SMA10的水穩(wěn)定性能相差不大。

5種瀝青結(jié)合料與集料具有良好的粘附性(粘附等級均為5)，因此其混合料SMA10的水穩(wěn)定性能優(yōu)異，能有效抵擋水的侵蝕。

疲勞性能

鋼橋面鋪裝疲勞問題一直是世界性難題。對改性瀝青混合料SMA10進行四點彎曲疲勞試驗，試驗溫度為15℃，結(jié)果見表11。

從表11可知，相同條件下，高彈改性瀝青混合料SMA10的勁度模量為1900mPa~2300mPa，明顯小于高粘改性瀝青混合料SMA10的3275mPa。

發(fā)生疲勞時高彈改性瀝青混合料SMA10變形能力較大，疲勞壽命提高20倍左右，因此其疲勞性能更為優(yōu)異。4種高彈改性瀝青混合料SMA10的疲勞次數(shù)大小順序為：SMA10-C＞SMA10-D＞SMA10-B＞SMA10-A，這與瀝青結(jié)合料的低溫延度和彈性恢復率大小順序一致，延展性越好的高彈改性瀝青，在反復彎曲過程中，能吸收較多的彎曲應變能，阻止混合料SMA10的開裂。試驗結(jié)果表明，高彈改性瀝青混合料SMA10的疲勞性能同瀝青結(jié)合料的低溫延度和彈性恢復率具有較好的相關(guān)性。針對疲勞耐久性要求較高的工程，可優(yōu)先采用高彈改性瀝青C。

結(jié)論

本文針對4種高彈改性瀝青混合料SMA10及高粘改性瀝青混合料SMA10展開研究，主要得出以下結(jié)論：

1)4種高彈改性瀝青混合料SMA10的低溫性能和疲勞性能顯著優(yōu)于高粘改性瀝青混合料SMA10，而力學性能和高溫性能則略差于高粘改性瀝青混合料SMA10。

2)高彈改性瀝青混合料SMA10的路用性能與其結(jié)合料的性能密切相關(guān)。相同條件下，軟化點和高溫粘度越高的結(jié)合料，其混合料SMA10的力學性能和高溫性能越優(yōu)異；低溫延度和彈性恢復率越大的結(jié)合料，其混合料SMA10的低溫性能和疲勞性能更佳。4種高彈改性瀝青與集料的粘附性良好，其混合料SMA10均表現(xiàn)出優(yōu)異的水穩(wěn)定性能。4種高彈改性瀝青混合料SMA10的性能各有優(yōu)劣，可根據(jù)實體工程所在地的環(huán)境及設(shè)計要求進行材料選擇。

3)改性瀝青的性能不是單純地受結(jié)合料中某項技術(shù)指標的影響，是一個比較復雜的綜合影響的結(jié)果。因此，高彈改性瀝青的性能如何影響混合料SMA10的路用性能，還有待更多的試驗進一步驗證。

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全文完 發(fā)布于《公路交通技術(shù)》2021年12月?

作者簡介,劉 攀(1990-),男,四川省成都市人,碩,工程師,主要從事道路材料及橋面鋪裝等方面的研究工作

文章轉(zhuǎn)載于“瀝青路面”公眾號

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棱柱體小梁四點彎曲試驗是 2011 年交通部行業(yè)標準《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評價瀝青混合料疲勞性能 和測量勁度模量的非常重要的試驗方法。該方法可以在DTS多功能動態(tài)試驗系統(tǒng)中進行，也可以使用單獨式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進行試驗。尤其對于試驗任務量比較大的單位，因為疲勞試驗可能持續(xù)的時間比較長，幾小時到幾天、甚至幾周。 所以配備一套單獨式的瀝青混合料疲勞試驗系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動伺服四點彎曲疲勞試驗機 (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達60Hz的準確加載波形的氣動伺服試驗儀。四點彎曲疲勞試驗機可加載半正弦波和正弦波，受控應變或受控正弦應力控制模式，測試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎 曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞壽命

▍ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞損傷

▍AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復彎曲疲勞壽命

▍EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點彎曲試驗

▍EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點彎曲試驗 (4PB-PR)

▍T0739-2011 瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗

產(chǎn)品特點

1.試樣通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預定的夾緊力，并保證測試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過調(diào)節(jié)電機電流控制

2.兩個夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點的夾緊和放松。四個試樣夾緊框可實現(xiàn)所有加載點和反力點的旋轉(zhuǎn)和橫向移動

3.頂部夾緊塊的標志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>

4.氣動伺服系統(tǒng)使用底部氣動加載作動器，配備高性 能氣動伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運行中的自適應控制，可始終維 持測試所需的應力/應變

5.薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實時測量和控制荷載。主軸位移傳感器可實現(xiàn)中間加載框架的準確定位

6.試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進行控制并測量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測量部分變形的方法），符合相關(guān)標準的要求。

7.基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡單、效率高并符合有關(guān)國際標準。

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