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(guó)大跨徑鋼橋面應(yīng)用規(guī)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(jié)構(gòu)“GA10+SMA10”，評(píng)價(jià)其界面粘結(jié)性能、高溫性能、低溫性能及疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)均具有優(yōu)異的路用性能，瀝青結(jié)合料對(duì)鋪裝組合結(jié)構(gòu)界面粘結(jié)性能影響較小，對(duì)其高溫性能、低溫性能及疲勞性能有一定影響。根據(jù)實(shí)體工程要求，應(yīng)綜合考慮選擇合適的瀝青結(jié)合料和鋪裝組合結(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu);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(hù)層和功能層，對(duì)橋梁的耐久性和行車的安全性、舒適性及社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(fù)雜多變[2]。因此，鋼橋面鋪裝也成為橋梁建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。澆注式瀝青混合料流動(dòng)性好，無(wú)須碾壓，防水性能、抗開(kāi)裂性能、耐久性及隨從變形能力優(yōu)異[3]。改性瀝青SMA則具有優(yōu)良的抗車轍性能、抗疲勞開(kāi)裂性、抗滑性及耐久性[4]。經(jīng)過(guò)十多年研究及應(yīng)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(jié)構(gòu)）已成為我國(guó)大跨徑鋼橋面應(yīng)用規(guī)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(zhǎng)江公路大橋、港珠澳大橋、楊泗港長(zhǎng)江大橋、平潭海峽公鐵大橋等國(guó)內(nèi)100多座鋼橋面鋪裝工程中應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)大跨徑鋼橋面鋪裝澆注式瀝青混合料多采用聚合物復(fù)合改性瀝青，改性瀝青SMA多采用高彈改性瀝青[8-9]。瀝青結(jié)合料的性能將影響混合料的性能，進(jìn)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(jié)構(gòu)，分別采用不同的聚合物復(fù)合改性瀝青和高彈改性瀝青，評(píng)價(jià)其界面粘結(jié)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(jù)。

1?試驗(yàn)原材料選擇

選擇四種自主研發(fā)的聚合物復(fù)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(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。采用性能指標(biāo)符合規(guī)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(biāo)分別見(jiàn)表2和表3。

2?級(jí)配及最佳油石比的確定

聚合物復(fù)合改性瀝青澆注式瀝青混合料GA10的級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4，油石比確定為8.0%。高彈改性瀝青混合料SMA10的級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)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(jié)構(gòu)“35 mmGA10+35 mmSMA10”：結(jié)構(gòu)一為聚合物復(fù)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(jié)構(gòu)二為聚合物復(fù)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(jié)構(gòu)三為聚合物復(fù)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(jié)構(gòu)四為聚合物復(fù)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(jié)材料選用二階環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)劑。

3?鋪裝組合結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)

3.1?粘結(jié)性能

鋼橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的界面結(jié)合強(qiáng)度直接反映了鋪裝體系整體的抗剪強(qiáng)度和鋪裝層抗推移能力[12]。待二階環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)劑固化完全后，采用拉拔剪切試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋪裝組合結(jié)構(gòu)的界面粘結(jié)性能，試驗(yàn)溫度分別為25 ℃、40 ℃和60 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

從表6可以看出，采用二階環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)劑，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)均具有良好的層間粘結(jié)性能和抗剪切性能。隨著溫度的升高，其拉拔剪切強(qiáng)度顯著降低，當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，拉拔試驗(yàn)幾乎全是瀝青混合料內(nèi)部破壞。瀝青結(jié)合料的種類對(duì)鋪裝組合結(jié)構(gòu)的界面粘結(jié)性能影響較小，常溫下其層間界面強(qiáng)度主要由二階環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)劑的粘結(jié)性能決定，而溫度較高時(shí)，主要與混合料自身的強(qiáng)度有關(guān)。

3.2?高溫性能

對(duì)于鋼橋面鋪裝層來(lái)說(shuō)，夏季的使用溫度更高，且厚度偏小，因此，鋼橋面鋪裝應(yīng)當(dāng)具有更優(yōu)的高溫性能來(lái)滿足使用性能[5]。采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋪裝組合結(jié)構(gòu)的高溫性能，試驗(yàn)溫度分別為60 ℃和70 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

從表7可以看出，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)均具有良好的高溫穩(wěn)定性，60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)到5 000次/ mm以上，70 ℃動(dòng)穩(wěn)定度也達(dá)到3 000次/ mm以上。相同溫度下，鋪裝組合結(jié)構(gòu)一的動(dòng)穩(wěn)定度最大，其次為鋪裝組合結(jié)構(gòu)二、鋪裝組合結(jié)構(gòu)三和鋪裝組合結(jié)構(gòu)四。這說(shuō)明結(jié)合料采用軟化點(diǎn)及高溫黏度高的聚合物復(fù)合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝組合結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)的高溫性能。針對(duì)高溫重載的使用地區(qū)，可優(yōu)先采用鋪裝組合結(jié)構(gòu)一。

3.3?低溫性能

采用彎曲大梁試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋪裝組合結(jié)構(gòu)的低溫抗裂性，試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(jié)合料的低溫延度具有較好的相關(guān)性，延度大的結(jié)合料，其混合料的抗彎應(yīng)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(yīng)變均>10 000 μ。鋪裝組合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)四具有最優(yōu)的低溫性能，鋪裝組合結(jié)構(gòu)三和鋪裝組合結(jié)構(gòu)二次之。整體而言，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)均具有良好的低溫抗裂性。針對(duì)天氣寒冷的使用地區(qū)，可優(yōu)先采用鋪裝組合結(jié)構(gòu)四。

3.4?疲勞性能

采用五點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋪裝組合結(jié)構(gòu)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(xiàn)開(kāi)裂作為疲勞破壞標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

從表9可以看出，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)均具有十分優(yōu)異的疲勞性能，疲勞次數(shù)均超過(guò)100萬(wàn)次。采用延度大的聚合物復(fù)合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝結(jié)構(gòu)具有更高的疲勞壽命。另外，還可以看出，四種鋪裝組合結(jié)構(gòu)的破壞面均在鋪裝層與防水粘結(jié)層之間（層間脫層），這表明防水粘結(jié)層仍然是澆注式瀝青鋪裝體系的薄弱之處，在工程運(yùn)用中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

4?結(jié)語(yǔ)

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

（2）瀝青結(jié)合料對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)界面粘結(jié)性能影響較小，常溫下主要由二階環(huán)氧樹(shù)脂防水粘結(jié)劑的粘結(jié)性能決定。軟化點(diǎn)和高溫黏度高的聚合物復(fù)合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝組合結(jié)構(gòu)“GA10+SMA10”具有更優(yōu)的高溫性能。延度大的聚合物復(fù)合改性瀝青和高彈改性瀝青的鋪裝結(jié)構(gòu)具有更佳的低溫性能和疲勞性能。

（3）在實(shí)體鋼橋面鋪裝工程中，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、服役環(huán)境及設(shè)計(jì)文件等因素選擇合適的瀝青結(jié)合料和鋪裝組合結(jié)構(gòu)。

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