浅析双层SMA桥面铺装中沥青砂胶缓冲层的应用

　　摘要：文章针对公路桥路面施工中，通过在双层SMA桥面铺装中应设置沥青砂胶缓冲层，对沥青性能、混合料性能和组合结构性能的研究，解决了沥青砂胶缓冲层的改性沥青、最佳沥青用量和适宜厚度等问题。
　　关键词：沥青砂胶，缓冲层，双层SMA桥面铺装
　　一、概述
　　1.沥青砂胶缓冲层的层位
　　采用高性能的改性沥青与矿粉按比例拌和而成的混合物即为沥青砂胶缓冲层，其沥青含量较高，空隙率几乎为0，能够起到良好的防水作用，一般采用人工刮铺（抹铺）施工。
　　沥青砂胶缓冲层在桥面铺装结构体系中，位于反应性树脂粘接层之上，双层SMA铺装层之下，它与反应性树脂粘接层共同组成防水层，起到防水隔离作用，如图1所示。
　　
　　图1桥面铺装结构示意图
　　2、沥青砂胶缓冲层的功能
　　对于双层SMA桥面铺装体系若不设沥青砂胶缓冲层，而是直接在反应性树脂粘接层上铺筑SMA。由于SMA混合料粗集料含量高，与任何接触界面均存在较大空隙，会使水渗透流动而导致层间的水损害脱层；并且在施工中，SMA的粗集料在摊铺压实的过程中会对树脂粘接层产生热冲击和物理冲击，导致树脂粘接层被刺破及老化，失去保护桥面的作用。故设置沥青砂胶缓冲层是非常有必要的。它主要能起到以下作用：
　　1〉起到荷载缓冲作用，即在荷载振动（桥面板振动）作用下，以其良好韧性消减振动能量，确保铺装层与桥面间不脱层。
　　2〉保护反应性树脂粘接层在铺装层摊铺碾压中不被损坏（不产生碾压刺破）。
　　3〉与反应性树脂粘接层一起组成防水层，确保对桥面的保护（封闭）。
　　4〉填充粘接层粗糙面与SMA铺装层底面空隙，使其致密、粘接牢固。
　　二、沥青砂胶缓冲层胶结料性能研究
　　沥青砂胶缓冲层的改性沥青不仅应具有优良的高温稳定性，而且还应具有低温柔韧性；同时，由于沥青砂胶的拌和是在很高的温度下成型的，因此缓冲层的改性沥青还应具有优良的抗老化性能。结合实体施工工程的应用经验，对K-11、K-12、K-13、K-14、K-15、K-16等六种配方改性沥青的综合对比分析，测试结果表明，K-11的高温稳定性、低温抗裂性和抗老化性能都较差，不能用做缓冲层的改性沥青；K-14、K-15和K-16的低温性能很差，不能用做缓冲层的改性沥青。K-12和K-13的综合性能相对较好，仔细比较这二者的性能后发现，尽管K-12和K-13都有着优良的高温稳定性和低温抗裂性（低温变形能力），但前者的抗老化性能稍差，特别是经过220℃旋转薄膜烘箱老化历程之后，其5℃延度下降幅度很大，表明K-12经过老化试验之后低温性能较差，这对于缓冲层的耐久性和低温抗裂性是非常不利的，故K-12也不能用做缓冲层的改性沥青。因此，测试后选定K-13作为缓冲层的改性沥青。
　　三、沥青砂胶缓冲层油石比确定
　　通过测定不同油石比时缓冲层的贯入度及贯入度增量，绘制出“贯入度－油石比”和“贯入度增量－油石比”两条曲线（如图2和图3所示），借以分析缓冲层的贯入度及贯入度增量随着油石比的变化趋势，并综合考虑缓冲层的拌和及施工工艺，确定出缓冲层的最佳油石比。
　　
　　图240℃时不同油石比的沥青缓冲层贯入度
　　
　　图340℃时不同油石比的缓冲层贯入度增量
