澆注式瀝青混合料路用性能的思考

劉尚卿 游凌達(dá)

（中犇檢測(cè)認(rèn)證有限公司，河南 鄭州 450000）

澆注式瀝青混合料不同于普通熱拌瀝青混合料，其具有瀝青含量高(7%～10%)、礦粉含量高(20%～30%)及拌和溫度高(220℃～260℃)的“三高”特點(diǎn)，拌和時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)性好，無須碾壓，依靠自身的流動(dòng)性即可攤鋪，同時(shí)其空隙率很小，且內(nèi)部空隙不連通。澆注式瀝青混合料的上述特點(diǎn)決定其具有優(yōu)異的防水性能、抗開裂性能和與鋼板的追從性能。由于其優(yōu)異的使用性能，澆注式瀝青混合料廣泛用于鋼橋面鋪裝、隧道路面、停車場(chǎng)和地坪等領(lǐng)域。目前澆注式瀝青混合料鋪裝體系已成為我國(guó)大跨徑鋼橋面應(yīng)用規(guī)模最大的鋪裝方案。由于我國(guó)高溫、超載的特點(diǎn)，要求澆注式瀝青混合料具有良好的高溫性能，其結(jié)合料主要采用聚合物復(fù)合改性瀝青。

1 工程概況

某路橋工程全長(zhǎng)2678m，由于該橋地處寒冷地區(qū)，夏、冬兩季溫差顯著，溫差至少在65℃以上，使用條件極為苛刻。在兼顧橋面防水的同時(shí)，決定橋面鋪裝采用澆注式瀝青混凝土。

2 試驗(yàn)材料與測(cè)試方法

瀝青性能是決定瀝青混合料的關(guān)鍵因素。適宜于澆注式瀝青混合料的瀝青采用的是改性硬質(zhì)瀝青，它不同于常規(guī)瀝青混合料的普通瀝青或改性瀝青；而澆注式瀝青混合料屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，其高溫抗剪強(qiáng)度主要依靠的是瀝青自身的粘聚力；澆注式瀝青混凝土施工工藝也不同于一般瀝青混凝土需要碾壓，它是根據(jù)其高溫流動(dòng)性直接攤鋪成型。綜上可知，改性硬質(zhì)瀝青的特性將直接決定著澆注式瀝青混凝土的高溫強(qiáng)度與施工和易性。因此，改性硬質(zhì)瀝青的配制和混合料瀝青最優(yōu)用量選擇是該試驗(yàn)研究的核心問題。

2.1 試驗(yàn)材料選擇

1）瀝青材料。澆注式瀝青混凝土要求瀝青在高溫時(shí)具有很好的流動(dòng)性，而傳統(tǒng)的瀝青改性劑往往在高溫時(shí)會(huì)增加瀝青的黏度，造成澆注式瀝青混凝土高溫施工困難。試驗(yàn)所用改性硬質(zhì)瀝青由SBS(I-D)改性瀝青和TLA湖瀝青按確定比例調(diào)配而成，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定其各自的技術(shù)性能。2）粗集料。由于澆注式瀝青混合料的成型機(jī)理與SMA等其他混合料不一樣，其高溫穩(wěn)定性主要依賴于膠泥的性能。因此對(duì)集料的要求不象SMA那樣嚴(yán)格，在鋪裝底層的澆注式瀝青混合料時(shí)，試驗(yàn)采用新鮮、干凈、堅(jiān)硬、無風(fēng)化、無雜質(zhì)的玄武巖軋制的碎石，通過室內(nèi)試驗(yàn)獲得的粗集料技術(shù)性能指標(biāo)符合規(guī)定要求。3）細(xì)集料。細(xì)集料如河砂、山砂、海砂和機(jī)制砂等，在澆注式瀝青混合料中細(xì)集料占有很大的比例，大約30%，因此細(xì)集料的性能對(duì)混合料的影響很大，澆注式瀝青混合料中的細(xì)集料需加入一定數(shù)量的天然砂，以增加澆注式瀝青混合料的高溫流動(dòng)性，但由于天然砂特有的材料特性對(duì)高溫抗車轍不利，因此必須進(jìn)行一定的限制。澆注式瀝青混合料中機(jī)制砂與天然砂的比例應(yīng)不大于1:2。本工程細(xì)集料加工過程中的石屑由專門設(shè)備加工成機(jī)制砂，其技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果符合規(guī)定要求。4）填料。在橋面瀝青鋪裝中，礦粉作為填料，在瀝青混凝土中起很大的作用，特別是在澆注式瀝青混凝土中，因其礦粉的含量較高，達(dá)到集料用量的25%左右。在瀝青混凝土中，礦粉主要是吸收瀝青組成瀝青膠結(jié)料，膠結(jié)料的性能對(duì)瀝青混凝土的性能將產(chǎn)生很大影響，因此所用的礦粉質(zhì)量的優(yōu)劣將會(huì)對(duì)橋面鋪裝的質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響，通常情況下，橋面鋪裝所用的礦粉必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)而成的礦粉，其技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果符合規(guī)定要求。

