高彈改性瀝青SMA-10路用性能研究及其在橋面鋪裝中的應用

楊振富

(云南重嶺公路勘察設計有限公司 大理市 671001)

0 引言

目前，我國在道路設計中對適應惡劣天氣、抵抗重載及重交通提出了更高的要求，提高普通瀝青的性能被視為其中一項有效措施。高彈性改性瀝青是在普通瀝青的基礎上，通過特殊的配方與工藝改性而成，其延伸性能與疲勞性能十分優異，成為當下的研究熱點[1-2]。國內外已有研究表明：高彈改性瀝青混合料具有優異的疲勞壽命，是SBS改性瀝青混合料的十倍以上，此外其具有良好的高低溫穩定性，適合于惡劣天氣、重載及復雜交通狀況下的瀝青路面面層及橋面鋪裝層[3-5]。然而，國內外對該新型改性瀝青綜合路用性能的研究還不夠完善，在橋面鋪裝中的應用效果介紹與評價還很少。

針對性選用橋面鋪裝中常采用的SMA-10級配類型，對高彈改性瀝青SMA-10的配合比進行了設計。以SBS改性瀝青SMA-10為對照組，通過室內試驗對比研究了高彈改性瀝青SMA-10的路用性能。并通過工程應用實例對高彈改性瀝青的實際應用效果進行了分析。

1 室內試驗

1.1 試驗材料

(1)瀝青：高彈改性瀝青為韓國生產，SBS改性瀝青采用國產。兩者的相關性能檢測結果如表1所示。由表1可知，兩種改性瀝青的彈性恢復值與軟化點有一定差距，高彈改性瀝青性能較優。

表1 瀝青的性能指標

(2)集料與纖維：橋面鋪裝工程中對于集料的性能提出嚴格的要求。室內試驗集料選用玄武巖，其相關技術指標檢測結果如表2所示，礦粉填料采用磨細后的石灰石礦粉。

SMA-10瀝青混合料中摻入質量份數為0.2%的海川聚酯纖維。

表2 集料的性能檢測指標

1.2 配合比設計

(1)礦料級配

礦料的級配設計如表3所示。

表3 SMA-10礦料級配設計(通過篩孔質量百分數)

(2)最佳油石比的確定

參照相關規范標準[6]，最佳油石比由馬歇爾試驗進行確定，如表4所示。由表4可知SBS改性瀝青混合料的最佳油石比為6.2%，纖維摻量為0.2%，高彈改性瀝青混合料的最佳油石比為6.4%。

表4 SMA-10混合料的馬歇爾試驗結果

最佳油石比下的混合料主要性能檢測結果均符合規范要求。

1.3 試驗方案

以相關規范為標準[7]，按設計好的級配與最佳油石比，分別制備高彈改性瀝青及SBS改性瀝青SMA-10混合料試件，進行高溫車轍試驗、低溫三點彎曲試驗、凍融劈裂試驗及四點小梁彎曲疲勞試驗。

2 室內試驗結果分析

2.1 重載下抗車轍性能

車轍試驗時的軸載分別取標準軸載0.7MPa與重載1.0MPa，試驗溫度為60℃。分別制備標準車轍板試件進行不同軸載下兩種改性瀝青SMA-10的車轍試驗，結果如表5、圖1所示。

表5 車轍試驗結果

由表5可知，高彈性改性瀝青SMA-10的動態穩定性明顯低于SBS改性瀝青混合料SMA-10，其中標準軸載0.7MPa降低約23.1%，重載1.0MPa時，降低約19.8%。但重載作用下，二者的動穩定度均大于3000次/mm-1。結果表明，高彈性改性瀝青混合料在重載下仍具有良好的重載抗車轍能力，適用于高溫重載交通。

圖1 不同軸載下改性瀝青SMA-10的車轍試驗結果

2.2 低溫彎曲性能

低溫三點彎曲試驗在UTM-100試驗機上進行，分別制備相應的小梁試件，試件的長寬高尺寸為300mm×100mm×50mm。試驗時的溫度為-10℃，設定加載速率為50mm/min。試驗結果如表6所示。

表6 低溫彎曲試驗結果

相關規范中規定，橋面鋪裝中SMA瀝青混合料的最大彎拉應變不得小于7000 uε。由表6可知，兩種改性瀝青混合料SMA-10在-10℃下的低溫彎拉應變均超過7000 uε，其中，低溫下，高彈瀝青SMA-10的彎拉應變為10247 uε，明顯優于SBS改性瀝青SMA-10，超過幅度約為20.1%。

2.3 抗水損害性能

采用凍融劈裂與浸水馬歇爾穩定度試驗綜合對兩種改性瀝青SMA-10的抗水損害性能進行研究。其中凍融劈裂試驗時，采用標準圓柱體試件，制備時正反兩面各擊實50次。將試件分為兩組進行試驗，即未凍融與凍融循環兩組，試驗結果如表7、圖2所示。

表7 抗水損害性能試驗結果

圖2 抗水損害性能試驗結果

表7表明，高彈瀝青SMA-10的浸水殘留穩定度比及凍融劈裂抗拉強度比均優于SBS改性瀝青SMA-10，其中殘留穩定度比提升了約8.8%，凍融劈裂抗拉強度比提升了約8.3%，且二者的凍融劈裂抗拉強度比均大于75%。因此，高彈改性瀝青混合料具有優異的抗水損害性能。

