高黏高彈改性瀝青在城市橋面黑化中的應(yīng)用

摘" 要：混凝土鋪裝層橋面黑化受橋梁恒載限制，加鋪層一般偏薄，易發(fā)生推移變形、脫落病害，嚴(yán)重影響道路的使用性能。為防止此類路面病害，保證路面使用性能及使用壽命，依托成都市雙桂立交橋橋面黑化項(xiàng)目，對(duì)橋面黑化進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，并應(yīng)用高黏高彈改性瀝青提升加鋪層的高低溫穩(wěn)定性能及變形恢復(fù)能力，形成整體抵抗車輛荷載產(chǎn)生的剪切力，防止瀝青面層變形剝落，同時(shí)能降低噪聲污染，有效提升橋面整體路用性能。

關(guān)鍵詞：高黏高彈；改性瀝青；橋面鋪裝；黑化；道路工程

中圖分類號(hào)：U414" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）32-0173-04

Abstract： The blackening of the concrete pavement bridge deck is limited by the dead load of the bridge. The overlay is generally thin， which is prone to displacement， deformation and shedding diseases， which seriously affects the performance of the road. In order to prevent such pavement diseases and ensure the service performance and service life of the pavement， relying on the Blackening Project of the Shuanggui Interchange Bridge in Chengdu City， the overall scheme design for the blackening of the deck is carried out， and high-viscosity and high-elasticity modified asphalt is applied to improve the high and low temperature stability and deformation recovery of the overlay layer， forming an overall resistance to shear force generated by vehicle loads， preventing deformation and peeling of the asphalt surface layer， reducing noise pollution， and effectively improving the overall road performance of the bridge deck.

Keywords： high-viscosity and high-elasticity; modified asphalt; bridge deck pavement; blackening; road engineering

城市道路橋梁早期建設(shè)時(shí)很多橋面采用混凝土鋪裝層，隨著城市快速發(fā)展，通行車輛及周邊居民增加迅猛，其路用性能的缺點(diǎn)越發(fā)明顯，如舒適性差、易打滑、噪聲大等，且隨著使用年限增長(zhǎng)越發(fā)突出。為改善橋面的路用性能，對(duì)原混凝土鋪裝層進(jìn)行黑化極為必要，而選用適當(dāng)?shù)暮诨夹g(shù)極為重要。

1" 工程概況

成都市雙桂立交橋?yàn)槌鞘兄鞲傻?，建成?993年8月，包括雙橋子立交橋、五桂立交橋。雙橋子立交橋主線及匝道全長(zhǎng)約3 173 m、橋面寬7～26 m；五桂立交橋連接二環(huán)路雙橋子立交橋和成渝高速公路的高架橋，橋梁總長(zhǎng)為1 416.54 m，斜拉剛構(gòu)橋?yàn)槿L(zhǎng)138.42 m的塔梁固結(jié)斜拉剛構(gòu)，跨鐵路橋跨徑為（26.00+36.00+26.00）m，其余各聯(lián)橋跨徑均為20.00 m，橋?qū)?5.00 m。橋面鋪裝層均采用厚8 cm鋼筋網(wǎng)片和鋼纖維混凝土。隨著城市建設(shè)發(fā)展，橋周邊居民增多，通行車輛劇增，原混凝土橋面行車舒適性、安全性下降，噪聲大，已對(duì)周邊產(chǎn)生不良影響，亟待橋面黑化改造。

2" 高黏高彈改性瀝青

高黏高彈改性瀝青是指通過(guò)加入高黏高彈改性劑或物理改性的方式， 動(dòng)力黏度（60 ℃）大于20 000 Pa·s， 彈性恢復(fù)（25 ℃）大于85%的瀝青[1]。相對(duì)于常用的SBS改性瀝青，高黏高彈改性瀝青具有針入度小、延度大、塑性良好和軟化點(diǎn)高等特點(diǎn)，總體上體現(xiàn)在以下方面。

高低溫抗剪和變形恢復(fù)能力強(qiáng)[2]。研究表明，高黏高彈改性瀝青相位角降低，溫度敏感性降低，從而有效提升了瀝青膠結(jié)料的黏彈性，彈性恢復(fù)率顯著增加。若瀝青混合料高低溫穩(wěn)定性差，車輛載荷長(zhǎng)期作用下，特別車輛頻繁啟停，極易導(dǎo)致瀝青面層發(fā)生位移和變形，高溫、重車情況下尤為明顯。高黏高彈改性瀝青抗剪性能和變形恢復(fù)能力很強(qiáng)，面對(duì)高溫、重載等極不利情況更凸顯性能優(yōu)勢(shì)。

