港珠澳大橋GMA澆注式瀝青混凝土施工技術(shù)

楊東來(lái)++徐永鋼++張育才

0 引言

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區(qū)、廣東省珠海市、澳門特別行政區(qū)的大型跨海通道，是列入《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》的重要交通建設(shè)項(xiàng)目。其建設(shè)內(nèi)容包括：海中主體工程（粵港分界線至珠澳口岸之間區(qū)段）、香港界內(nèi)跨海橋梁、香港口岸、珠澳口岸、香港連接線、珠海連接線及澳門連接橋。

港珠澳大橋主體工程包含15.8 km深水區(qū)橋梁，除3座通航橋梁外，主要采用鋼箱連續(xù)梁方案。鋼箱連續(xù)梁橋面板主要采用正交異性鋼箱梁橋面板結(jié)構(gòu)形式。 正交異性鋼箱梁橋面板具有構(gòu)件質(zhì)量輕、運(yùn)輸和架設(shè)方便、施工周期短等特點(diǎn)，因此，大跨徑的懸索橋、斜拉橋幾乎都采用正交異性鋼箱梁橋面板作為主體結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在正交異性鋼箱梁橋面板上鋪筑瀝青混凝土后構(gòu)成橋面系。但是，從目前的使用效果來(lái)看，正交異性鋼箱梁橋面板的橋面鋪裝問(wèn)題是大跨徑橋梁建設(shè)中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。鋼橋面鋪裝涉及到力學(xué)分析、材料特性、施工工藝等多方面的研究，正交異性橋面板對(duì)鋪裝層受力狀態(tài)、鋪裝材料的基本強(qiáng)度、變形性能、高溫穩(wěn)定性能、粘接性能、疲勞性能、施工工藝性能等要求很高，目前是一項(xiàng)世界性的技術(shù)難題。

港珠澳大橋地處高溫、多雨的亞熱帶地區(qū)，鋼橋面鋪裝層受復(fù)雜多變的自然環(huán)境的影響以及繁重的交通負(fù)荷作用，工作條件十分復(fù)雜。如何保證港珠澳大橋在鋪裝使用期內(nèi)不出現(xiàn)高溫車轍、層間推移、疲勞開裂等結(jié)構(gòu)性損壞，是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

1 工程概況

港珠澳大橋項(xiàng)目總平面布置見圖1。主體工程范圍：粵港分界線至珠澳口岸之間區(qū)段，總長(zhǎng)29.6 km，其中橋梁長(zhǎng)22.9 km，沉管隧道長(zhǎng)5.99 km（不含橋隧過(guò)渡段），為實(shí)現(xiàn)橋隧轉(zhuǎn)換設(shè)置2個(gè)長(zhǎng)度各為625 m的隧道人工島。

港珠澳大橋主體工程橋梁工程施工范圍：東自西人工島結(jié)合部非通航孔橋與深水區(qū)非通航孔橋的分界墩（K13+413）起，西至拱北/明珠附近的珠海/澳門口岸人工島（K35+890）止，以及珠澳口岸人工島大橋管理區(qū)互通立交，全長(zhǎng)約22.9 km。包括青州航道橋（主跨458 m雙塔空間索面鋼箱梁斜拉橋）、江海直達(dá)船航道橋（主跨2×258 m三塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）、九洲航道橋（主跨268 m雙塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）以及3座通航孔橋和其余非通航孔橋。

2 GMA工藝

澆注式瀝青混凝土施工分為MA（Mastioc Asphalt）和GA（Guss Asphalt）工藝。香港地區(qū)采用英國(guó)MA類澆注式瀝青混凝土技術(shù)，MA具有天然湖瀝青含量高、細(xì)集料級(jí)配嚴(yán)格的技術(shù)特點(diǎn)，使得MA混合料性能較為穩(wěn)定；但其生產(chǎn)工藝是先拌和瀝青、礦粉和細(xì)集料，生成瀝青膠砂，再摻加粗集料拌和成品混合料，拌和時(shí)間較長(zhǎng)（4～6 h），施工效率較低，不能很好地滿足項(xiàng)目工程量大、施工期緊的要求[1]。以德國(guó)、日本為代表的GA澆注式瀝青混凝土技術(shù)，采用瀝青拌和樓集中拌和生產(chǎn)，可連續(xù)供給施工，施工效率較高；在配合比設(shè)計(jì)中，天然湖瀝青用量較少，細(xì)集料級(jí)配要求較寬松，GA混合料性能的穩(wěn)定性不及MA混合料[2]。因此，在考慮充分發(fā)揮MA性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)和GA工藝的工效優(yōu)勢(shì)后，港珠澳大橋采用了GMA的全新工藝，即用GA生產(chǎn)工藝拌和MA澆注式瀝青混合料的施工方案，簡(jiǎn)稱GMA工藝。

