高性能聚合物改性沥青在钢桥面铺装浇注式沥青混凝土中的应用

摘要：分析了沥青结合料在浇注式沥青混合料(Gussasphalt,简称GA)中的应用情况，介绍了高性能聚合物改性沥青在北盘江大桥钢桥面浇注式沥青混凝土(GA10）铺装工程中的使用情况，制备出的浇注式沥青混合料高低温性能优异，其中60℃贯入度为2.0～4.0mm，-10℃低温弯曲应变大于9000µε。根据实体工程应用情况，建议结合桥位区气候、交通情况等有针对性的选择浇注式沥青混合料的结合料。

关键词：浇注式沥青混合料；聚合物改性沥青；钢桥面铺装

Abstract: the author analyzes the asphalt binder in the casting type asphalt mixture (Gussasphalt, GA) application situation, introduces the high performance polymer modified bitumen in BeiPanJiang bridge steel bridge deck casting type asphalt concrete (GA10) used in pavement engineering, preparation of the casting type asphalt mixture of high performance at low temperature, in which 60 ℃ penetration of 2.0 ~ 4.0 mm, - 10 ℃ low temperature bending strain is greater than 9000 (including epsilon. According to the real engineering application, it is suggested that combined with the bridge area climate, traffic, etc. A targeted select pouring type asphalt binder.

Key words: the casting type asphalt mixture; Polymer modified asphalt; The steel bridge deck pavement

中图分类号：TU528.41 文献标识码：A文章编号：

大跨径钢结构悬索桥桥面铺装材料的选择和施工一直是困扰工程界的技术难题。钢桥面铺装体系在峡谷风力、交通荷载、环境温度等外部因素的共同耦合作用下，产生了极为复杂的应力应变响应，对铺装体系的抗变形性能和抗疲劳耐久性提出了非常高的要求。

浇注式沥青混凝土具有较高的沥青含量和矿粉含量，因此其防水性能、抗变形能力和疲劳性能非常优异，在国外特别是欧洲和日本等被广泛用作桥面铺装层材料。日本浇注式沥青混凝土多采用改性沥青复配湖沥青体系，德国近些年来逐渐采用聚合物改性沥青PmB25或PmB45等替代原有的湖沥青体系，以适应德国的寒冷气候[1]。

针对南方高温重载等气候交通特点，吸取了江阴大桥过早出现车辙等病害的经验教训[ 2 ]，我国浇注式沥青混合料借鉴了德国早期和日本广泛使用的的普通改性沥青掺配湖沥青的结合料体系。实际使用中发现，由于湖沥青掺量较大（20～25%），显著降低了结合料的低温性能，增加了铺装体系特别是铺装面层疲劳开裂的风险[ 3]；大掺量湖沥青增加了浇注式混合料的粘度，给拌合生产和摊铺施工效率带来很大的困难，工程中往往被迫增加沥青用量或是提高拌合温度，保证混合料的施工和易性，其结果损害了混合料的高温性能，增加了混合料的初期老化[4]；随着特立尼达天然优质湖沥青资源的逐渐减少，其价格也不断高涨，显著增加了工程成本。综上所述，开发和应用高性能聚合物改性沥青作为浇注式沥青混合料的结合料，应用于大跨径钢结构桥梁桥面铺装工程已成为迫在眉睫嗜需解决的问题。

1 工程概况

贵胄镇胜高速公路北盘江大桥跨越北盘江大峡谷，主跨为636m单跨双铰、钢桁加劲梁悬索桥，桥梁净高330m，其建设规模在我国已建成同类型桥梁中位列第二。桥位区的温度为-6.2℃～35.3℃，最热月平均气温为23.6℃，最冷月平均最低气温4.7℃，桥面铺装使用温度范围为-10℃～55℃，对低温变形能力要求相对较高；同时，该桥是沪蓉高速公路的重要通道，重载车较多，设计交通量（累计标准轴载）为5.26×106次/车道，因此要求铺装层具有优异的抗车辙变形性能；桥位区年降水量为1366.3～1556.1 mm，属于潮湿区，对铺装层的防水抗渗以及抗滑性能提出更好要求。综合上述特点，桥面铺装结构设计为底层浇注式GA10+面层SMA10，大桥于2008年11月建成通车，目前使用状况良好。

2 原材料

2.1 骨料

浇注式沥青混合料拌合温度为220～250℃，其矿粉含量高达25～30%，石料加热温度要求达到290～330℃，不同于一般混合料对矿料加热温度要求。因此浇注式沥青混合料要求矿料在加热到350℃后，其强度不发生较大衰减。

表1 各种集料性能对比

根据浇注式沥青混合料对骨料的技术要求，对当地石料进行了比选，由表1可知，玄武岩的表观相对密度较大，强度较高，经350℃高温作用2h后，玄武岩强度降低幅度最小，石灰岩耐高温性能较差，辉绿岩次之。综合考虑强度、吸水率、针片状含量和耐高温性能，选择玄武岩作为浇注式沥青混合料用集料。

2.2 结合料

本工程采用SK开发高性能聚合物浇注式改性沥青，大大改善了浇注式沥青混合料的高低温性能和施工和易性。本工程桥梁跨度大、环境平均气温相对较低，对铺装层的抗变形能力要求高，采用低温变形能力强的聚合物改性沥青。

表2 不同结合料体系对比

注：湖沥青体系中湖沥青掺量为内掺18%

由表2可知，高性能聚合物改性沥青5℃低温延度得到很大改善，软化点和湖沥青体系相当，说明高性能聚合物改性沥青相比湖沥青体系在不影响高温性能前提下，低温性能得到很大改善。

2.3 填料及其它

浇注式沥青混合料填料多采用石灰岩矿粉，其0.075mm通过率要求大于80%，并要求通过率的稳定性较高，应不超过±5%的波动范围。浇注式沥青混合料一般要求采用10%左右的天然中砂，以提高混合料的流动性，但天然砂与机制砂的比例不得超过1：1，天然砂宜采用河沙。

3 GA10的设计与性能评价

3.1 级配设计

根据国外如德国、日本等国浇注式沥青混合料级配特点，结合我国实际情况，确定浇注式沥青混合料的级配设计范围如表3所示：

表3 我国浇筑式沥青混凝土GA10的设计级配及级配范围

选用了GA10型级配作为设计级配，主要出于以下两方面的考虑：

① 浇注式沥青混凝土目前主要用于长江流域和华南地区的钢桥面铺装中，该地区夏季炎热，交通流量大，超载超重车多，而GA10有着较好的路用性能，在该地区得到广泛的应用；

② GA10沥青混合料较为密实，内部空隙率不足1%且分布相对较均匀，路用性能相对稳定[5]；