降噪環(huán)保性能優(yōu)良[3]。高黏高彈改性瀝青混合料具有較佳的阻尼成效，可有效消減聲波傳輸，減少輪胎自身振動(dòng)，行車振動(dòng)較小，具有顯著降噪的作用。

提升耐久性。高黏高彈改性瀝青良好的黏韌性，使得瀝青面層更好地形成整體，從而增強(qiáng)抵抗變形破壞的能力，提升路面使用耐久性。

良好的經(jīng)濟(jì)性。一般情況下為提升瀝青面層的使用年限或防止剛?cè)峤Y(jié)合面處于不利剪切面上，常規(guī)方案是增加瀝青面層厚度，導(dǎo)致造價(jià)增加較多；而高黏高彈改性瀝青混合料性能全面，較薄的瀝青面層也可以達(dá)到路用性能要求，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好。

3" 橋面黑化設(shè)計(jì)

3.1" 主要影響因素

雙桂立交橋作為城市主干路，橋面黑化主要影響因素如下。

氣候：工程區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)氣候區(qū)，瀝青及瀝青混合料路用性能氣候分區(qū)屬夏炎熱冬溫潮濕區(qū)1-4-1。

交通量：交通量大，重車多，易堵車，屬重交通。

原橋面鋪裝層狀況：基本情況較好，除少量細(xì)微裂縫外，無(wú)明顯其他嚴(yán)重病害。

橋梁恒載：增加恒載時(shí)需進(jìn)行橋梁荷載驗(yàn)算。

橋面防水黏結(jié)層：防止面層內(nèi)部結(jié)構(gòu)水下滲，并起到剛?cè)峤缑嬷g過(guò)渡的黏結(jié)作用。

瀝青加鋪層類型：路用性能優(yōu)良，特別是抗變形能力突出。

施工作業(yè)：保通壓力大，工期緊，作業(yè)時(shí)間很受限。為保城市道路通暢，主干路很難在白天安排斷道施工，而夜間作業(yè)時(shí)間一般也很緊湊。

經(jīng)濟(jì)性：性價(jià)比合理可行。

3.2" 橋梁恒載驗(yàn)算

由于橋梁恒載富裕度一般很小，橋面黑化加鋪瀝青混合料層厚受限很大。根據(jù)雙桂立交橋橋梁相關(guān)資料，斜拉剛構(gòu)橋采用Midas Civil 建立有限元模型，全橋主梁和剛架采用梁?jiǎn)卧M，斜拉索采用桁架單元模擬，考慮自重、二期恒載、汽車荷載和溫度荷載等作用，經(jīng)驗(yàn)算，原橋及加鋪4 cm瀝青面層后強(qiáng)度及剛度、裂縫寬度均滿足規(guī)范要求；但抗彎承載能力安全儲(chǔ)備系數(shù)、抗剪承載能力安全儲(chǔ)備系數(shù)以及最大裂縫寬度富裕度都較小，建議原橋面加鋪瀝青面層控制在4 cm以內(nèi)。

3.3" 瀝青加鋪層類型

選擇技術(shù)成熟，性能優(yōu)良的路面類型。SMA路面采用大量粗集料、較多的瀝青結(jié)合料和礦質(zhì)填料以及少量細(xì)集料和纖維穩(wěn)定劑組成，有較大的內(nèi)摩擦角和黏聚力，具有優(yōu)良的路用性能。SMA路面相較于傳統(tǒng)的AC型路面，抗車轍性能、抗滑性能及耐久性優(yōu)點(diǎn)突出，特別是其內(nèi)大量粗集料嵌擠形成粗糙的表面，表面開(kāi)孔較為連續(xù)，有助于降低行車噪聲。高黏高彈改性瀝青用做結(jié)合料，一定程度上更能凸顯SMA路面各項(xiàng)路用性能。因此，本項(xiàng)目橋面黑化路面類型選用SMA路面。

3.4" 黑化方案設(shè)計(jì)

結(jié)合行車舒適性、使用耐久性、路面降噪，并重點(diǎn)考慮橋梁恒載、防止推移變形破壞后，雙桂立交橋橋面黑化設(shè)計(jì)方案采用3.5 cm高黏高彈改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-10+改性乳化瀝青黏層+橡膠瀝青同步碎石封層+處置合格的原水泥混凝土橋面，加鋪總厚度不超過(guò)4.0 cm。