2.1 GMA工藝存在的問(wèn)題

GMA作為全新的澆注式瀝青混凝土施工工藝，要克服的主要技術(shù)難題如下。

（1）鋪裝項(xiàng)目工程規(guī)模大，原材料需求量大，如何確保原材料質(zhì)量?jī)?yōu)異、規(guī)格穩(wěn)定，是保證橋面鋪裝質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

（2）需要重點(diǎn)研發(fā)、選用并改進(jìn)適用于國(guó)內(nèi)實(shí)際情況的專業(yè)施工設(shè)備。如混合瀝青專用的攪拌保溫設(shè)備的研制、礦粉加熱裝置的研制、適用于生產(chǎn)澆注式瀝青混凝土的拌和樓的升級(jí)改造等。

（3）MA類復(fù)合澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝采用新的施工工藝，較一般橋面鋪裝復(fù)雜，控制指標(biāo)也有特殊要求，因此需對(duì)復(fù)合澆注式鋼橋面鋪裝的關(guān)鍵技術(shù)和拌和工藝進(jìn)行專項(xiàng)研究。

（4）為了確保澆注式瀝青混凝土的攤鋪質(zhì)量，在保證攤鋪設(shè)備可靠的同時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整拌和時(shí)間與攤鋪溫度來(lái)解決，以保證有較好的施工和易性，但這可能會(huì)帶來(lái)動(dòng)穩(wěn)定度和抗疲勞性能下降的問(wèn)題。如何兼顧高溫性能和抗疲勞性能，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)一步探究。

（5）澆注式瀝青混凝土攤鋪機(jī)最大攤鋪寬度為8 m。經(jīng)過(guò)橋面分幅施工的技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)在中央分隔帶及路側(cè)鋼護(hù)欄附近不可避免地會(huì)出現(xiàn)人工攤鋪帶。由于大橋長(zhǎng)度長(zhǎng)，人工攤鋪帶工程量大，如何保證其質(zhì)量便成為施工的難點(diǎn)之一。

（6）目前還沒(méi)有形成一套適用于港珠澳大橋橋面鋪裝的MA 類復(fù)合澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝標(biāo)準(zhǔn)施工工藝，如何確定高質(zhì)量鋪裝的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.2 GMA工藝研究的主要內(nèi)容

（1）研制混合瀝青專用的攪拌保溫設(shè)備、粉料（礦粉細(xì)集料）加熱裝置，以及適于生產(chǎn)GMA澆注式瀝青混凝土的拌和樓的升級(jí)改造等。

（2）鋼橋面鋪裝的原材料組成及配合比設(shè)計(jì)研究。

（3）拌和工藝（溫度、時(shí)間）對(duì)MA與GMA材料力學(xué)特性、路用性能的影響。

（4）GMA 與MA 工藝施工工效的對(duì)比分析。

（5）GMA 類復(fù)合澆注式瀝青混凝土鋼橋面鋪裝施工工藝及質(zhì)量控制。

3 GMA施工技術(shù)

3.1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

3.1.1 粗集料

粗集料采用廣州桂田石場(chǎng)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)花崗巖集料，細(xì)集料和礦粉采用廣東云浮石場(chǎng)專門加工生產(chǎn)的石灰?guī)r集料，其檢測(cè)結(jié)果見表1。

3.1.2 細(xì)集料及礦粉

根據(jù)歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 13108-6，礦粉級(jí)配必須滿足要求，同時(shí)石灰?guī)r細(xì)集料及礦粉中CaCO3的含量不小于85%。

石灰?guī)r細(xì)集料分A 、B、C三檔。其中，A是粒徑在0.075～2.36 mm之間的細(xì)集料、B是粒徑在0.075～0.6 mm之間的細(xì)集料，C是粒徑在0.075～0.212 mm之間的細(xì)集料，各檔料及礦粉的篩分結(jié)果見表2。