　　以上测试结果表明，随着油石比增大，缓冲层的贯入度和贯入度增量均表现为逐渐增大的趋势，这表明增大油石比对缓冲层的高温性能是不利的。
　　通过分析“贯入度－油石比”和“贯入度增量－油石比”这两条曲线的变化趋势，可以看出，22％正好处于临界点，这是因为当油石比超过22%时，缓冲层内部的相态结构发生了较大的变化。如果油石比低于22％时，在缓冲层中矿粉为连续相，改性沥青为分散相，此时矿粉对缓冲层的高温性能起主要作用；当油石比高于22％时，改性沥青为连续相，矿粉为分散相，富余的改性沥青使矿粉处于悬浮状态，此时改性沥青对于缓冲层的高温性能起主要作用。
　　另外，由于沥青砂胶缓冲层的施工为人工刮涂施工，故施工和易性也很重要，通过工程实体及室内试验显示，当油石比为18%时拌和相当困难，而在油石比为20％时，虽然拌和不太困难，但是其施工难度较大。只有当油石比达到22%，施工性能（拌和、摊铺）都显得比较容易。
　　四、沥青砂胶缓冲层厚度确定
　　分别测试组合结构（桥面板+反应性树脂粘接层+沥青砂胶缓冲层+SMA10）的缓冲层厚度在0mm、2mm、3mm、4mm和5mm的情况下的剪切强度。其中，当缓冲层为0mm时，即为不设缓冲层的情况。
　　通过测试表明，随着沥青砂胶缓冲层厚度的增大，该组合结构的高温剪切性能呈现先增加后减小的变化趋势。当沥青砂胶的厚度小于4mm时，该组合结构的高温剪切强度随着沥青砂胶厚度的增大而增大；当沥青砂胶的厚度达到并超过4mm时，该组合结构的高温剪切强度有一定的下降，整条曲线在沥青砂胶的厚度为4mm时出现峰值。以上数据的规律表明在双层SMA铺装体系中，如不设缓冲层对整个铺装体系的抗剪性能是不利的，因此必须设置缓冲层，而最佳厚度为4mm。
　　分析其原因，设置缓冲层之后，缓冲层与反应性树脂粘接层表面的碎石相互形成有效粘接和嵌挤，缓冲层在SMA沥青混合料的热作用和碾压作用下，再次局部融化，部分进入SMA沥青混合料内部，形成了有效粘接和嵌挤。当缓冲层的厚度小于4mm时，缓冲层砂胶的量相对较小，局部融化并进入SMA沥青混合料空隙内部的砂胶也相应较少，在缓冲层与SMA铺装层之间形成的嵌挤剪切不够充分，故此时剪切强度随着缓冲层砂胶的厚度增大而增大；当缓冲层的厚度达到并超过4mm时，缓冲层砂胶的量相对较多，局部融化并进入SMA沥青混合料空隙内部的砂胶达到饱和，在缓冲层与SMA铺装层之间形成的嵌挤剪切虽然充分，但单独存在的缓冲层砂胶仍然较厚，而缓冲层本身的高温性能比反应性树脂粘接层和SMA沥青混合料稍差，故此时剪切强度随着缓冲层砂胶的厚度增大而减小。故选择4mm作为该组合结构中缓冲层砂胶的最佳厚度。
　　五、结论
　　1、通过沥青的性能试验，确定了高温性能、低温性能、耐老化性能最为优异的改性沥青作为沥青砂胶缓冲层的胶结料。
　　2、通过贯入度试验，并结合施工和易性，确定了沥青砂胶缓冲层的最佳沥青用量。
　　3、通过组合结构剪切试验，确定了沥青砂胶缓冲层在双层SMA铺装体系中的最佳使用厚度。
　　参考文献
　　（1）张登良.沥青路面.北京：人民交通出版社.1999.
　　（2）小西一朗编，《钢桥》（第五分册）人民铁道出版社，1981
　　

《浅析双层SMA桥面铺装中沥青砂胶缓冲层的应用》

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