兩港大道快速化工程橋面鋪裝澆注式瀝青優(yōu)化技術(shù)研究

李德錦 田 超 劉 攀

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；

2. 重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司 重慶 401336

兩港大道（新四平公路—S2）快速化工程位于中國（上海）自由貿(mào)易試驗區(qū)臨港新片區(qū)內(nèi)。道路規(guī)劃采用“主線高架＋地面道路”形式，其中，主線高架等級為城市快速路，設(shè)計速度80 km/h，采用雙向六車道規(guī)模；地面道路等級為城市主干路，設(shè)計速度50 km/h，采用雙向六快二慢規(guī)模。項目位于上海市浦東新區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤，春秋較短、冬夏較長，且夏季炎熱，全年60%以上的雨量集中在5月至9月的汛期。橋面鋪裝設(shè)計采用40 mm SBS改性瀝青混合料SMA13＋SBR改性乳化瀝青黏層＋35 mm澆注式瀝青混合料GA10。

澆注式瀝青混合料GA10在施工中無須碾壓，依靠自身良好的流動性即可攤鋪，同時具有優(yōu)異的防水性能、柔韌性、抗開裂性能、變形協(xié)調(diào)能力等[1-4]，但其較高的瀝青用量（7%～10%）導(dǎo)致其高溫穩(wěn)定性能（特別在高溫重載條件下）略顯不足[5-7]。研究表明，采用改性劑、格柵加筋、預(yù)拌瀝青碎石等手段可以有效提高澆注式瀝青及其混合料的高溫性能[8-10]。

考慮到兩港大道快速化工程的使用條件對澆注式瀝青提出的高要求，結(jié)合材料的結(jié)構(gòu)特性，本文采用專用高溫補(bǔ)強(qiáng)劑增強(qiáng)技術(shù)，在普通澆注式瀝青的基礎(chǔ)上摻加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑，解決高溫重載條件下，澆注式瀝青鋪裝熱穩(wěn)定性不足的技術(shù)難題，提高鋪裝層的抗車轍性能，從而提升橋面使用品質(zhì)，并延長其服役壽命。

1 澆注式瀝青基本性能研究

本文研究了高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量（0、2%、4%和6%）對澆注式瀝青針入度、5 ℃延度、軟化點、175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度等性能指標(biāo)的影響規(guī)律，試驗結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青針入度的影響

圖2 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青延度的影響

圖3 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青軟化點的影響

圖4 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青旋轉(zhuǎn)黏度的影響

從圖1～圖4可以看出，高溫補(bǔ)強(qiáng)劑對澆注式瀝青的各項性能指標(biāo)均有較大的影響。一定范圍內(nèi)，隨著高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量的增加，澆注式瀝青的針入度逐漸降低，軟化點和高溫黏度逐漸增加，說明高溫補(bǔ)強(qiáng)劑改善了澆注式瀝青的高溫性能；低溫延度則隨著高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量的增加而降低，說明高溫補(bǔ)強(qiáng)劑對澆注式瀝青的低溫性能有一定的負(fù)面影響。當(dāng)高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量為2%時，澆注式瀝青的軟化點超過110 ℃，5 ℃延度超過20.0 cm，175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度低于1 000 mPa·s；當(dāng)高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量為4%時，澆注式瀝青的軟化點可達(dá)115.6 ℃，然而其5 ℃延度僅為13.5 cm，175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度超過1 000 mPa·s；當(dāng)高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量為6%時，澆注式瀝青的5 ℃延度已小于10.0 cm，不滿足規(guī)范要求。綜合來看，高溫補(bǔ)強(qiáng)劑的合理摻量不宜少于2%，也不宜高于4%，此時澆注式瀝青的綜合性能較為優(yōu)異，能同時兼顧材料的高溫性能、低溫性能及施工和易性。

2 澆注式瀝青流變性能研究

瀝青的流變性能直接影響混合料的使用性能，對于澆注式瀝青混合料這種瀝青用量大的混合料而言更是如此。通過動態(tài)剪切流變試驗進(jìn)行研究，試驗儀器為AR2000ex動態(tài)剪切流變儀，采用應(yīng)變控制模式，試驗結(jié)果如圖5～圖7所示。