3.1.3 瀝青及瀝青結(jié)合料

傳統(tǒng)的澆筑式瀝青結(jié)合料通常是由TLA（特立尼達(dá)天然湖潔瀝清）與道路石油瀝青按一定比例摻配而成，在本研究中，TLA與基質(zhì)瀝青的摻配比例為TLA A-70=7 3。根據(jù)英國(guó)BS 1447-1988標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和安達(dá)臣瀝青有限公司提供的MA基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果如表3、4所示。

3.2 GMA配合比設(shè)計(jì)

GMA的配合比設(shè)計(jì)是研究GMA混合料的基礎(chǔ)。本研究依據(jù)BS EN 13108-6的技術(shù)要求及相關(guān)試驗(yàn)方法，綜合考慮中國(guó)《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》的相關(guān)要求進(jìn)行MA混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)流程見圖2。

3.2.1 目標(biāo)配合比

參考深圳西部通道的配合比設(shè)計(jì)，混合料中粗集料用量為45%，細(xì)集料、礦粉和混合瀝青總用量為55%，最佳油石比為13.7%。其中TLA與基質(zhì)瀝青的摻配比例為7 3。

目標(biāo)配合比為：10～15 mm 5～10 mm A細(xì)集料 B細(xì)集料 C細(xì)集料 礦粉 TLA湖瀝青 AH-70基質(zhì)瀝青=3.15% 41.85% 7.7% 11.6% 14.2% 9.4% 3.62% 8.94%。

粗集料的礦料組成見表5。細(xì)集料礦料組成見表6，礦料級(jí)配曲線見圖3。

3.2.2 生產(chǎn)配合比

粗集料采用花崗巖集料，熱料倉(cāng)礦料組成見表7。細(xì)集料采用石灰石集料，其礦料組成同目標(biāo)配比。

4 室內(nèi)試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

4.1.1 模擬拌和站拌缸設(shè)備

由于GMA混合料是采用瀝青拌和站集中生產(chǎn)，為了模擬混合料在拌缸中的攪拌過(guò)程，筆者所在單位自行加工生產(chǎn)了模擬拌缸設(shè)備（圖4），采用雙臥軸攪拌方式，攪拌速度為0～60轉(zhuǎn)·min1可調(diào)，設(shè)有加熱及控溫裝置，拌缸內(nèi)溫度可在1 h內(nèi)升至180 ℃，下部設(shè)出料口，攪拌完成的混合料可從出料口倒出。

4.1.2 模擬cooker攪拌設(shè)備

cooker運(yùn)輸車是澆筑式瀝青混凝土施工的重要設(shè)備，集運(yùn)輸、二次攪拌、控溫等功能于一體，關(guān)系著澆注式瀝青混凝土施工的成敗。為了使室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)芨行У啬M實(shí)際攪拌工藝，自行加工生產(chǎn)了模擬cooker設(shè)備，即小型cooker設(shè)備（圖5、6）。攪拌方式為單臥軸攪拌，攪拌速度為0～50轉(zhuǎn)·min1可調(diào)，設(shè)有加熱及溫控裝置，可實(shí)現(xiàn)0～300 ℃之間的準(zhǔn)確控溫。上部設(shè)有開口，拌和容器可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可將上部開口轉(zhuǎn)到向下的位置，方便攪拌完成的混合料順利倒出。

4.1.3 劉埃爾流動(dòng)度測(cè)試儀

瀝青瑪蹄脂混凝土的流動(dòng)性試驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)瀝青瑪蹄脂混凝土的施工和易性，適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)配合比的設(shè)計(jì)和品質(zhì)管理。流動(dòng)性差則無(wú)法施工；流動(dòng)性太高，混合料可能發(fā)生離析并且無(wú)法獲得所需的坡度，并且一般情況下流動(dòng)性太高，混合料的瀝青含量較大，混合料的熱穩(wěn)性比較差。對(duì)瀝青瑪蹄脂混凝土的流動(dòng)性測(cè)試采用劉埃爾流動(dòng)性試驗(yàn)方法（圖7、8）。

4.1.4 車轍試驗(yàn)儀

采用國(guó)內(nèi)通用的車轍試驗(yàn)儀（圖9）測(cè)試60 ℃下的動(dòng)穩(wěn)定度，從而評(píng)價(jià)瀝青瑪蹄脂混凝土的高溫性能。國(guó)外執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)換算成國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)約為300次·min1。

