水泥混凝土橋面超薄鋪裝層材料優(yōu)選及配合比設(shè)計

鄭金剛

（河北燕峰路橋建設(shè)集團有限公司，河北 石家莊 050091）

對于水泥混凝土橋梁的鋪裝結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)厚度減薄時，對鋪裝層材料的性能要求更高，為此，本文研究了小粒徑瀝青混合料、非碾壓型瀝青混合料、復(fù)式微表處混合料和橡膠瀝青混合料，以適應(yīng)不同鋪裝結(jié)構(gòu)的要求。

1 小粒徑薄層鋪裝材料的性能

小粒徑瀝青混合料具有性能優(yōu)良、攤覆厚度小的特點，適用于公路工程預(yù)防性養(yǎng)護，亦可作為新建公路橋梁的功能層。本文所指的小粒徑瀝青混合料是指最大粒徑為9.5mm的混合料，由于粒徑較小，因此適用于薄層鋪裝結(jié)構(gòu)。筆者在研究過程中設(shè)計了逐級填充貫入阻力試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同比例集料混合后的貫入阻力

由表1可以得出：

（1）粒徑較大的集料對提高集料的內(nèi)摩擦角的作用比較明顯；

（2）在4.75mm顆粒固定時，加入適當(dāng)比例的2.36mm、1.18mm顆粒可使得剪強度明顯提高，而繼續(xù)添加0.6mm顆粒則強度提高不明顯。

由此可以認為，在小粒徑瀝青混合料中，對外力承受能力最強的是4.75mm，2.36mm和1.18mm；而1.18mm以下的顆粒不受力或只承擔(dān)很小一部分力，由此可以認為1.18mm以下的顆粒不具有骨架構(gòu)成能力。

為進一步研究小粒徑瀝青混合料的級配構(gòu)成機理，筆者又引進了分形理論來計算級配的分形維數(shù)，如式（1） 所示：

利用不同粒徑顆粒壓碎后的級配數(shù)據(jù)進行計算，發(fā)現(xiàn)分形理論可以有效的預(yù)測級配的破碎規(guī)律，如表2所示。

表2 不同最大粒徑集料壓碎計算與實際篩分結(jié)果

通過混合料性能的進一步驗證，確定小粒徑混合料的級配（見表3）。

表3 小粒徑瀝青混合料的推薦級配

進一步針對不同結(jié)構(gòu)組合的薄層鋪裝結(jié)構(gòu)的高溫性能進行實驗研究，實驗結(jié)果表明，采用雙層骨架密實性小粒徑混合料鋪裝結(jié)構(gòu)（2cm+2cm）的高溫穩(wěn)定性，明顯高于采用傳統(tǒng)的AC結(jié)構(gòu)及骨架空隙結(jié)構(gòu)；并且對防水黏結(jié)層的用量有較好的適應(yīng)性，如表4所示。

表4 雙層體系車轍試驗結(jié)果

2 非碾壓型瀝青混合料的性能

為進一步提高水泥混凝土橋面薄層鋪裝的平整度，本研究借鑒傳統(tǒng)澆注式瀝青混合料性能，通過對膠結(jié)料的優(yōu)選和級配的重新設(shè)計，采用不同的原材料制備了8種不同的膠結(jié)料，如表5所示。

表5 組合瀝青的各組分摻量

通過室內(nèi)試驗研究和混合料性能驗證，設(shè)計出了一種全新的混合料，如圖1所示。

圖1 新級配與日本級配下限的對比

該混合料的性能遠高于傳統(tǒng)的澆注式瀝青混合料，如表6和圖2所示。

表6 混合料的高溫性能檢驗

該混合料在有效提高溫穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，仍然保持傳統(tǒng)澆注式瀝青料優(yōu)良的低溫、密水及抗疲勞性能，如表7所示。

表7 兩種澆注式混合料性能對比

非碾壓型混合料經(jīng)過試驗路的試鋪和檢驗，測試結(jié)果如表8所示。可以看出，非碾壓型瀝青混合料現(xiàn)場施工后的孔隙率非常低，且混合料完全不滲水，從芯樣也可以看出，非碾壓型瀝青混合料的結(jié)構(gòu)非常致密。

表8 取芯件空隙率和取芯部位滲水系數(shù)

3 橋面鋪裝用微表處混合料的配合比設(shè)計及性能

為進一步減薄鋪裝層的厚度，筆者進行了微表處鋪裝結(jié)構(gòu)的研究。針對橋面鋪裝的高性能要求，分別從乳化瀝青和集料兩方面加以嚴格控制，分別研究了乳化劑種類、乳化劑用量、改性劑摻量和集料性質(zhì)等對乳化瀝青性能的影響，如圖2和圖3所示。

圖2 乳化劑用量對可拌和時間的影響

圖3 改性劑劑量對剝落的影響

為確保用于橋面鋪裝的微表處的性能，筆者重點對用于微表處的集料的潔凈度進行了研究，通過實驗證明采用亞甲藍值指標(biāo)可更有效的反應(yīng)集料的潔凈度，其與混合料性能的關(guān)系也更好，如圖4和圖5所示。

結(jié)合本文中對于含泥量與亞甲藍值之間關(guān)系的研究和混合料試驗的試驗，本研究提出MBV＜1.5g/kg的集料為合格。

對于橋面鋪裝工程，要求微表處鋪裝層同時滿足與下承層的粘接性能、對下承層的找平功能、表面防滑功能、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性等。因此建議采用如圖6所示的結(jié)構(gòu)組合。

圖4 亞甲藍值與可拌和時間的關(guān)系

圖5 亞甲藍值與試件寬度變化率的關(guān)系

圖6 雙層橋用微表處結(jié)構(gòu)組合

上述結(jié)構(gòu)中，下層采用MS—Ⅱ混合料，由于其級配較細、瀝青用量較大，因此具有較好的找平和粘接能力，而上層采用MS—Ⅲ混合料有助于確保鋪裝層的高溫穩(wěn)定性和路表的防滑性能。同時采用雙層結(jié)構(gòu)也有助于提高鋪裝層的抗裂性能。

4 結(jié)論

（1）混合料性能試驗表明，小粒徑瀝青混合料（最大9.5mm）高溫穩(wěn)定甚至于還優(yōu)混合料性能試驗表明，其高溫穩(wěn)定甚至還優(yōu)于SMA—5和SMA—10混合料，而且路表構(gòu)造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙表構(gòu)造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙表構(gòu)造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙層小粒徑瀝青混合料的鋪裝結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度可達到4 000次/mm。

（2）非碾壓型瀝青混凝土相對傳統(tǒng)澆注式而言可以極大的提高溫穩(wěn)定性，動穩(wěn)定度可超過5000次/mm；而低溫抗裂性、而低溫抗裂性、裂縫愈合能力、抗疲勞性能及水穩(wěn)定性等路用能仍保持與傳統(tǒng)澆注式瀝青混凝土相近，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝土橋面的鋪裝；

（3）室內(nèi)試驗研究和現(xiàn)場調(diào)查表明，雙層微表處橋面鋪裝結(jié)構(gòu)可完全適應(yīng)高速公路水泥混凝土橋面鋪裝的要求。

參考`文獻：

[1] 羅立峰，鐘鳴，黃成造.橋面鋪裝設(shè)計理論的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002（4）：91-96.

[2] 付智，李紅.橋面鋪裝新材料與新技術(shù)[J].混凝土世界，2010（11）：22-27.

[3] 許濤，黃曉明.橋面鋪裝材料設(shè)計參數(shù)對鋪裝層受力影響[J].公路交通科技，2007（9）：32-36.