地毯式瀝青混合料結構在小西沖大坡度彎道鋼橋的創新研究

曹興松，楊曉強，段寶東，劉世雄

（1重慶對外建設（集團）有限公司，重慶401112；2公路創新工程技術研究中心，北京100088；3江蘇交通控股有限公司，江蘇宿遷21002）

地毯式瀝青混合料結構在小西沖大坡度彎道鋼橋的創新研究

曹興松1，楊曉強2，段寶東3，劉世雄1

（1重慶對外建設（集團）有限公司，重慶401112；2公路創新工程技術研究中心，北京100088；3江蘇交通控股有限公司，江蘇宿遷21002）

可卷曲和延展性瀝青混合料結構在安徽小西沖大坡度彎道鋼橋的首次應用研究，地毯式瀝青混合料創新了鋼橋面的鋪筑結構類型。混合料具有較高的耐疲勞性、反復彎曲應變性、抗高溫變形和抗低溫抗裂的復合性能。通過室內混合料的理論行為研究與現場鋪筑工藝行為特征的演變過程，對今后特殊鋼橋面的設計結構類型奠定了理論與實踐基礎。

地毯式瀝青；材料結構；特種鋼橋面；創新研究

0　引言

安徽省合肥市京臺高速公路與合肥繞城高速公路轉換的小西沖樞紐D匝道鋼橋，設計為三聯35m+43m+43m+35m鋼箱梁，下部結構為樁柱式橋墩，鋼箱梁橋面板厚度為14mm，頂板采用U形肋，設置了橫隔板，厚度為12mm。橫坡為4%，縱坡極值從+2.43%到-3.54%，組合坡度約5.3%～7.8%，在重載車輛多與平、縱、橫坡度組合下，鋼橋面受力工況復雜。

原橋面設計40mm的高粘度瀝青黏結層+高粘度改性瀝青SMA路面結構鋪裝。2008年通車不久即發生較嚴重損壞。局部路面脫落導致車輛直接作用在鋼板上，每次修復后很快再次發生損壞，基本處于不可治愈的程度，建設單位已制定拆除重新修建的預案。損壞形式為推移和擁包、層間脫離和混合料松散。

地毯瀝青路面（Carpet asphalt pavement）是最早由荷蘭代爾夫特大學提出的概念。主要通過高聚合物瀝青、連續纖維穩定劑和導熱金屬源等優化組合的瀝青混合料。具備較高的反復彎曲變形、裂紋恢復和快速再生等綜合能力。簡稱CA。可預制成卷曲的實體路面成品，也可將可卷曲的混合料設計技術用于現場施工成型。

該項目在大量室內研究成果的基礎上，將地毯式瀝青混合料技術體系應用在小西沖大坡度、彎橋和減速路段的鋼橋面鋪裝，為特殊條件下的鋼橋面鋪裝結構提高可靠的實體應用基礎，為我國創新了復雜體系下的鋼橋面鋪裝典型結構。

1　總體設計方案

小西沖鋼橋的面板厚度偏薄，鋼橋面入口為長上坡路段，重載車輛需要加速沖坡，到達坡頂時，馬上進入彎道和鋼橋路段，重載車輛連續在鋼橋面上剎車減速，鋼橋面受到側向和縱向的剪切和共振的作用。加之，鋼橋的鋼面板豎向柔度較大，形成層底拉應變的疲勞開裂，橫隔板和縱隔板與鋼面板焊接部位將受到負彎矩的拉應變疲勞裂紋［1］。

小西沖鋼橋面預防性病害設計主要解決以下幾點。

（1）鋼面板與瀝青混合料的剪應力和震動的層間粘結疲勞性

該項目鋼面板采用噴砂打毛，粗糙度達到Sa2.5，噴灑0.4kg/m2的特種改性環氧樹脂，特種改性環氧樹脂具備高抗拉性能，高抗剪強度，高抗變形性能，且具備在鋪裝上層瀝青混合料時，受熱二次軟化和固化能力，提高鋼板與上層混合料的黏附能力。在剛噴灑的作業面撒布2.36～4.75mm集料，撒布量為滿鋪率50%～70%作為層間剪力碎石釘，提高因減速造成的剪切破壞。