4.1.5 硬度（貫入度）測(cè)試儀

硬度值試驗(yàn)與貫入度試驗(yàn)在原理上是一樣的，只是英國(guó)MA體系采用硬度值來(lái)評(píng)價(jià)瀝青膠砂的性能，本研究采用硬度值來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料性能，德國(guó)GA體系采用貫入度來(lái)評(píng)價(jià)澆注式瀝青混合料的性能。

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS 5284-1993中說(shuō)明了硬度值的試驗(yàn)方法。試件要求采用圓柱體，直徑不小于100 mm，高度不小于25 mm。本試驗(yàn)采用φ101.6 mm×100 mm的試件試模，試驗(yàn)溫度為25 ℃，硬度值讀數(shù)采用311 N的重力在直徑6.35 mm的圓形接觸面積上穩(wěn)壓60 s的貫入深度（圖10、11）。執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：S型的瀝青瑪蹄脂硬度值為3～6 mm；H型的瀝青瑪蹄脂硬度值為1.5～2.5 mm。

4.2 MA工藝研究

4.2.1 攪拌工藝和時(shí)間、溫度參數(shù)

（1） MA拌和成型工藝。采用上述原材料進(jìn)行MA瀝青混合料試驗(yàn)，混合料拌制過(guò)程中對(duì)成型硬度及車轍試件進(jìn)行混合料性能檢測(cè)。其中成型工藝即拌和步驟見表8，MA瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)要求如表9所示。

（2）MA混合料制備流程如下。 試驗(yàn)前將TLA湖瀝青加熱至180 ℃，A-70基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃，并在160 ℃下分2部分?jǐn)嚢瑁坎糠謹(jǐn)嚢? min，攪拌采用STLJ-5型瀝青混合料攪拌機(jī)進(jìn)行； 攪拌后的第1部分混合瀝青放入到160 ℃的烘箱中，待第2部分混合瀝青攪拌完成后一起加入到已預(yù)熱至160 ℃的自制cooker設(shè)備中，然后加入已加熱至220 ℃的礦粉，攪拌30 min，自制cooker設(shè)備轉(zhuǎn)速設(shè)定為5轉(zhuǎn)·min1；按粒徑由小到大依次加入細(xì)集料，將拌和設(shè)備溫度控制在200 ℃，攪拌30 min，然后進(jìn)行硬度試驗(yàn)所需試件的制作，共澆筑3個(gè)試件；加入大約一半的粗集料至攪拌設(shè)備中，拌和溫度控制在220 ℃，攪拌30 min；加入剩余部分粗集料，攪拌30 min；混合料開始攪拌后，每30 min取料進(jìn)行劉埃爾流動(dòng)度檢測(cè)，分別在1、1.5、2、2.5 h取料成型車轍試件，直至攪拌時(shí)間超過(guò)3 h。

4.2.2 流動(dòng)度值試驗(yàn)結(jié)果

（1）集料加熱加入狀態(tài)流動(dòng)度試驗(yàn)。采用同一級(jí)配進(jìn)行了3組MA混合料性能試驗(yàn)，混合料攪拌溫度均為220 ℃。3組試驗(yàn)的劉埃爾流動(dòng)度見表10和圖12。

由圖12可知，隨著混合料攪拌時(shí)間的增加，流動(dòng)度呈凹形曲線變化趨勢(shì)，攪拌0.5～1.5 h曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。主要原因可能是：開始攪拌階段，混合料沒(méi)有攪拌充分，集料表面沒(méi)有充分裹附瀝青，導(dǎo)致流動(dòng)性不佳；隨著攪拌逐漸充分，流動(dòng)性達(dá)到最佳狀態(tài)，而后隨著瀝青老化程度的逐漸加深，混合料流動(dòng)性能又逐漸變差。由于本次試驗(yàn)集料、礦粉和瀝青都是加熱到較高溫度后加入到小型cooker中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中由于不斷加料、取料，空氣不斷進(jìn)入小型cooker中，加劇了瀝青的老化速度，故流動(dòng)度在拐點(diǎn)過(guò)后劇烈增加。當(dāng)混合料攪拌2 h時(shí)，流動(dòng)度值達(dá)到40 s，此時(shí)瀝青的老化程度過(guò)深，已不適宜施工。

