摘要: 上海城市建设大发展, 给路用沥青混凝土新材料和施工新技术带来了发展和应用的平台。介绍了上海近年来几项重大工程, 如国际F- 1 赛车场、东海大桥、卢浦大桥工程中沥青混凝土新材料的应用情况。从中总结分析了沥青混凝土新材料构造特性和发展方向。
关键词: 路用沥青混凝土; 沥青玛蹄脂碎石; 沥青混合料
中图分类号: U414.18 文献标识码: A 文章编号: 1004- 4655( 2006) 06- 0004- 02
1 上海市重大工程沥青混凝土新材料的应用
1.1 F- 1 赛道磨耗层沥青混合料
上海国际赛车场是亚洲第三个F- 1 赛车比赛专业场地。由于比赛时车速高、离心力大，赛车加速和减速十分频繁，因此，对赛道磨耗层沥青混合料的性能要求很高。
1) 粗集料。F- 1 赛道最高时速可达350 km/h, 转弯时速也达到90 km /h，其瞬时加、减速频繁，对赛道磨耗层的抗滑要求很高。粗集料的磨光值要大于60 BPN ，耐磨性能更优异。为使赛道能保持良好的抗滑性能，除了采用高磨光值的花岗闪长岩作为主集料外，同时还应掺入部分磨光值不同的其他粗集料。另外，在集料选择时要求含有一定量的浅色石料，因此主集料选择较浅的集料。通过比选，赛道磨耗层粗集料采用山西花岗闪长岩、山东辉绿岩和南京浅色破碎砾石3 种石料。
2) 细集料。细集料的棱角性要大于45%。经对花岗闪长岩和辉绿岩机制砂以及高等级沥青路面常用的石灰岩石屑进行检测分析，三者的棱角性分别为50!、46! 和41% ，最终选用棱角性最大、磨光值最高的花岗闪长岩机制砂作为赛道磨耗层细集料。
3) 填料。沥青混合料填料采用碱性的磨细石灰石粉，除了对它的级配、含水量、视密度、亲水系数、外观质量等有较高的要求外，对填料的体积特征也提出了相应的要求。填料R igden 空隙率小于45% ，实测的磨细石灰石矿粉R igden 值为38.7% 。
4) 外掺剂。F- 1 赛道磨耗层所选择的粗集料均为酸性或中性石料，与沥青的粘附性较差。为提高集料表面的沥青膜厚，增强混合料的抗水损害能力，该工程在沥青混合料中添加了消石灰作为抗剥落剂。消石灰掺入量为混合料总量的1.5!" 2.0!。
5) 混合料组成及主要性能。F- 1 赛道磨耗层沥青混凝土采用密级配型沥青混合料。与传统的密级配型沥青混合料相比，其级配范围更小，对混合料拌和生产的要求更高。这种连续级配得到的混合料中各种粒径的集料形成多级嵌挤结构，能提供较高的内摩擦角，而适量的细集料则使混合料中的沥青砂胶能均匀地填充于各级粗集料中间，保证混合料具有较好的黏聚力。
F- 1 赛道磨耗层沥青混合料的耐磨耗性能通过肯塔堡飞散试验确定。F-1 赛道由该试验得到磨耗层沥青混合料的磨耗损失率为3.9 % ，远低于高速公路沥青玛蹄脂碎石（ SM A ）路面沥青混合料的规定值（ 20! " 25! ），从而保证赛道磨耗层在车轮高速摩擦和冲击作用下不致发生集料飞散脱落现象。
1.2 东海大桥桥面沥青混合料
东海大桥桥面沥青混凝土铺装层不仅要经受大型集装箱卡车行车荷载和复杂多变的海洋性气候作用，同时对主梁要起到保护的作用。它的质量和路用性能将直接影响桥梁的使用寿命。因此，东海大桥桥面铺装材料既要有良好的结构强度、抗疲劳性能、耐久性以及良好的防滑性能，也要阻挡海水和潮气对主体结构中钢筋的锈蚀。
根据桥梁对铺装层结构恒载的要求以及钢筋混凝土结构达到百年使用寿命的要求，东海大桥桥面采用双层式铺装结构，底层为3 cm 厚浇注式沥青混凝土防水粘结层，空隙率为0，能很好地保护基底的水泥混凝土桥面板，上层为5 cm 高性能SM A 沥青磨耗层，高温抗车辙性能良好，表面粗糙，抗滑性能佳。
1) 原材料。为保证SMA 沥青混合料具有高的结构强度和防滑性能来抵抗集装箱卡车的冲击、摩擦和磨耗作用，粗集料必须具有足够的强度和硬度，并且耐磨耗、棱角性良好。通过比选，选择南京产的玄武岩作为SM A 的粗集料。在SM A 中，矿粉的用量比普通沥青混凝土要多一倍左右，矿粉的亲水系数小于1，以保证与沥青良好的黏附性，同时矿粉的细度指标中小于0.075 m m 的含量大于75% 。
