高弹改性沥青在钢桥面铺装中的研究与应用

高弹改性沥青在钢桥面铺装中的研究与应用

兰亚军

中铁十一局第二工程有限公司路面分公司  陕西省西安市

摘 要：针对钢桥面铺装层容易出现疲劳开裂、推移的问题，本文以安徽省某高速公路钢桥面铺装施工为例，从铺装结构设计、高弹改性沥青性能、沥青混合料路用性能、施工控制要点等几方面进行研究分析，研究表明双层高弹性改性沥青铺装结构具有很好的抗车辙性能、低温弯曲性能以及抗疲劳性能，为解决钢桥面铺装易出现的问题，提供了很好的实践经验。

关键词：钢桥面铺装；高弹改性沥青；路用性能；施工技术要点

0 引言：随着我国公路交通行业的快速发展，正交异性钢桥面板在公路桥梁的应用越来越广泛，由于钢桥面具有自重较轻、变形大、受力复杂的特点，使其沥青铺装层产生疲劳开裂、推移、车辙等问题。针对以上问题，高弹改性沥青SMA作为一种新型的沥青材料被研究出来，并在钢桥面的铺装中得到了较好的应用。高弹改性沥青SMA以其良好的弹性和延展性成为钢桥面沥青铺装的主要材料，其最大优点在于能够适应桥面横向和纵向的变形[1]。因此，高弹改性沥青SMA在钢桥面铺装中的应用已经成为当前研究的热点之一。本研究旨在深入探讨高弹改性沥青SMA在钢桥面铺装中的应用，通过对其性能、特性以及应用情况等方面的研究，为今后相关研究提供参考。

1.铺装方案

钢桥面铺装方案设计过程中，综合考虑磨耗层和保护层对抗滑、抗裂、抗高温、抗渗水、变形、粘结性等不同使用性能方面的要求，采用的铺装方案如表1。其中SMA-10作为保护层，SMA-13作为磨耗层的双层高弹改性沥青SMA的铺装组合，在目前钢桥面铺装中应用较少，需要经过研究论证后采用。

表1  钢桥面铺装结构组合

2.高弹改性沥青的制备及其性能研究

2.1高弹改性沥青的制备

高弹改性沥青是由A级70#基质沥青、RST高弹改性剂和稳定剂配制而成，其中RST高弹改性剂的掺量为70#基质沥青的12%-14%。高弹改性沥青的技术要求如表2。

表2  高弹改性沥青的技术要求

2.2高弹改性沥青的性能评价

对制备的成品高弹改性沥青各项技术参数进行检测，并与普通SBS改性沥青进行对比，得出试验结果如表3。

表3  高弹改性沥青试验结果

从表3可以看出高弹沥青对比普通SBS改性沥青的主要特征为针入度大、软化点高、5℃延度高、弹性恢复率高、动力粘度高等特点，表明高弹沥青具有较好的变形恢复能力、高温抗变形能力、低温抗裂性能等方面的优势[2]。

3.高弹改性沥青混合料配合比设计

3.1高弹改性沥青混合料级配设计

依据规范及设计文件规定的混合料级配范围，按照原材料检测、目标配合比设计、生产配合比设计的配合比设计流程，确定SMA-10和SMA-13生产配合比级配如表4和表5。

表4  SMA-10生产配合比级配

表5  SMA-13生产配合比级配

3.2最佳油石比确定

按照表4和表5确定的级配，成型马歇尔试件，并对试件进行标准试验，检测结果如表6，最终确定SMA-10的最佳油石比为7.2%，SMA-13的最佳油石比为6.5%。为保证结构层的密实性，确保界面层不发生水损害，在配合比设计时，目标空隙率按低值控制[3]。

表6 沥青混合料性能验证结果统计表

4.高弹改性沥青混合料路用性能验证

4.1高温稳定性

根据我国钢桥面铺装使用现状调查，在夏季高温季节，钢桥面板的温度会达到70℃以上。《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》规定夏炎热区改性沥青SMA在70℃下的动稳定性不低于3000次/mm。因此，本研究通过70℃车辙试验来评估混合料的高温稳定性。试验结果如表7。