（2）集料常溫加入狀態(tài)流動(dòng)度試驗(yàn)。為了更好地模擬MA混合料的拌制過(guò)程，采用常溫的集料重新進(jìn)行了2組試驗(yàn)。混合料的拌制流程如下：TLA湖瀝青加熱至180 ℃，A-70基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃，在160 ℃下分2部分?jǐn)嚢瑁坎糠謹(jǐn)嚢? min，攪拌采用STLJ-5型瀝青混合料攪拌機(jī)進(jìn)行，攪拌葉自轉(zhuǎn)速度為75轉(zhuǎn)·min1，公轉(zhuǎn)速度為46轉(zhuǎn)·min1；攪拌后的第1部分混合瀝青放入到160 ℃的烘箱中，待第2部分混合瀝青攪拌完成后一起加入到已預(yù)熱到160 ℃的自制cooker設(shè)備中，然后加入常溫礦粉，攪拌30 min。自制cooker設(shè)備轉(zhuǎn)速設(shè)定為7轉(zhuǎn)·min-1；按粒徑由小到大依次加入常溫細(xì)集料，將拌和設(shè)備溫度設(shè)定為220 ℃，攪拌30 min。然后，進(jìn)行硬度試驗(yàn)所需試件的制作，共澆筑3個(gè)試件；加入大約一半的常溫粗集料至攪拌設(shè)備中，拌和溫度設(shè)定為220 ℃，攪拌30 min；加入剩余部分粗集料，攪拌30 min；每10 min對(duì)MA混合料進(jìn)行一次溫度測(cè)量，當(dāng)溫度升至210 ℃時(shí)，攪拌時(shí)長(zhǎng)共計(jì)2 h。此時(shí)開始流動(dòng)度測(cè)試；當(dāng)共攪拌3 h時(shí)，溫度升至220 ℃。

若瀝青不進(jìn)行加熱的話，混合料溫度升至220 ℃的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，可能需3.5～4 h。2組試驗(yàn)的劉埃爾流動(dòng)度值見表11和圖13。

由圖13可知，隨著混合料攪拌時(shí)間的增加，流動(dòng)度呈凹形曲線變化趨勢(shì)，攪拌1.5～2.5 h時(shí)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。當(dāng)集料常溫加入時(shí)（瀝青加熱），由于混合料攪拌1.5～2.5 h時(shí)溫度尚未達(dá)到試驗(yàn)溫度，僅為205 ℃～215 ℃，故拐點(diǎn)處流動(dòng)度值較大。由于混合料溫度是逐步增加到試驗(yàn)溫度的，故瀝青的老化速度減慢，拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間延后，經(jīng)過(guò)拐點(diǎn)后流動(dòng)度的變化趨勢(shì)比第1種情況有所減緩，當(dāng)混合料攪拌3 h時(shí)，流動(dòng)度值達(dá)到40 s，已不適宜施工。

對(duì)比2次試驗(yàn)可知，當(dāng)集料在常溫狀態(tài)加入小cooker時(shí)，混合料老化速度減慢，混合料的可施工狀態(tài)延后約1 h。

4.2.3 硬度值試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)上述2次共5組成型的瀝青膠砂硬度試件，進(jìn)行25 ℃水浴條件下的硬度值檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見表12和圖14。

由圖14可知，硬度值的檢測(cè)結(jié)果接近BS規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值的下限，硬度值較大。這可能與混合瀝青中TLA湖瀝青所占比例較大（TLA占70%）有關(guān)，達(dá)到了BS EN 13108-6中配合比設(shè)計(jì)要求的上限。

4.2.4 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)5組試驗(yàn)中不同攪拌時(shí)間成型的車轍試件進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表13和圖15。

由表13和圖15可得，MA混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨攪拌時(shí)間增加而逐漸增大，集料加熱加入條件下，混合料攪拌超過(guò)2 h后，動(dòng)穩(wěn)定度迅速增加，當(dāng)攪拌時(shí)間為2.5 h時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度大于2 000次·mm1，說(shuō)明瀝青老化程度已經(jīng)很深，這與流動(dòng)度值表征出的規(guī)律一致。當(dāng)集料以常溫加入時(shí)，混合料攪拌超過(guò)2.5 h后，動(dòng)穩(wěn)定度也迅速增加，這與流動(dòng)度值的變化規(guī)律也保持一致。