橡膠瀝青同步碎石封層用作橋面防水黏結(jié)層。由于臨時(shí)交通組織困難，施工工期緊，作業(yè)時(shí)段短，原橋面伸縮縫不做改造提升，設(shè)置TST無(wú)縫伸縮縫。

4" 主要技術(shù)指標(biāo)

4.1" 高黏高彈改性瀝青技術(shù)

高黏高彈改性瀝青是保證瀝青鋪裝層路用性能的關(guān)鍵材料，其主要技術(shù)指標(biāo)滿足要求，見(jiàn)表1。

條件許可時(shí)優(yōu)先選用成品高黏高彈改性瀝青；不具備條件時(shí)，也可以用成品SBS改性瀝青摻高黏改性劑方式制備高黏高彈改性瀝青。制備高黏高彈改性瀝青時(shí)應(yīng)注意材料的相容性、成品穩(wěn)定性以及嚴(yán)控高黏改性劑摻量。高黏改性劑主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

4.2" SMA-10技術(shù)要求

骨料采用玄武巖軋制，礦粉采用灰?guī)r磨制。玄武巖碎石采用大型反擊式多級(jí)聯(lián)合碎石機(jī)加工，破碎后顆粒的形狀應(yīng)接近立方體，并具有足夠的強(qiáng)度和耐磨耗性，并在反擊破碎和振動(dòng)篩中采用真空吸塵裝置，以減少碎石表面的粉塵含量，其主要技術(shù)指標(biāo)控制見(jiàn)表3。

結(jié)合氣候、項(xiàng)目特點(diǎn)，高黏高彈改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-10主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4。

5" 橡膠瀝青同步碎石封層

集料采用石質(zhì)堅(jiān)硬、清潔、不含風(fēng)化、近立方體顆粒的碎石，且碎石須瀝青進(jìn)行預(yù)裹覆。橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

6" 施工要點(diǎn)

6.1" 基面處理

1）橋面水泥混凝土表面應(yīng)進(jìn)行檢查，對(duì)尖銳突出物應(yīng)進(jìn)行打磨。

2）使用專用無(wú)塵噴砂打毛機(jī)對(duì)橋面水泥混凝土頂面進(jìn)行噴砂打毛，清除表面浮漿層，并徹底清理干凈，形成較粗糙的宏觀構(gòu)造新鮮面，構(gòu)造深度不低于0.50 mm。

6.2" 橡膠瀝青封層施工

1）施工前應(yīng)進(jìn)對(duì)下承層基面處理，要求基面粗糙、干燥、無(wú)灰塵、石屑、油污和雜物等。一般情況下選擇晴天作業(yè)施工，不得在陰雨天及雨后路面潮濕時(shí)作業(yè)施工。

2）確定橡膠粉的摻量。一般選擇至少3個(gè)不同的橡膠粉摻量（最小摻量不低于20%）進(jìn)行試驗(yàn)，將橡膠粉加入瀝青的溫度范圍在177～204 ℃之間，混融1 h后進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取合適的橡膠粉摻量[4]。

3）橡膠瀝青的生產(chǎn)。應(yīng)由熟練人員操作橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備，采用間歇式方式生產(chǎn)。操作人員準(zhǔn)確控制導(dǎo)熱油溫度，準(zhǔn)確控制配料比例[4]。

4）橡膠瀝青灑布：橡膠瀝青灑布量采用2.2±0.2 kg/m2。

5）撒鋪碎石：橡膠瀝青噴灑后應(yīng)立即用碎石滿鋪，碎石撒鋪量采用8～14 kg/m2。

6）碾壓：膠輪壓路機(jī)宜在25 t以上，緊跟碎石撒鋪后碾壓，壓路機(jī)數(shù)量至少2臺(tái)，碾壓遍數(shù)為3遍，作業(yè)時(shí)間控制在10 min以內(nèi)。

7）結(jié)合市政道路通車要求，橡膠瀝青封層施工后應(yīng)緊跟施工瀝青混凝土層，中間不開(kāi)放交通。

6.3" 高黏高彈改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-10施工

1）混合料拌合時(shí)需要采用專用的纖維穩(wěn)定劑投料裝置，纖維在混合料中充分分散，拌合均勻，計(jì)量準(zhǔn)確。纖維在礦料投入干拌后噴入瀝青的同時(shí)一次性噴入拌和機(jī)內(nèi)，拌和時(shí)間宜延長(zhǎng)5～10 s，總的濕拌時(shí)間不少于45 s。

