《1 前言》
1 前言
杭州湾大桥连接嘉兴至慈溪，全长 36 km，作为特大桥的沥青桥面铺装，由于受重载、高温和渠化交通影响，要求有良好的高温稳定性；由于低温和桥梁挠度变形影响，要求有优异的低温抗裂性；由于桥面日常维修困难，要求桥面层间结合良好，铺装层有更好的耐久性，这些要求均和沥青黏度直接有关。此外，由于海上日照时间长，紫外线辐射强烈，海风中富含氯离子，积累的盐分对桥面铺装有一定侵蚀作用， 要求铺装层有更好的抗光候老化功能，浙江兰亭高科有限公司根据大桥技术要求，成功研发了一种新型的高黏度和特高黏度改性沥青，并在大桥沥青桥面铺装中得到了全面应用。
《2 工程应用概况》
2 工程应用概况
杭州湾跨海大桥起于杭州湾北岸的郑家塛，起点桩号 K49 +000，终点位于慈溪市庵东水路湾，终点桩号 K85 +000，桥梁全长 36 km，为世界之最。大桥除南、北主航道段主桥共长 1.406 km 和匝道桥设计为钢箱梁外，其余均为跨径 30~80 m 预应力混凝土连续箱梁。
桥面铺装设计结构如下。
桥面为混凝土箱梁桥面，表面层：40 mm 沥青玛蹄脂碎石 SMA -13；黏层：改性乳化沥青；下面层：60 mm 沥青玛蹄脂碎石 SMA -16；防水黏结层：聚合物改性沥青。
桥面高黏度改性沥青技术指标见表 1。
《表1》
表1 桥面高黏度改性沥青技术指标[2]
Table 1 The technical indexes of deckhigh-viscosity modified asphalt
《3 高黏度改性沥青的原材料》
3 高黏度改性沥青的原材料
《3.1 沥青》
3.1 沥青
改性用基质沥青原材料技术指标符合表2 要求。
《表2》
表2 70 号基质沥青技术指标
Table 2 The technical indexes of 70# base asphalt
改性用基质沥青化学组分见表 3。
《表3》
表3 基质沥青的化学组分
Table 3 The chemical composition of the base asphalt
%
基质沥青在显微镜下的结构如图 1 所示。
《图1》
图1 沥青显微镜分子结构图
Fig.1 The molecular structure of the asphalt microscope
《3.2 SBS 改性剂》
3.2 SBS 改性剂
改性剂采用星型苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（4303 SBS），其主要力学指标见表 4[4]。
《表4》
表4 4303SBS 力学指标
Table 4 The mechanical indicators of 4303SBS
《3.3 化学接枝反应剂（增粘剂）TW-1 、高温增容剂 TW-2》
3.3 化学接枝反应剂（增粘剂）TW-1 、高温增容剂 TW-2
将粉态的 TW-1 ，TW-2 按 3∶2 比例混合，组成LTTW-1 反应剂。
《4 高黏度改性沥青配伍机理分析[3]》
4 高黏度改性沥青配伍机理分析[3]
《4.1 红外光谱分析》
4.1 红外光谱分析
采用美国 Nicolet 740 FTIR 红外光谱分析仪对改性过程中的高黏度改性沥青分析如下。SBS 和基质沥青原材料的红外光谱分析如图2、图 3 所示。图3 中在 2 800~3 000 cm-1 处出现很强的吸收峰，这些强的吸收峰是环烷烃和烷烃的 C—H 振动的结果，其中以—CH2 —的吸收最强。从光谱图中可分析出基质的沥青中主要由烷烃、环烷烃、芳香族，以及杂原子衍生物等构成。由于沥青的组成复杂，有的吸收峰可能会被掩盖。图 4 反映出刚加入反应剂 LTTW-1 反应 10 min，其峰的吸收表现为 SBS 与基质沥青峰的叠加。在反应 60 min 后，SBS 与基质沥青在反应剂 LTTW-1 的作用下完全发生了化学变化，对比图 4、图 5 在红外光谱示意图中 997 cm-1，720 cm-1 和 623 cm-1 三处特征峰的强度，623 cm-1 处吸收峰强度基本相同，该处为 SBS 中聚苯乙烯段的特征峰。此峰证明反应共混中苯乙烯没有参加化学反应。而 997 cm-1 处的吸收峰强度有所减弱，这两边为聚丁二烯段中双键的特征峰。光谱图中特征峰减弱证明共混反应中主要是丁二烯在反应剂 LT TW-1 作用下，“C =C”成为反应的活性中心，使 SBS 与沥青之间发生了接枝反应，提高了沥青的力学性能。
《图2》
图2 SBS 红外光谱示意图
Fig.2 The diagram of SBS IR spectrum
《图3》
图3 基质沥青红外光谱示意图
Fig.3 The diagram of base asphalt IR spectrum
《图4》
图4 加入助剂 A，B 反应 10 min 光谱示意图
Fig.4 The spectrum diagram of adding the auxiliary A， B after reaction 10 minutes later
《图5》
图5 加入助剂 A，B 反应1 h 光谱示意图
Fig.5 The spectrum diagram of adding the auxiliary A， B after reaction 1 hour later
《4.2 微观结构分析》
4.2 微观结构分析
SBS 和基质沥青采用热熔共混，然后采用高速剪切均化磨进行研磨，将基质沥青与（5.5 %）SBS 在 170 ℃ 的高温下高速剪切 30 min，再加入助剂LTTW-1 （0.2%），机械搅拌 60 min 观察其内部微观变化，如图 6 所示。
《图6》
图6 加入 LTTW-1 前后沥青微观结构图
Fig.6 Adding LTTW-1 before and after to the micro -structure of asphalt
