澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用

楊振偉，徐 斌，肖緒蕩

（1.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065；2.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

0 引 言

隨著中國現(xiàn)代交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，大跨徑橋梁不斷增多，鋼橋面鋪裝作為其核心技術(shù)愈發(fā)受到設(shè)計和工程人員的重視［1－3］。中國于1997年引進(jìn)澆注式瀝青混凝土并逐漸應(yīng)用于鋼橋面鋪裝中，雖然使用效果較為理想，但仍出現(xiàn)了一定程度的橋面病害。由于鋼橋面板多采用封閉型鋼箱，熱容量較小，傳熱較快，高溫時易出現(xiàn)車轍變形；在行車荷載長期反復(fù)作用下，某些特殊部位（如U型加勁肋）頂部的鋪裝層表面易因抗疲勞性能不足而產(chǎn)生不規(guī)則裂縫等問題，嚴(yán)重影響橋面行車。現(xiàn)階段，上述問題在實際工程中尚未得到充分解決，同時在原材料選取、澆注式瀝青混合料設(shè)計以及路用性分析等方面的研究也較為薄弱，澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用亟需進(jìn)一步科學(xué)論證和優(yōu)化。

因此，本文明確澆注式瀝青混合料原材料組成及技術(shù)要求，提出混合料級配范圍，分析各結(jié)合料TLA（特立尼達(dá)天然湖瀝青）摻配比并確定最佳油石比，基于路用性能分析優(yōu)選澆注式瀝青混合料類型，最后依托工程實例進(jìn)行應(yīng)用效果評價，對澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 原材料組成及技術(shù)要求

原材料作為影響鋼橋面鋪裝質(zhì)量的重要因素，要保證其基本性能滿足要求［4－5］。通過對澆注式瀝青混合料原材料進(jìn)行調(diào)查、取樣與試驗，確定本試驗瀝青采用摻配而成的混合瀝青，集料采用優(yōu)質(zhì)玄武巖集料，礦粉采用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r礦粉，具體技術(shù)要求如表1所示。

表1 原材料及技術(shù)要求

2 澆注式瀝青混合料的設(shè)計

本文選擇國產(chǎn)直餾30＃瀝青、聚合物改性瀝青以及SBS改性瀝青進(jìn)行試驗，分析各澆注式結(jié)合料TLA的最佳摻配比，并確定最佳油石比，為路用性能研究提供依據(jù)。

2.1 級配的確定

根據(jù)《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)指南》中，澆注式瀝青混合料的使用要求以及現(xiàn)有集料篩分結(jié)果進(jìn)行級配設(shè)計，結(jié)果如表2所示。

2.2 TLA摻配比分析

為明確澆注式結(jié)合料中TLA最佳摻配比例，分別以針入度、延度、軟化點為指標(biāo)，基于TLA不同摻量對各結(jié)合料進(jìn)行對比分析，試驗結(jié)果如圖1所示。

分析圖1可知以下幾點。

（1）混合后的國產(chǎn)直餾30＃瀝青針入度、延度均隨著TLA摻量的增加呈減小趨勢，軟化點則相反；其中，針入度在TLA摻量超過30%時逐漸平穩(wěn)，建議最佳摻量宜控制在30%。

（2）混合后的SBS改性瀝青針入度、延度以及軟化點均隨著TLA摻量的增加呈減小趨勢，當(dāng)TLA摻量在15%～20%時變化較為緩和，建議最佳摻量宜控制在20%。

2.3 最佳油石比的確定

據(jù)上述分析，對摻配TLA后的澆注式結(jié)合料分別在不同油石比下進(jìn)行流動性試驗、貫入度及貫入度增量試驗，據(jù)此確定各結(jié)合料的最佳油石比，試驗結(jié)果如圖2所示。

分析圖2可知以下幾點。

表2 澆注式瀝青混凝土合成級配

（1）對于國產(chǎn)30＃直餾瀝青，在油石比為9.2%時，其各項性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，故最佳油石比采用9.2%。

（2）對于SBS改性瀝青，在油石比為9.4%時，其各項性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，故最佳油石比采用9.4%。

