杜 波，曹洋洋，尚 飛

(1.中交一公局橋隧工程有限公司，長沙 410000；2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336)

改性瀝青SMA高溫抗車轍性能較好、抗滑性能優(yōu)，適合在市政鋼橋中使用[1-3]，但由于傳統(tǒng)SMA瀝青混合料材料結(jié)構(gòu)特點，相較于典型的鋪裝下面層材料澆注式瀝青混合料，其密水性及低溫抗裂性能較差[4-5]。而作為鋼橋鋪裝下面層的材料，恰恰對其密水性能和抗裂性能要求極為苛刻。為此，本文對鋪裝下層SMA級配進行優(yōu)化，使其兼具SMA的基本性能和澆注式瀝青混合料的密水性及協(xié)調(diào)變形能力。

1 GA與SMA級配類型分析

1.1 澆注式瀝青混合料GA

澆注式瀝青混合料GA(Guss Asphalt)，原是“河流”之意，引申為“澆注流淌”，即指澆注式瀝青混合料具有流動性，澆注式攤鋪一般不需碾壓，只需簡單的攤鋪整平即可完成施工[6]。

澆注式瀝青混合料的瀝青用量高(7%～10%)，礦質(zhì)集料中礦粉含量高(20%～30%)，同時拌和溫度很高(220 ℃)，拌和時間較長(2 min～3 min)，在運輸過程中也需要攪拌。因此，澆注式瀝青混合料具有礦粉含量高、瀝青含量高、拌和溫度高等“三高”特點，較多的瀝青及細集料含量使粗骨料處于懸浮狀態(tài), 它與熱拌瀝青混合料不同的是其空隙率很小，且內(nèi)部空隙不連通。瀝青混合料3種典型嵌擠結(jié)構(gòu)如圖1所示，因此從級配結(jié)構(gòu)分類來說，澆注式瀝青混合料屬于懸浮密實結(jié)構(gòu)。

(a)懸浮密實型

懸浮密實型結(jié)構(gòu)以其獨有的特性，如密水性好、耐久性優(yōu)、疲勞抗裂性能和隨從變形能力好、整體性強等，能很好地適應(yīng)鋼橋面鋪裝的本質(zhì)要求。因此，在國內(nèi)外橋面鋪裝工程中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是作為鋪裝結(jié)構(gòu)的下層鋪裝，成為了橋面鋪裝工程中應(yīng)用最為廣泛、成功的一種鋪裝材料。

1.2 改性瀝青SMA

SMA路面是指由瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑及細集料組成的瀝青瑪蹄脂，填充于間斷級配粗集料的骨架間隙中，形成密實瀝青混合料所鋪筑的路面。瀝青瑪蹄脂碎石混合料組成的特點是“三多一少”，即粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少，對材料品質(zhì)的要求髙[7-8]。

SMA是一種以粗集料為主骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，對高溫的抗車轍能力強；表面構(gòu)造深、粗糙、孔隙大、抗滑能力強；空隙率小，基本不透水、耐久性好，路面使用壽命長。設(shè)計時可減薄表面層的厚度達到節(jié)約成本的目的[9]。

總之，SMA表面層的最大優(yōu)點在于使高溫穩(wěn)定性與低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性與抗滑性等相互矛盾或相互制約的性能得到了統(tǒng)一與兼顧，是一種極為優(yōu)異的路面鋪裝材料。但是作為橋面鋪裝的下面層材料需要借鑒澆注式瀝青級配特點對改性瀝青SMA進行進一步優(yōu)化。

2 SMA10與GA10級配分析

2.1 SMA10與GA10級配對比

根據(jù)JTG/T 3364-02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》中對GA10和SMA10級配范圍的要求，將2種級配范圍和級配曲線進行對比，級配范圍如表1所示，級配曲線如圖2所示。

表1 SMA10和GA10級配范圍對比

圖2 SMA10和GA10級配曲線對比

通過對比分析圖2和表1可以看出，為保證SMA骨架密實型結(jié)構(gòu)，相較于GA10，SMA10級配屬于典型的間斷級配，所以集料類型集中在粒徑2.36 mm～9.5 mm的粗集料和0 mm～0.6 mm的細集料上，而中間粒徑的集料相對較少，因此在級配曲線圖2中2.36 mm～9.5 mm范圍出現(xiàn)了 “陡坡”[10]，而GA10級配最大的特點是整體粒徑細于SMA10，且曲線相對平滑屬于連續(xù)級配，曲線底端0.075 mm通過率較大，這說明級配中有足夠的粉料能夠與GA高含量瀝青形成膠泥使得該結(jié)構(gòu)的混合料擁有優(yōu)異的密水性能和流動性。

綜上分析，為了得到優(yōu)化的SMA10級配，應(yīng)在保持SMA級配特點的同時，盡量汲取GA10級配的特點，使其兼具SMA的基本性能和澆注式瀝青混合料的密水性及協(xié)調(diào)變形能力。

2.2 優(yōu)化級配關(guān)鍵篩孔控制原則

通過對比GA10和SMA10的級配分布，主要體現(xiàn)在關(guān)鍵篩孔2.36 mm和0.075 mm通過率上，2種級配類型具有較大差別。

SMA10中2.36 mm通過率的級配上限為32%，與GA10中2.36 mm通過率的級配下限48%相差15%；SMA10中0.075 mm通過率的級配上限為13%，與GA10中0.075 mm通過率的級配下限20%相差7%。因此建議優(yōu)化級配后的關(guān)鍵篩孔控制在SMA和GA相差的范圍內(nèi)作為控制指標(biāo)，即優(yōu)化后級配的關(guān)鍵篩孔通過率2.36 mm應(yīng)控制在32%～48%，0.075 mm應(yīng)控制在13%～20%。