《4.3 反应剂 LTTW-1 加入量对改性沥青黏度的影响》
4.3 反应剂 LTTW-1 加入量对改性沥青黏度的影响
常规聚合物改性沥青的熔融黏度提高，导致高温施工时黏度增加，施工和易性差，因而需要在高温下拌和、摊铺、压实，能量消耗大，综合成本高。而加入反应剂 LTTW-1 却与其相反，随其掺量的增加，改性沥青在 135 ℃ 下的黏度降低，而 60℃ 动力黏度却大幅增加，研究应用的高黏度改性沥青的这些特点，不仅可有效地改善沥青对集料的浸润速率，在大幅提高黏度的同时，提高粘附力和覆盖率，有效克服了高粘改性沥青施工难的问题。
LTTW-1 掺配剂量及改性沥青 60 ℃，135 ℃ 动力黏度影响如图 7 所示[5]。
《图7》
图7 反应剂 LTTW-1 在基质沥青中的掺量（%）对沥青黏度影响
Fig.7 The reaction agent LTTW-1 in the base asphalt content (%) on the impact of asphalt viscosity
《4.4 LTTW-1 对沥青老化的影响[7]》
4.4 LTTW-1 对沥青老化的影响[7]
SBS 改性沥青掺入 0.15% LTTW-1 后，在 163 ℃ 高温条件下，改性沥青吸氧量大幅减少如图 8 所示，高温持续时间越长，抗氧化作用越显著，表明高黏度改性沥青具有明显的抗老化功能。
《图8》
图8 LTTW-1 抗热老化规律图
Fig.8 The law diagram of LTTW-1 resist aging heat
《4.5 高黏度改性沥青的黏度温度规律》
4.5 高黏度改性沥青的黏度温度规律
普通沥青、SBS 改性沥青和高黏度改性沥青的黏度温度关系如图 9 所示[7]。数据表明，高黏度改性沥青黏度温度关系与一般 SBS 改性沥青基本相同，从而改变了传统高黏度改性沥青施工工艺要求高、拌和难等问题。
《图9》
图9 普通沥青、改性沥青及高黏度沥青的黏度温度曲线
Fig.9 The viscosity -temperature curve of ordinary asphalt， modified asphalt and high viscosity asphalt
《5 混合料路用性能检验》
5 混合料路用性能检验
以高黏度改性沥青 SMA -16 混合料为例，对材料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳性等路用性能进行了检验。
《5.1 高温稳定性》
5.1 高温稳定性
在（60 ±1）℃，（0.7 ±0.05）MPa 条件下测得混合料动稳定度 Ds =5 813 次/mm（表 5），为要求值 3 500 的 1.66 倍，显示高黏度改性沥青混合料有良好的高温稳定性。
《表5》
表5 高黏度沥青 SMA -16 动稳定度 Ds
Table 5 The dynamic stability Ds of high-viscosity asphalt SMA -16
《5.2 低温抗裂性》
5.2 低温抗裂性
混合料小梁试件在（-10 ±0.5）℃ 条件下弯曲试验结果见表 6，高黏度改性沥青 SMA -16 试件 -10 ℃ 劲度模量 3 191 MPa，破坏应变 2 937.7 με，为要求的应变值 2 500 με 的 1.18 MPa，表明高黏度改性沥青混合料有更好的低温抗裂性。
《表6》
表6 高黏度改性沥青 SMA -16 低温（-10 ℃）抗裂性试验
Table 6 The low temperature (-10 ℃) crack test of the high-viscosity modified asphalt SMA -16
《5.3 水稳定性检验[8]》
5.3 水稳定性检验[8]
高黏度改性沥青 SMA -16 混合料做 48 h 浸水马歇尔试验，和标准试验相比，要求残留稳定度 >80 %，实测可达 90 %，表明高黏度改性沥青混合料有更强的抗水损坏能力。
《表7》
表7 高黏度改性沥青 SMA -16 水稳定性能检验
Table 7 The stability of the water performance test in the high-viscosity modified asphalt SMA -16
《6 拉拔强度比较》
6 拉拔强度比较
通过不同黏度改性沥青拉拔试验（表 8）可知，随着沥青黏度增加，沥青拉拔强度也提高，其中高黏度改性沥青的拉拔强度（1.2 MPa）是 SBS 改性沥青（0.486 MPa）的 2.47 倍。
《表8》
表8 高黏度沥青的拉拔强度对比
Table 8 The pull -out strength comparison of the high viscosity asphalt
《7 结语》
7 结语
1）分析研究表明，反应剂 LTTW-1 对提高 SBS改性沥青 60 ℃ 黏度、降低 135 ℃ 黏度作用明显。
2）新型高黏度改性沥青在 60 ℃ 动力黏度数万 pa· s 条件下，仍可用 SBS 改性沥青常规工艺施工，解决了高黏度改性沥青施工难的问题。
3）高黏度改性沥青在世界最长的杭州湾跨海大桥桥面防水粘层、沥青混合料铺装层中得到全面应用。试验表明，高黏度改性沥青拉拔强度高，沥青混合料有良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害和光候老化能力，桥面铺装可有更好的耐久性。
4）高黏度改性沥青应用前景广阔，除桥面铺装外，还可用于高性能面层结构和作为重载、长大纵坡条件下沥青路面结合料使用。
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