2.4 抗疲勞性能

采用四點小梁彎曲疲勞試驗對兩種改性瀝青SMA-10混合料的疲勞性能進行檢測，試驗設備采用UTM-100設備。小梁試件的長寬高分別為384mm×63.5mm×50mm，小梁下兩支點的距離為355.5mm。荷載為頻率10Hz的半正矢波，以三點加載方式進行，應變水平分別取1000uε、1500uε。當試樣的初始模量下降50%時，測試終止。四點小梁彎曲疲勞試驗的結果見表8。

表8 四點小梁彎曲疲勞試驗結果

由表8可知，兩種應變水平下，高彈瀝青SMA-10的疲勞壽命顯著優于SBS改性瀝青SMA-10，疲勞壽命提高了近10倍，抗疲勞性能十分優異。另一方面，相比于SBS改性瀝青混合料SMA-10，高彈改性瀝青混合料SMA-10的勁度模量要明顯降低，不同應變水平下的降低幅度約為5%，表明高彈改性瀝青混合料SMA-10在同溫度下的剛度比要小于SBS改性瀝青混合料SMA-10，即相對變形能力大，這也印證了高彈瀝青SMA-10具有良好的疲勞壽命。

3 高彈改性瀝青混合料在橋面鋪裝上的應用

目前，國內高彈改性瀝青混合料在橋面鋪裝結構中應用時常采用的結構形式為：高彈改性瀝青SMA上層+澆注式瀝青混凝土下層，該典型結構已普遍應用于國內一些大橋建設中并取得了良好的應用效果，如重慶菜園壩大橋與朝天門大橋、南寧大橋及長江隧橋工程。該典型鋪筑結構如圖3所示。

圖3 澆注式+高彈改性瀝青混合料橋面鋪裝典型結構

3.1 施工工藝

(1)施工溫度

施工過程中，應對高彈瀝青SMA-10在各環節的施工溫度進行嚴格控制以防止溫度過高時產生離析現象。各環節的施工溫度范圍如表9所示。

表9 高彈瀝青SMA-10施工溫度范圍

(2)拌和

纖維必須在加入高彈改性瀝青之前摻入，其摻入時應采用具備計量功能的添加設備自動加入拌和設備中，混合料與纖維的干拌時間應大于8s，高彈瀝青摻入后的濕拌時間在40～45s，拌和以纖維充分均勻分散于混合料中為準。

(3)攤鋪

為減少高彈改性瀝青混合料SMA在攤鋪過程中的離析，宜采用兩臺前后相距5m的攤鋪機進行聯合攤鋪作業，行進速度控制為2～3m/min，攤鋪應與送料速度相平衡，攤鋪均勻、緩慢、連續。

(4)碾壓

路面碾壓時常采用先靜后振再靜的碾壓工藝，可使路面面層的壓實效果較好，保證面層的不透水性能。對于橋梁表面，壓實過程往往與路面壓實一樣，有時會降低振動壓實度，以防止橋梁表面的振動和壓實破壞。對于橋面鋪裝而言，即便保證壓實功相同，橋面鋪裝層的壓實效果也會低于路面。

因此，為了保證高彈改性瀝青混合料SMA橋面鋪裝層的不透水性能，必須對其碾壓工藝進行適當改進，工程實踐證明：當鋪裝層表面溫度降低到100℃左右時，采用膠輪壓路機進行輔助碾壓直至鋪裝層表面不透水，該過程需設專人隨時進行檢查。

3.2 應用效果評價

2006年以前，國內一些大橋橋面鋪裝結構采用SMA鋪裝+澆注式，該結構瀝青采用傳統普通瀝青，通常在2～3年后出現裂縫。而采用高彈改性瀝青SMA鋪裝+澆注式的多座大橋通車后數年內，在承受復雜行車荷載及巨大交通量后，未出現裂縫，平整度較高、無車轍等路面病害產生，路用性能良好。表明橋面鋪裝層采用高彈瀝青SMA后，展現出了優異的路用性能，具有廣闊的應用前景。

4 結論

(1)高彈改性瀝青混合料SMA-10的動穩定度要低于SBS改性瀝青混合料SMA-10，其中，標準軸載0.7MPa時，降低約23.1%，重載1.0MPa時，降低約19.8%，但仍較好滿足規范要求，適用于高溫重載交通。

(2)低溫下-10℃下，高彈瀝青SMA-10的彎拉應變為10247 uε，明顯優于SBS改性瀝青SMA-10，超過幅度約為20.1%，表明高彈瀝青SMA-10具有良好的低溫變形性能。

(3)相比于SBS改性瀝青SMA-10，高彈改性瀝青SMA-10的水穩定性能提升顯著，抗水損害性能優異。

(4)高彈瀝青SMA-10的疲勞壽命顯著優于SBS改性瀝青SMA-10，疲勞壽命提高了近10倍，抗疲勞性能十分優異。

(5)工程應用效果表明：采用高彈改性瀝青混合料SMA作為橋面鋪裝層后，路用性能優異，具有廣闊的應用前景。