4.3 GMA工藝研究

4.3.1 攪拌工藝和時(shí)間、溫度參數(shù)

GMA施工工藝流程如圖16所示。

GA施工工藝與MA施工工藝的區(qū)別主要在于攪拌工藝。GA攪拌工藝要求將基質(zhì)與TLA混合瀝青、礦粉、集料同時(shí)加入瀝青攪拌鍋進(jìn)行拌和，時(shí)間約3 min，再將混合料放入cooker中繼續(xù)加溫拌和約2 h，檢驗(yàn)流動(dòng)性指標(biāo)符合要求即可進(jìn)行攤鋪。

利用模擬拌和缸、小cooker精確模擬拌和樓攪拌工藝和cooker攪拌工藝。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同工況的模擬，對(duì)混合料的流動(dòng)度、硬度和動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行檢測(cè)，主要確定各階段適宜的時(shí)間和溫度。暫定工況如下：設(shè)定拌和溫度為200 ℃，模擬拌和站攪拌時(shí)間2 min，模擬cooker攪拌時(shí)間1、1.5、2、2.5、3 h，測(cè)定200 ℃對(duì)應(yīng)的適宜攪拌時(shí)間及變化曲線；設(shè)定拌和溫度為220 ℃、240 ℃，攪拌時(shí)間一致，測(cè)定各溫度對(duì)應(yīng)的適宜攪拌時(shí)間及變化曲線；從上述溫度中選取性能最佳者為設(shè)定溫度，攪拌站攪拌時(shí)間為2、3、4、5 min，cooker攪拌時(shí)間為1、1.5、2、2.5、3 h，測(cè)定該溫度對(duì)應(yīng)的適宜攪拌時(shí)間及變化曲線，并選取性能最佳者測(cè)定動(dòng)穩(wěn)定度。

拌和溫度和時(shí)間為初定，可根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。

GMA混合料制備流程如下。

（1） 試驗(yàn)前將TLA湖瀝青加熱至180 ℃，A-70基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃，按照試驗(yàn)的比例和用量在160 ℃下攪拌3 min。攪拌采用STLJ-5型瀝青混合料攪拌機(jī)進(jìn)行。

（2）自制雙臥軸攪拌設(shè)備預(yù)熱至180 ℃，然后加入已加熱至240 ℃的粗集料、細(xì)集料和礦粉，設(shè)定轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)·min1，干拌1 min。

（3） 將已制備的混合瀝青加入自制雙臥軸攪拌設(shè)備中，轉(zhuǎn)速保持在50轉(zhuǎn)·min-1，濕拌1 min。

（4） 混合料在雙臥軸設(shè)備中攪拌完成后，轉(zhuǎn)入小cooker中，繼續(xù)攪拌。

（5） 每30 min進(jìn)行流動(dòng)度值檢測(cè)，并在設(shè)定的時(shí)間成型硬度試件和車轍試件。

4.3.2 流動(dòng)度值變化規(guī)律

采用目標(biāo)級(jí)配先進(jìn)行220 ℃下5組GMA混合料流動(dòng)性試驗(yàn)，結(jié)果見表14和圖17。

由圖17可知，曲線變化規(guī)律與MA試驗(yàn)類似。與集料加熱加入狀態(tài)的MA流動(dòng)度曲線相比，拐點(diǎn)后曲線增加趨勢(shì)變緩，這主要是因?yàn)椋cMA試驗(yàn)時(shí)相比，瀝青裸露的時(shí)間變短，氧化速度變慢，混合料的老化速度變緩。

隨后進(jìn)行了240 ℃下3組GMA混合料流動(dòng)性試驗(yàn)，結(jié)果見表15和圖18。

由表15和圖18對(duì)比分析可知，GMA混合料在 240 ℃下，攪拌0.5～2 h時(shí)流動(dòng)度較小，曲線較平緩，隨著溫度的升高，混合料的流動(dòng)性增加；攪拌超過(guò)2 h后，由于溫度較高，老化速度急劇上升，由此可得，溫度越高，GMA混合料流動(dòng)性越好，但老化速度加快。

4.3.3 硬度值變化規(guī)律

對(duì)混合料進(jìn)行35 ℃下的硬度檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)值為10～20（0.1 mm）。取混合料攪拌1.5 h時(shí)成型的硬度試件進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果見表16和圖19。

