钢桥面铺装用新型高黏沥青及沥青混合料的研究

任瑞波，马世东，徐强，姜益顺，李宁，赵品晖

（山东建筑大学 交通工程学院，济南 250101；2.山东省路桥集团有限公司，济南 250021；3.青岛市交通规划设计院有限公司，青岛 266102）

近几十年来，随着公路桥梁建设迅速发展，我国建设大量的大跨径桥梁。对于桥梁建设，在桥面铺装材料的开发应用尚未给予足够重视。目前国内针对大型钢桥开发的高黏沥青技术应用效果较好[1,2]。

国内对高黏沥青的应用相对较晚，早期的一些工程中主要采用TPS 改性剂[3,4]。在近几年，国内学者投入大量的精力进行高黏沥青开发工作[5]。由于其优异的路用性能，国内在一些大型桥面铺装中逐渐采用高黏沥青技术[6,7]。与普通改性沥青相比，高黏沥青具有更高的黏韧性，用于黏结层时效果显著[8,9]；由于高黏沥青黏度高，用以制备的沥青混合料在施工性能和综合性能等方面都具有优势[10]。

本文旨在研究自主开发的新型高黏沥青的性能，设计适合大型钢桥桥面铺装的SMA-10 混合料，并对其综合路用性能及实际应用进行研究。

1 高黏沥青的制备

1.1 原材料

本试验使用的基质沥青为齐鲁70#A 级道路石油沥青，其基本技术指标试验结果如表1 所示。高黏改性剂为实验室自主研发高黏改性剂，在185℃温度下，只通过搅拌就可以溶化，不需要进行剪切。与市面常见高黏改性剂相比，具有高温易溶化、分散更均匀的特点，沥青改性效果更好。稳定剂采用实验室常用的硫磺稳定剂，可以促进改性剂与沥青之间更好融合，减少高黏沥青离析并提升改性沥青的部分性能。

表1 基质沥青技术指标

1.2 改性沥青制备工艺

将基质沥青先在烘箱加热，然后在电热套中加热至185℃，保持温度不变，加入高黏改性剂，在搅拌机中均匀搅拌50min，高黏改性剂完全溶化后加入稳定剂，185℃恒温发育2.5h，即制得高黏沥青。

2 高黏沥青的性能试验

2.1 基本性能试验

2.1.1 基本物理性能试验

根据中国JTG E20-2011 试验规程对实验室自主研制的高黏沥青进行各种沥青试验，以评估其物理力学性能。其技术指标见表2。由表2 看出，与SBS 改性沥青相比，高黏沥青的针入度较小，表明高黏沥青高温性能越好；5℃下高黏沥青的延度值较大，说明其抗拉性能更好，抵抗低温开裂的能力更强。此高黏沥青的离析软化点差为1.2℃，离析较小，说明稳定剂的加入确实提高了高黏沥青的储存稳定性，满足高黏沥青施工运输和储存的要求。高黏沥青的60℃动力黏度高达191300Pa·s，远远大于SBS 改性沥青。在高黏沥青的60℃动力黏度很高的情况下，175℃布氏黏度在0.5Pa·s左右，满足施工和易性要求，保证了沥青的施工质量。

表2 高黏沥青的主要技术指标

2.2 流变性能试验

2.2.1 温度扫描试验

通过动态剪切流变仪（DSR）对高黏沥青和SBS 改性沥青进行温度扫描试验。动态剪切流变仪（DSR）采用10rad/s 的加载速率，测得高黏沥青满足PG-82 的要求，测试结果见表3。

表3 高黏沥青高温性能试验结果

2.2.2 弯曲梁流变试验

采用弯曲梁流变仪（BBR）来测量很低温度下沥青的蠕变性质，不同沥青BBR 试验结果如表4 所示。

表4 不同沥青BBR 试验结果

由表4 可以得出，相同温度下，高黏沥青的S 值要小于SBS 改性沥青，m 值大于SBS 改性沥青，说明相比SBS 改性沥青，高黏沥青消解自身温度应力的能力更强，低温性能更优。该高黏沥青蠕变劲度满足-28℃的要求，达到了PG 分级中PG-28 的要求。

3 沥青混合料路用性能研究

3.1 高温稳定性能

本研究采用60℃车辙试验对沥青混合料的高温稳定性能进行评价，试验结果如图1 所示。

图1 沥青混合料高温车辙试验结果

对比车辙试验结果可以发现，高黏沥青混合料的车辙深度较低，动稳定度值更高。表明高黏沥青混合料具有较好的高温稳定性。

3.2 低温抗裂性能

本文采用低温小梁弯曲试验进行研究，试验结果如图2 所示。

图2 沥青混合料低温抗裂性试验结果

由图2 可知高黏沥青混合料的抗弯拉强度比SBS改性沥青混合料高16.5%，弯曲应变比SBS 改性沥青混合料大51.4%。高黏沥青混合料表现出更好的抗低温开裂能力。

3.3 水稳定性能

研究采用冻融劈裂试验TSR 值评价沥青混合料的水稳定性。TSR 值越高，抗水损害能力越强。表5 所示的高黏沥青混合料的TSR 值比SBS 改性沥青混合料的TSR 值高约11%。91.57%的数值表明，即使在冻融循环过程中，高黏沥青混合料试件只是出现了很小的水损害。

表5 冻融劈裂试验数据汇总

4 工程应用

本研究开发的高黏沥青于2021 年，在东营胜利黄河大桥桥面铺装改造工程中得到应用。根据国内外钢桥面铺装的工程经验和最新的科研成果，修补方案为上层 4cm 厚高黏SMA-10+下层 5.5cm 厚超高性能混凝土（UHPC）。

表6 现场观测数据

现场观测结果显示高黏沥青混合料 SMA-10 由于粗集料与细集料比例合理，相应的表面构造深度满足要求；高黏沥青混合料 SMA-10 的空隙率、渗水系数、摩擦性能均能够满足钢桥面铺装的要求，使得面层具有良好抗滑性和耐磨性能。现场铺装效果较好，证明高黏沥青作为钢桥桥面铺装材料的适用性。

5 结论

本文介绍一种用于钢桥面铺装的高黏沥青和高黏沥青混合料。在实验室对自主研发的高黏沥青进行性能试验评价，并在实际桥面铺装改造工程中进行应用。在此基础上，得出以下结论：

（1）自主研发的高黏沥青只需通过搅拌可以制得，不需要进行剪切，并且有很好的高低温性能，储存稳定性良好。

（2）混合料试验表明，高黏沥青混合料具有良好的路用性能。高黏沥青混合料的60℃动稳定度、弯曲应变、TSR 分别高于SBS 改性沥青混合料39.5%、51.4%、11%。

（3）实际工程应用良好证明高黏沥青作为钢桥面铺装材料的实用性。