（3）對于聚合物改性瀝青，在油石比為8.2%時，其各項性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，故最佳油石比采用8.2%。

3 澆注式瀝青混合料的路用性能

澆注式瀝青混合料路用性能是決定鋼橋面鋪裝質(zhì)量的關(guān)鍵因素，故本文在最佳油石比下，分析各類澆注式瀝青混合料的路用性能，據(jù)此確定澆注式瀝青混合料的合理類型。

圖1 TLA不同摻量下結(jié)合料三大指標(biāo)分析結(jié)果

圖2 不同油石比下GA貫入度及增量、孔隙率試驗結(jié)果

（1）高溫性能。采用貫入度及貫入度增量為指標(biāo)，對比分析各類混合料的高溫穩(wěn)定性，確定較優(yōu)的澆注式瀝青混合料類型［6－8］。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 各類混合料的高溫性能分析

分析圖3可知，采用SBS改性瀝青混合料的貫入度較大，其余兩類結(jié)合料貫入度及貫入度增量均差異不大。從貫入度增量角度評價，SBS改性瀝青和TLA混配的澆注式瀝青混合料抗高溫變形性能更加穩(wěn)定。

（2）低溫性能。低溫彎曲試驗用于表征混合料在低溫時抵抗彎曲變形的能力［9－10］。在溫度為－10℃、加載速率為10mm·min－1的條件下進(jìn)行低溫性能試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4 各類混合料的低溫性能分析

分析圖4可知，3種混合料相比，采用SBS改性瀝青的混合料彎拉強(qiáng)度、勁度模量較大，破壞應(yīng)變較小，故SBS改性瀝青和TLA混配的澆注式瀝青混合料低溫性能更加穩(wěn)定。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概況

清水河大橋位于貴州省甕安縣和開陽縣交界處，為單跨簡支鋼桁梁懸索橋，主纜分跨為258m＋1 130m＋345m，主纜垂跨比為1／10。橋位處屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤溫和型氣候，降水量受高原季風(fēng)氣候的影響差異較大。清水河大橋主橋行車道鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為上層40mm改性SMA、35mm SBS改性GA（澆注式瀝青混合料）、0.55kg·m－2環(huán)氧防水黏結(jié)層。

4.2 施工質(zhì)量管控

綜合考慮澆注式瀝青混合料拌合溫度高、礦粉用量大及施工要求苛刻等因素，在借鑒已有施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，確定清水河大橋澆注式瀝青鋪裝層施工質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)、檢測頻度及方法，如表3所示。

表3 施工質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)、檢測頻度及方法

4.3 應(yīng)用評價

經(jīng)施工檢測，本文采用的澆注式瀝青混合料拌合無花白料、無結(jié)團(tuán)成塊或離析現(xiàn)象，鋪裝層表面無輪跡、裂紋等現(xiàn)象，各項性能指標(biāo)均符合設(shè)計要求，且生產(chǎn)施工工藝合理，從而保證了良好的施工質(zhì)量，路面平整度、密實度和均勻性，為整個橋面的鋪裝質(zhì)量提供了保障，對今后澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

5 結(jié) 語

本文明確了澆注式瀝青混合料的原材料組成及技術(shù)要求，提出了合理的級配范圍；對比分析了各結(jié)合料TLA摻配并確定出最佳油石比；基于路用性能分析確定了澆注式瀝青混合料類型；最后依托清水河大橋工程實例進(jìn)行了應(yīng)用效果評價，為澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的推廣應(yīng)用提供參考。

本文的研究表明：國產(chǎn)直餾30＃瀝青最佳TLA摻量宜控制在30%，最佳油石比為9.2%；SBS改性瀝青最佳TLA摻量宜控制在20%，最佳油石比為9.4%；聚合物改性瀝青最佳油石比為8.2%。最佳油石比條件下，80%SBS改性瀝青和20%TLA混配的澆注式瀝青混合料抗高溫變形性能更加穩(wěn)定，在低溫時具有更好的抵抗彎曲變形能力，工程應(yīng)用效果良好，為澆注式瀝青混合料性能研究提供科學(xué)依據(jù)。