2.2 測(cè)試方法

試驗(yàn)在確定填料用量及礦料級(jí)配的前提下，改變?yōu)r青的用量，通過貫入度試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)及流動(dòng)度試驗(yàn)確定最佳瀝青用量，然后通過高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性試驗(yàn)等對(duì)最佳瀝青用量下的瀝青混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證。根據(jù)公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程相關(guān)要求，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)方孔篩進(jìn)行集料篩分，骨料篩分成各檔集料、結(jié)合《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》集料級(jí)配推薦范圍的上下限，繪制出規(guī)范級(jí)配曲線見圖1。

圖1 規(guī)范級(jí)配曲線

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合澆注式瀝青混凝土高溫性能不足的特點(diǎn)，選擇高溫性能較優(yōu)的改性硬質(zhì)瀝青(SBS改性瀝青∶TLA湖瀝青=70%∶30%)作為目標(biāo)優(yōu)化瀝青，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，預(yù)估確定SBS∶TLA=7∶3配制的改性硬質(zhì)瀝青的用量8.8%，并按±0.3%變化，即瀝青用量分別為9.1%、8.8%、8.5%，最終選取瀝青用量為8.5%進(jìn)行性能分析。

3 澆注式瀝青混凝土的路用性能分析

1）高溫車轍試驗(yàn)。采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝土的高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果為瀝青用量為8.5%時(shí)，實(shí)測(cè)動(dòng)穩(wěn)定值為464次/mm，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)≥350次/mm。由此可知澆注式瀝青混凝土的高溫性能符合技術(shù)要求，但與一般瀝青混合料相比偏低。為進(jìn)一步提高澆注式瀝青混凝土的高溫性能，決定采取在澆注式表面撒布并壓入適量預(yù)裹碎石的措施。為評(píng)價(jià)撒布適量的預(yù)裹碎石對(duì)澆注式瀝青混凝土高溫性能的提升效果，進(jìn)行不同預(yù)裹碎石壓入數(shù)量的車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，預(yù)裹覆碎石的撒入顯著提高了澆注式瀝青混凝土的高溫性能。

2）低溫彎曲試驗(yàn)。低溫彎曲試驗(yàn)中試件尺寸為100mm×50mm×300mm，試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，試驗(yàn)結(jié)果為瀝青用量為8.5%，彎曲應(yīng)力為12.74Mpa，彎曲應(yīng)變?yōu)?400με，彎曲應(yīng)變技術(shù)要求為≥8000με。結(jié)果表明設(shè)計(jì)的澆注式瀝青混合料低溫性能符合技術(shù)要求。

3）動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)。本工程開展了澆注式瀝青混凝土動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。將之與環(huán)氧瀝青混凝土動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3所示。澆注式瀝青混合料性能受溫度和荷載影響較大，混合料的動(dòng)態(tài)模量隨溫度的升高而降低，隨頻率的升高而增加。澆注式瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量在低溫高頻條件下與環(huán)氧瀝青混合料基本接近，具有較高的強(qiáng)度，能夠保證鋪裝層的使用性能;但是在高溫條件下，即溫度超過40℃，混合料的動(dòng)態(tài)模量開始迅速降低，且在低頻條件下，澆注式瀝青混合料的模量降低更為明顯。

圖2 澆注式瀝青動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

圖3 澆注式瀝青與環(huán)氧瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量比較

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，澆注式瀝青混凝土屬于密實(shí)級(jí)配瀝青混凝土。它的特點(diǎn)是在施工溫度條件下，瀝青混合料呈流淌狀態(tài)，一般不需要用壓路機(jī)，只需要用簡(jiǎn)單的攤鋪整平機(jī)具即可完成施工，并能達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度和平整度?；旌狭媳旧砭哂屑?xì)集料含量高，礦粉含量高，瀝青含量高等“三高”特點(diǎn)，較多的瀝青及細(xì)集料含量使粗骨料處于懸浮狀態(tài)，它與熱壓瀝青混凝土不同的是其空隙率很小，而且內(nèi)部空隙不相連。澆注式瀝青混凝土由于其自身優(yōu)異的性能，已逐漸成為橋面鋪裝材料的主流。尤其是寒冷地區(qū)的橋面鋪裝。