由圖19可知，在35 ℃水浴條件下， GMA混合料的硬度值在1.0～1.5 mm之間，滿足關(guān)于硬度值的技術(shù)要求。

4.3.4 動(dòng)穩(wěn)定度變化規(guī)律

對(duì)220 ℃成型的3組和240 ℃成型的3組不同攪拌時(shí)間的車轍試件，進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表17和圖20。

由圖20可知，GMA混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨攪拌時(shí)間增加而逐漸增大。在220 ℃下攪拌1.5 h時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度為700次·mm1左右，可較好地滿足設(shè)計(jì)要求。混合料攪拌超過(guò)2 h后，動(dòng)穩(wěn)定度迅速增加；當(dāng)攪拌時(shí)間為2.5 h時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度為4 000次·mm1左右，說(shuō)明瀝青老化程度已經(jīng)很深，這與流動(dòng)度表征出來(lái)的規(guī)律一致。在240 ℃下混合料攪拌超過(guò)2 h后，動(dòng)穩(wěn)定度增加較快，說(shuō)明老化速度加快。由此可得，溫度越高，隨著攪拌時(shí)間的增加，混合料的老化速度加快，在攪拌0～1.5 h時(shí)2種不同溫度條件下動(dòng)穩(wěn)定度相差不大，說(shuō)明此時(shí)混合料處在老化剛開始階段。

5 GMA和MA功效對(duì)比分析

5.1 GMA功效分析

采用拌和站集中生產(chǎn)，礦粉加熱至80 ℃～90 ℃；使用的設(shè)備包括H4000型拌和站、LINTEC EB80/120 SP澆注式瀝青攤鋪機(jī)以及約18臺(tái)cooker車等。

每2～3 min生產(chǎn)1盤（4 t）GMA混合料，1 h生產(chǎn)約80～100 t。每臺(tái)cooker裝料13 t，則1 h需要8臺(tái)cooker車。攤鋪工作面按7.5 m寬計(jì)算，攤鋪速度為1.5～2 m·min-1，鋪層厚度按30 mm控制，則每小時(shí)需要約675 t混合料即可滿足連續(xù)攤鋪的要求，每工作日可攤鋪近800～1 200 m路面，滿足港珠澳大橋每工作日完成660 m的工作要求。假設(shè)每臺(tái)cooker車從裝料到卸料再到返回拌和站需要3 h，則至少需要24臺(tái)cooker運(yùn)輸車。

GMA生產(chǎn)功效分析見表18。

5.2 MA功效分析

按照4臺(tái)拌和機(jī)每天各2臺(tái)班計(jì)算，每天的產(chǎn)量只有560 t。若攤鋪厚度3 cm，攤鋪寬度為7.5 m，則每天可攤鋪622 m。從2種施工工藝功效對(duì)比分析可知，GMA工藝的功效遠(yuǎn)高于MA工藝。

MA生產(chǎn)功效分析見表19。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合港珠澳大橋工程規(guī)模大、有效施工時(shí)間短的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)機(jī)械化作業(yè)，開發(fā)出GMA施工工藝。該工藝有以下特點(diǎn)。

（1）GMA工藝就是采用MA的級(jí)配要求，用GA的攪拌工藝生產(chǎn)澆注式瀝青混凝土。

（2） MA級(jí)配設(shè)計(jì)對(duì)細(xì)集料的級(jí)配控制嚴(yán)格，劃分A、B、C三檔細(xì)集料，其中A是料徑在0.075～2.36 mm之間的細(xì)集料，B是料徑在0.075～0.6 mm之間的細(xì)集料，C是料徑在0.075～0.212 mm的細(xì)集料。因此，混合料性能穩(wěn)定。

（3）采用GA攪拌工藝，生產(chǎn)效率大大提高，可滿足大規(guī)模機(jī)械化作業(yè)要求。

（4）GA混合料是連續(xù)級(jí)配，而GMA是斷級(jí)配。

（5）在膠結(jié)料方面，GMA采用湖瀝青與70#基質(zhì)瀝青7 3的比例混合，而GA多用改性瀝青。

總之，GMA是集MA與GA的優(yōu)點(diǎn)于一體的全新澆注式瀝青混凝土施工的新工藝，其綜合性能優(yōu)于MA與GA。

參考文獻(xiàn)：

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