兩港大道快速化工程橋面鋪裝澆注式瀝青優化技術研究

李德錦 田 超 劉 攀

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；

2. 重慶市智翔鋪道技術工程有限公司 重慶 401336

兩港大道（新四平公路—S2）快速化工程位于中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區內。道路規劃采用“主線高架＋地面道路”形式，其中，主線高架等級為城市快速路，設計速度80 km/h，采用雙向六車道規模；地面道路等級為城市主干路，設計速度50 km/h，采用雙向六快二慢規模。項目位于上海市浦東新區，屬亞熱帶季風性氣候，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，同時具有優異的防水性能、柔韌性、抗開裂性能、變形協調能力等[1-4]，但其較高的瀝青用量（7%～10%）導致其高溫穩定性能（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，結合材料的結構特性，本文采用專用高溫補強劑增強技術，在普通澆注式瀝青的基礎上摻加高溫補強劑，解決高溫重載條件下，澆注式瀝青鋪裝熱穩定性不足的技術難題，提高鋪裝層的抗車轍性能，從而提升橋面使用品質，并延長其服役壽命。

1 澆注式瀝青基本性能研究

本文研究了高溫補強劑摻量（0、2%、4%和6%）對澆注式瀝青針入度、5 ℃延度、軟化點、175 ℃旋轉黏度等性能指標的影響規律，試驗結果如圖1～圖4所示。

圖1 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青針入度的影響

圖2 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青延度的影響

圖3 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青軟化點的影響

圖4 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青旋轉黏度的影響

從圖1～圖4可以看出，高溫補強劑對澆注式瀝青的各項性能指標均有較大的影響。一定范圍內，隨著高溫補強劑摻量的增加，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，說明高溫補強劑改善了澆注式瀝青的高溫性能；低溫延度則隨著高溫補強劑摻量的增加而降低，說明高溫補強劑對澆注式瀝青的低溫性能有一定的負面影響。當高溫補強劑摻量為2%時，澆注式瀝青的軟化點超過110 ℃，5 ℃延度超過20.0 cm，175 ℃旋轉黏度低于1 000 mPa·s；當高溫補強劑摻量為4%時，澆注式瀝青的軟化點可達115.6 ℃，然而其5 ℃延度僅為13.5 cm，175 ℃旋轉黏度超過1 000 mPa·s；當高溫補強劑摻量為6%時，澆注式瀝青的5 ℃延度已小于10.0 cm，不滿足規范要求。綜合來看，高溫補強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。通過動態剪切流變試驗進行研究，試驗儀器為AR2000ex動態剪切流變儀，采用應變控制模式，試驗結果如圖5～圖7所示。

圖5 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青復數模量的影響

圖6 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青相位角的影響

圖7 高溫補強劑摻量對澆注式瀝青車轍因子的影響

從上述結果可以看出，添加高溫補強劑后澆注式瀝青的復數模量G*有了顯著提高，且相同溫度下，隨著高溫補強劑摻量的增加，澆注式瀝青的復數模量G*逐漸增大，表明高溫補強劑能有效提高澆注式瀝青的抗變形能力。高溫補強劑提高了澆注式瀝青的剛性，從而賦予其更大的模量。隨著高溫補強劑摻量的增加，澆注式瀝青的相位角φ明顯降低，表明高溫補強劑能夠賦予澆注式瀝青更多的彈性成分。高溫補強劑的摻入降低了瀝青分子鏈隨溫度運動的敏感性，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。高溫補強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強劑能夠明顯提高澆注式瀝青的復數模量G*和降低澆注式瀝青的相位角φ，從而增強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

粗細集料均采用性能指標合格的石灰巖，礦粉采用性能指標合格的石灰巖礦粉。根據規范中的相關規定[11]，進行澆注式瀝青混合料GA10的配合比設計，結果如表1所示。

表1 澆注式瀝青混凝土GA10設計級配

為比較普通澆注式瀝青混合料和摻加高溫補強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，對其各項性能進行測試，試驗結果如表2所示。

表2 高溫補強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的各項測試指標均滿足技術要求。其中，摻加高溫補強劑的澆注式瀝青混合料的60 ℃貫入度和貫入度增量分別達到2.32 mm和0.21 mm，60 ℃動穩定度達到901次/mm，明顯高于普通澆注式瀝青混合料。表明加入高溫補強劑后，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 結語

1）添加高溫補強劑后澆注式瀝青的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，隨著高溫補強劑摻量的增加，相同溫度下澆注式瀝青的復數模量G*逐漸增大，相位角φ逐漸下降。高溫補強劑能夠明顯提高澆注式瀝青的車轍因子G*/φ，從而增強其抗車轍能力。

3）添加高溫補強劑后，澆注式瀝青混合料的高溫穩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 ℃動穩定度提升了75.0%；混合料的流動性和低溫性能受到負面影響，但仍滿足相關技術要求。

4）優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。