钢桥面铺装用新型高黏沥青及沥青混合料的研究

本文使用的新型速溶高黏改性剂在 185℃温度下，只通过搅拌就可以溶化，不需要进行剪切。文章介绍适用于钢桥面铺装用实验室自主研发的新型高黏沥青的性能试验与高黏沥青混合料的研究。沥青性能试验表明，高黏沥青具有较高的粘结性并且不影响施工和易性。与 SBS 改性沥青相比，具有较高的弹性恢复能力，能够更好地适应钢桥面的变形，流变性能良好。沥青混合料试验结果表明高黏沥青混合料路用性能有优异。实际工程应用结果证明，高黏沥青混合料作为钢桥面铺装材料的适用性。

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。

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。

2.1 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。

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。

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。

3.1 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

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。

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。

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）。

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。