圖5 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青復(fù)數(shù)模量的影響

圖6 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青相位角的影響

圖7 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量對澆注式瀝青車轍因子的影響

從上述結(jié)果可以看出，添加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑后澆注式瀝青的復(fù)數(shù)模量G*有了顯著提高，且相同溫度下，隨著高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量的增加，澆注式瀝青的復(fù)數(shù)模量G*逐漸增大，表明高溫補(bǔ)強(qiáng)劑能有效提高澆注式瀝青的抗變形能力。高溫補(bǔ)強(qiáng)劑提高了澆注式瀝青的剛性，從而賦予其更大的模量。隨著高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量的增加，澆注式瀝青的相位角φ明顯降低，表明高溫補(bǔ)強(qiáng)劑能夠賦予澆注式瀝青更多的彈性成分。高溫補(bǔ)強(qiáng)劑的摻入降低了瀝青分子鏈隨溫度運(yùn)動的敏感性，從而使得其流動變形受阻，黏性成分降低，從而減小了相位角φ。高溫補(bǔ)強(qiáng)劑能夠明顯提高澆注式瀝青的車轍因子G*/φ，主要原因是分散于瀝青中的高溫補(bǔ)強(qiáng)劑能夠明顯提高澆注式瀝青的復(fù)數(shù)模量G*和降低澆注式瀝青的相位角φ，從而增強(qiáng)了澆注式瀝青的抗車轍能力。

3 澆注式瀝青混合料性能研究

粗細(xì)集料均采用性能指標(biāo)合格的石灰?guī)r，礦粉采用性能指標(biāo)合格的石灰?guī)r礦粉。根據(jù)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定[11]，進(jìn)行澆注式瀝青混合料GA10的配合比設(shè)計，結(jié)果如表1所示。

表1 澆注式瀝青混凝土GA10設(shè)計級配

為比較普通澆注式瀝青混合料和摻加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑的澆注式瀝青混合料的路用性能，分別以相同的級配、相同的油石比和相同的拌和溫度及拌和時間制備澆注式瀝青混合料GA10，對其各項性能進(jìn)行測試，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 高溫補(bǔ)強(qiáng)劑對澆注式瀝青混合料路用性能的影響

從表2可以看出，2種澆注式瀝青混合料GA10的各項測試指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。其中，摻加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑的澆注式瀝青混合料的60 ℃貫入度和貫入度增量分別達(dá)到2.32 mm和0.21 mm，60 ℃動穩(wěn)定度達(dá)到901次/mm，明顯高于普通澆注式瀝青混合料。表明加入高溫補(bǔ)強(qiáng)劑后，澆注式瀝青混合料的高溫性能有較大幅度提升，混合料的流動性和低溫性能略有下降，但依然滿足橋面鋪裝的使用要求。

4 結(jié)語

1）添加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑后澆注式瀝青的5 ℃延度有所降低，但軟化點和高溫黏度等技術(shù)性能得到較好的改善，降低了材料對于溫度的敏感程度。

2）一定范圍內(nèi)，隨著高溫補(bǔ)強(qiáng)劑摻量的增加，相同溫度下澆注式瀝青的復(fù)數(shù)模量G*逐漸增大，相位角φ逐漸下降。高溫補(bǔ)強(qiáng)劑能夠明顯提高澆注式瀝青的車轍因子G*/φ，從而增強(qiáng)其抗車轍能力。

3）添加高溫補(bǔ)強(qiáng)劑后，澆注式瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性得到了顯著提高，其中，60 ℃貫入度和貫入度增量分別降低了35.6%和38.2%，60 ℃動穩(wěn)定度提升了75.0%；混合料的流動性和低溫性能受到負(fù)面影響，但仍滿足相關(guān)技術(shù)要求。

4）優(yōu)化后的澆注式瀝青能更好地滿足兩港大道快速化工程橋面鋪裝的使用要求。