SMA 的高温稳定性和耐久性主要取决于沥青结合料的高温性能和耐久性能。东海大桥严酷的交通荷载和气候环境特点，要求桥面铺装的沥青材料硬度大，软化点高，在高温下不变形，黏度高，沥青膜较厚以保证较好的耐久性。
通过试验, 东海大桥桥面铺装最终确定采用热塑性橡胶类改性剂（ SBS）与特立尼达湖沥青（ TLA ）的复合改性沥青。SBS 能显著提高沥青的高低温性能和疲劳性能，而TLA 硬度大，性质稳定，耐久性良好。这种复合改性沥青的软化点! 86 "，针入度实测为45（ 25 "，100 g，5 s）（ 0.1 m m ）。
由于SMA 沥青用量大, 为保证其在运输、摊铺过程中不出现沥青析漏现象，需在混合料中掺加一定数量的纤维。工程选择了海川德兰尼特腈纶纤维作为外掺剂，掺入量为集料总重的0.2#。
2) 混合料性能。东海大桥工程中采用的混合料，其马歇尔稳定度值是普通SM A 的1.5 倍，达到了12.5 kN ，动稳定度超过了15 600 次/m m ，为普通SM A 的3 倍左右，而经盐水浸泡后的残留稳定度和冻融劈裂强度比都大于90% ，完全满足耐久性要求。
1.3 卢浦大桥钢桥面沥青混合料
卢浦大桥桥面铺装体系由防水黏结层和主铺装体系组成。防水黏结层采用改性沥青砂胶，具有良好的高温稳定性、黏结强度和剪切强度。主铺装体系采用双层SM A 。根据上、下层铺装的功能不同，上层铺装和下层铺装的SM A 材料所采用的沥青结合料、矿料级配都不相同。下层采用柔度较大、热稳定性好的改性沥青，矿料级配较细，使混合料空隙率小，具有较高的强度和柔韧性，使下层铺装具有良好的变形随从性、抗裂性、耐久性和防水性。上层则采用劲度大、抗变形能力强的改性沥青，矿料级配较粗，混合料具有良好的骨架结构，使上层铺装具有良好的抗车辙和抗水损害性能。
卢浦大桥钢桥面铺装层SMA 沥青混合料采用聚丙烯腈纤维，添加量为沥青混合料重量的0.2% 。聚丙烯腈纤维对沥青混合料具有增强增韧作用。它们均匀地分散在沥青混合料中，能够形成网状的空间三维结构，通过桥联作用不仅能吸收混合料内部微小缺陷引发的集中应力，同时在受力作用下能承担部分应力，从而提高混合料的极限应力应变指标。
2 沥青混凝土新材料构造特性分析
以上几个典型工程中采用的沥青混合料基本上代表了沥青路面新材料的发展方向。它们的组成特点都基于路面的受力特性和使用功能。
就SBS 改性沥青混凝土而言, 聚合物含量是决定改性沥青相态结构的主要因素之一，继而极大地影响了改性沥青混凝土的性能。曾有国外学者通过研究SBS 改性沥青相态结构与拉伸性能的关系时发现，SBS 存在一个临界含量，当改性沥青中SBS 含量大于临界值时，改性沥青的相态结构会转变为沥青与聚合物两相连续结构，这时改性沥青的性能将显著加强。一般而言，当SBS 含量在5% ~ 8% 之间时，可能形成沥青相与SBS 相的两相连续结构。
通过在沥青与SBS 混合过程中加入稳定剂和交联剂, 使沥青与SBS 之间以及SBS 相互之间发生交联、接枝等化学反应而形成网络结构。同时沥青与SBS在界面层发生化学反应，促使共混结构在范德化力和化学键的共同作用下，其黏结强度、抗变形能力、抗老化性能和高温稳定性等指标大大提高。引入化学键，通过物理分散、化学改性的方法，不仅能改善沥青与SBS 之间的相容性，同时能显著提高改性沥青的使用性能。
根据理论研究, 沥青混合料的强度由两部分组成: 矿料之间的嵌挤力与内摩阻力以及沥青与矿料之间的黏聚力。因此，若集料相互嵌挤，形成骨架结构，则能提高内摩阻力；若沥青结合料黏度高，与矿料黏附性好，则能达到良好的黏聚效果。沥青玛蹄脂碎石沥青混合料（ SM A ）兼具这两方面的特点，具有较高的粗集料含量，形成石—石接触的骨架结构，而由沥青（ 或改性沥青）、矿粉、纤维形成的玛蹄脂填充于矿料间隙中，使混合料具有较高的内摩阻力和黏聚力。由此铺筑的路面具有良好的抗车辙、抗开裂以及抗疲劳性能。
实际上, 不同道路具有不同的交通特点、结构特点和使用要求。如：港区道路和机场跑道以重载交通为主，要求路面结构强度大，路面的抗滑要求也很高。钢桥面具有较大的柔性，铺装材料需有良好的随从性和抗裂性能。隧道道面除了有较高的排水、防滑、降噪性能外，对阻燃性也提出了一定的要求。因此，沥青混凝土的级配设计必须结合其强度形成原理和路面功能要求进行。