3 鋪裝下層SMA級配優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化級配設(shè)計

參照SMA10和GA10級配范圍對鋪裝下層SMA10級配進行優(yōu)化設(shè)計后得到3個級配，分別為接近GA10下限、介于SMA10上限與GA10級配下限之間和接近SMA10上限，設(shè)計級配如表2所示，級配曲線如圖3～圖5所示。

表2 優(yōu)化級配通過率

圖3 優(yōu)化級配1的級配曲線

分析圖3可知，優(yōu)化級配1的級配曲線在通過率小于4.75 mm部分整體貼近GA級配下限，這使得優(yōu)化級配1在混合料結(jié)構(gòu)上更加接近GA級配，理論上該結(jié)構(gòu)會擁有更好的密水性能，但高溫穩(wěn)定性欠缺；由圖4可知，優(yōu)化級配2的級配曲線在通過率小于4.75 mm部分是介于GA級配下限和SMA級配上限之間，即該結(jié)構(gòu)應(yīng)擁有介于GA和SMA瀝青混合料之間的性能的，因此該級配更趨近于理想的鋪裝下層SMA瀝青混合料；分析圖5可知，優(yōu)化級配3的級配曲線在通過率小于4.75 mm部分是貼近SMA級配上限的，這意味著該結(jié)構(gòu)的整體性能更貼近SMA瀝青混合料。

圖4 優(yōu)化級配2的級配曲線

圖5 優(yōu)化級配3的級配曲線

3.2 優(yōu)化級配混合料基本性能試驗

試驗采用的油石比為6.3%，聚酯纖維為礦料總量的0.3%，分別制作3種優(yōu)化級配的瀝青混合料試件，按JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行馬歇爾試驗，得到混合料各項性能指標(biāo)測試結(jié)果，如表3所示。

表3 優(yōu)化級配混合料性能測試結(jié)果

為了優(yōu)化級配的混合料能夠兼具GA10瀝青混合料的密水和協(xié)同變形性能，提出空隙率的目標(biāo)要求為1%～2%之間。由表3可知，優(yōu)化級配1和優(yōu)化級配2的空隙率指標(biāo)均能夠達到目標(biāo)要求，同時穩(wěn)定度性能表現(xiàn)優(yōu)異。優(yōu)化級配1與優(yōu)化級配2相比，級配曲線盡管更加貼近GA10下限，但空隙率并無顯著變化，而由于優(yōu)化級配2的曲線介于SMA和GA級配之間，混合料在保證不滲水的同時，兼具較高的車轍動穩(wěn)定度。因此，選用優(yōu)化級配2作為優(yōu)化的下層鋪裝瀝青混合料級配。

4 優(yōu)化后SMA性能分析

4.1 優(yōu)化后SMA性能對比分析

采用級配優(yōu)化后的下層鋪裝用密水性SMA與常規(guī)SMA進行性能對比分析，對比性能包括馬歇爾穩(wěn)定度、車轍動穩(wěn)定度和抗?jié)B水性能，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 優(yōu)化后SMA性能對比

從表4中可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后級配制得的保護層SMA10馬歇爾穩(wěn)定度可以達到3 020次/mm且不滲水，這樣的車轍動穩(wěn)定度性能雖略低于常規(guī)SMA10，但遠高于常規(guī)GA10，而抗?jié)B性能與GA10相當(dāng)。

4.2 雙層SMA組合結(jié)構(gòu)性能驗證

分別使用鋪裝下層與鋪裝上層SMA配合比成型雙層SMA瀝青混合料車轍試件，如圖6所示，并進行組合結(jié)構(gòu)車轍動穩(wěn)定度試驗。根據(jù)內(nèi)蒙所屬氣候分區(qū)，選擇65 ℃試驗溫度，試驗結(jié)果如表5所示。由表5試驗結(jié)果可以看出，優(yōu)化后得到的鋪裝雙層SMA組合結(jié)構(gòu)的車轍動穩(wěn)定度性能與優(yōu)化前差異很小，依然滿足設(shè)計要求。

(a)組合結(jié)構(gòu)車轍試件表面

表5 雙層SMA組合結(jié)構(gòu)車轍動穩(wěn)定度試驗結(jié)果 次/mm

5 結(jié)論

1)通過對比SMA級配范圍和GA級配范圍，針對鋼橋面鋪裝下面層用SMA級配進行優(yōu)化，SMA優(yōu)化級配為：13.2 mm篩孔通過率100%、9.5 mm篩孔通過率99.91%、4.75 mm篩孔通過率66.18%、2.36 mm篩孔通過率41.82%、1.18 mm篩孔通過率30.6%、0.6 mm篩孔通過率25.05%、0.3 mm篩孔通過率21.93%、0.15 mm篩孔通過率18.96%、0.075 mm篩孔通過率17.01%。

2)經(jīng)過優(yōu)化級配制得的保護層SMA10馬歇爾穩(wěn)定度為3 020次/mm且不滲水。盡管優(yōu)化后級配的車轍動穩(wěn)定度性能雖略低于常規(guī)SMA10，但遠高于常規(guī)GA10的車轍動穩(wěn)定度，且保證了抗?jié)B性能與GA10相當(dāng)。

3)采用優(yōu)化級配的雙層SMA組合結(jié)構(gòu)的車轍動穩(wěn)定度滿足規(guī)范設(shè)計指標(biāo)要求。