表7 动稳定度试验结果

通过表7可看出，与SBS改性沥青试验结果对比，高弹改性沥青动稳定度明显降低，考虑到高弹改性沥青试验温度为70℃，SBS改性沥青混合料车辙试验温度为60℃，但仍可以满足相关标准的要求，表明具有良好的高温稳定性。

4.2低温抗裂性

钢桥面低温弯曲变形比较大，尤其在低温季节，容易引起路面的开裂，《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》提出钢桥面铺装层改性沥青混合料的低温弯曲试验破坏应变(-10℃，50mm／min)不小于3000με。本文采用小梁弯曲试验对两种高弹改性沥青混合料进行低温抗裂性能测试，SMA-10的低温弯曲应变为7863με，SMA-13的低温弯曲应变为6535με。试验结果表明，高弹改性沥青铺装层的弯曲韧性、变形追从性、适应钢桥面弯曲变形的性能良好[4]。

4.3疲劳性能

通过四点弯曲疲劳寿命试验，评价压实沥青混合料承受重复弯曲荷载时的疲劳寿命。试验条件为：试验温度15℃，加载频率10Hz，采用恒应变控制的连续偏正弦加载模式，应变水平为1000με。试验结果如表8所示。

表8 疲劳寿命试验结果

    表8试验结果表明高弹改性沥青混合料在应变水平为1000με时仍具有较高的抗疲劳寿命，能缓解路面的开裂损伤和疲劳损伤，延长路面服役寿命[5]。

5.施工技术要点

（1）钢桥面板的喷砂除锈和防水粘结层施工是钢桥面施工控制的关键，也是钢桥面铺装病害产生的主要方面，各工序施工控制和检测必须严格按照规范要求实施。

（2）通过研究表明，成品高弹改性沥青在高温拌合过程中受粗集料的剪切作用，使改性剂发生降解，高分子链断裂，导致连续网状结构破坏，导致混合料的各项性能指标降低[6]，而直投式高弹改性剂能很好地解决以上问题，且工艺控制更加简单。采用直投式高弹改性剂的混合料生产流程为：首先将集料与改性剂一起进入搅拌锅进行干拌，干拌时间不少于15s，干拌温度180±5℃，让改性剂与集料充分熔融、溶胀，使改性剂变成极薄的液膜粘附在集料表面；然后喷入基质沥青进行湿拌，拌合时间不少于50s，其他拌合流程同普通沥青混合料相 同。通过工程实践证明，采用直投式高弹改性剂的沥青混合料各项性能指标良好，控制的关键是干拌时间、干拌温度和改性剂投放的精确性。

（3）因高弹改性沥青黏度大，沥青混合料温度降低后不易压实，初压温度应不低于160℃，应采用水平震荡压路机。为保证铺装层的密实性，保护层可采用胶轮碾压，但需经过试验确定。

6.结论

（1）高弹沥青对比普通SBS改性沥青的主要特征为针入度大、软化点高、5℃延度高、弹性恢复率高、动力粘度高等特点，表明高弹沥青具有较好的变形恢复能力、高温抗变形能力、低温抗裂性能等方面的优势。

（2）为确保钢桥面板界面层不发生水损害，在沥青铺装层配合比设计时，目标空隙率按低值控制。

（3）高弹改性沥青混合料在高温性能、低温弯曲性能、抗疲劳性能方面均有良好表现，可作为钢桥面沥青铺装的重要研究方向。

（4）为保证高弹改性沥青的使用性能，可采用直投式高弹改性剂来代替成品高弹改性沥青。

参考文献

[1]郝增恒,张肖宁,盛兴跃,等.高弹改性沥青在钢桥面铺装中的应用研究.公路交通科技,2009,(04):22-28.

[2]刘 帆;叶 青;冯建林;王欣芸;李元元;熊 峰;欧 阳;.高黏高弹改性沥青改性机理及性能研究.市改故术,2022.

[3]钢桥面铺装保护层SMA级配优化试验研究_杜波(1)[J].

[4]王 祺;王火 明;徐 霈.钢桥面铺装层高弹改性沥青混合料路用性能研究[J],2018.

[5]王辉;张肖宁.高弹改性沥青混合料疲劳性能研究[J].中外公路,2011.

[6]王显华;黄炳轮;廖乃凤.高弹性SBS改性沥青的研究及应用[J].广 东 化 工www.gdchem.com,2016.