2）采用高溫保溫運(yùn)輸車運(yùn)料。運(yùn)料車進(jìn)入攤鋪現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，輪胎上清除泥土等可能污染路面的臟物。另外，運(yùn)料車余料不得隨意倒在攤鋪面上，由專門(mén)運(yùn)輸車輛收集拉走。

3）瀝青混合料攤鋪在氣溫低于10 ℃，以及雨天、路面潮濕的情況下不得施工。施工的攤鋪機(jī)具備自動(dòng)找平裝置、預(yù)壓實(shí)裝置。攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和機(jī)的產(chǎn)量，施工機(jī)械配套及攤鋪寬度，攤鋪厚度來(lái)選擇，控制攤鋪速度不大于2.0 m/min，做到均勻前進(jìn)，不間斷攤鋪，中間不得隨意停機(jī)。攤鋪機(jī)熨平板初始工作角度與攤鋪厚度有關(guān)，一般調(diào)控為0.6～1.0 mm，形成初始工作角度。

4）壓實(shí)采用水平振蕩壓路機(jī)。碾壓時(shí)應(yīng)做到“高溫、緊跟、勻速、慢壓、高頻、低幅、先邊、后中”的十六字要決。

5）溫度控制[3]：拌和時(shí)，礦料溫度180～200 ℃，高黏高彈改性瀝青溫度165～175 ℃，混合料出廠溫度為175～185 ℃；攤鋪碾壓時(shí)，初碾溫度不低于160 ℃，終壓溫度不低于120 ℃，碾壓終了表面溫度不低于90 ℃。高黏高彈改性瀝青混合料出廠溫度高于195 ℃須廢棄。新鋪路面應(yīng)待攤鋪層完全自然冷卻至表面溫度低于50 ℃后，方可開(kāi)放交通。

6）瀝青混合料在備料、拌合、運(yùn)輸（運(yùn)輸過(guò)程中車輛必須用棉被覆蓋，起到保溫、防雨和防污染的作用，從拌和站到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)溫度損失控制在5 ℃以內(nèi)）和攤鋪各環(huán)節(jié)應(yīng)采取措施減少混合料的材料離析及溫度離析。正式攤鋪過(guò)程中不得出現(xiàn)混合料離析，溫度降低導(dǎo)致結(jié)塊冷料必須清除，集中運(yùn)至指定棄料場(chǎng)。

6.4" TST無(wú)縫伸縮縫施工

采用TST橋梁伸縮縫能極大減少原橋伸縮縫常規(guī)提升改造對(duì)交通組織的壓力，其具有較好的強(qiáng)度、黏結(jié)性、高低溫穩(wěn)定性、彈縮性變形性和耐老化性。

TST橋梁伸縮縫具體施工工藝如下：①鑿毛原伸縮縫保護(hù)帶表面，出露骨料，用環(huán)氧混凝土/環(huán)氧砂漿修補(bǔ)破損處。②清理伸縮縫，更換止水帶。③無(wú)縫伸縮縫區(qū)域加蓋墊板，厚度與橋面加鋪層等厚，加鋪橋面瀝青層。④移除墊板，然后放入跨縫鋼板，以定位釘固定，并注意對(duì)中。⑤在保護(hù)帶外露面上均勻涂刷TST專用粘合劑，槽口底面與側(cè)面均應(yīng)涂抹，厚度控制1～2 mm。⑥鋪上炒熱的小石料，稍高出橋面（一般控制在10 mm左右），振實(shí)并刮平。⑦為防止TST外流，需設(shè)置擋板，并澆灌上足量的TST，完全掩蓋石子。⑧逐段完成后修整邊緣，去掉兩邊擋板，冷卻1～3 h，開(kāi)放交通[5]。

7" 結(jié)束語(yǔ)

橋梁鋪裝層黑化設(shè)計(jì)及施工涉及到橋梁恒載、橋面防水黏結(jié)、加鋪層路用性能及伸縮縫改造等眾多方面，通過(guò)將高黏高彈改性瀝青應(yīng)用在橋面鋪裝層上，能有效提升瀝青鋪裝層的抗剪切及變形恢復(fù)性能，減薄加鋪厚度，提高使用壽命，整體提升橋面的使用性能；同時(shí)結(jié)合SMA路面良好的降噪性能，有效改善了居住環(huán)境，改善了城市道路形象。

雙桂立交橋自2018年施工完成后，至今橋面使用狀況良好，無(wú)推移變形、脫落、車轍路面病害，橋面黑化技術(shù)方案可行，積累了高黏高彈改性瀝青在橋面黑化的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

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