（2）下面層層底拉應變

考慮項目的鋼板厚度14mm偏薄，下面層層底拉應變與正常路面的層底拉應變增加大約1.5～3.0倍。常規改性瀝青體系無法達到預防，結合應力防水黏結層的特種改性材料的特點，對下面層CA-10混合料材料采用特種改性環氧樹脂與SBS改性相結合的復合改性瀝青混合料。提高路面抵抗豎向變形能力，通過高柔性環氧樹脂提高層底拉應變的延展變形性能，最佳油石比7.5%。考慮到粗集料粒徑大小對荷載應力的分散影響，又得考慮下面層的二次防水功能，該次CA-10配合比級配為下細上粗的特點。

（3）下面層與表面層的層間粘結

為了實現層間荷載傳遞的連續性，原設計采用雙層攤鋪機工藝，因橋面工程量太少，調動一臺雙層攤鋪機的成本和周期困難，調整為“冷+熱”的工藝組合，并在層間采用具備二次加熱固化的特種改性環氧樹脂材料。

（4）表面層的負彎矩拉應變

橫隔板和縱隔板與鋼面板焊接部位將受到負彎矩的拉應變影響，項目采用高聚合物改性瀝青體系下的地毯式路面技術，初定改性瀝青聚合物含量為12%，試拌過程臨時調整為聚合物含量15%，高聚合物改性采用“直投式”拌和改性體系。鋼橋面鋪裝總體設計如圖1所示。

圖1　小西沖大坡度彎道鋼橋設計

2　應力防水黏結層

舊橋面的瀝青混凝土脫層嚴重，清理相對簡單。局部車輛未荷載的邊緣防水黏結層保持較好，過程中使用人工鏟除和明火加熱等組合工藝清除。

兩臺美國佰銳泰拋丸除銹刻紋，表面粗糙度達到60～100μm。為避免空氣中的水分與噴砂打毛完成后的鋼板發生氧化反應，應邊打毛邊清潔邊涂刷特種環氧樹脂，隨后立刻撒布2.36～4.75mm剪力碎石釘。拋丸作業環境應滿足表1的要求。

表1　噴砂打毛作業環境要求

項目特種改性環氧樹脂材料應滿足表2的要求。

表2　特種改性環氧樹脂材料檢測結果

3　地毯式瀝青混合料原材料

項目粗集料采用專用精加工的0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm，壓碎值2.7%，針片狀小于1.8%，軟石含量0.2%，洛杉磯磨耗損失10%，石灰巖加工礦粉，德國顆粒纖維穩定劑，韓國雙龍SBS改性瀝青（SBS含量4.5%），特種高柔性環氧樹脂添加劑，國產高粘度添加劑。

4　排水瀝青路面施工工藝

下面層CA-10采用SBS改性瀝青與特種環氧樹脂復合改性比例為1∶1的膠漿材料，拌和站出料溫度按照185～190℃，不得超過195℃，不得低于180℃。按照常規改性瀝青體系攤鋪碾壓。膠輪搓揉碾壓的防粘不得涂刷油類隔離劑，碾壓時膠輪應進行除油清潔。因為，層間黏結層采用特種環氧樹脂材料，不得接觸油類物質，防止層間出現不黏結或粘結能力下降病害。收縮縫和兩則防撞墻的接頭位置，應采用純特種環氧樹脂澆筑進行預防性病害處理。

上面層CA-10采用SBS改性瀝青與高粘度改性添加劑復合改性，復合改性瀝青混合料聚合物含量為15%，拌和站出料溫度按220～240℃控制，不得超過260℃，不得低于200℃。實測出場溫度在220℃左右。攤鋪碾壓和人工輔助應快速。膠輪搓揉碾壓可涂刷油類隔離劑。由于出場溫度控制偏低，出現局部的碾壓不密實和缺陷。采用純特種環氧樹脂澆筑收縮縫、兩則防撞墻的接頭和局部缺陷位置，完工后進行了全部段落的超前改性乳化瀝青預養護。

5　地毯式瀝青混合料特性

項目下面層的SBS改性瀝青與特種環氧樹脂復合改性地毯式瀝青混合料CA-10級配見表3。

為提高鋼橋面的豎向變形和層底拉應變的能力，采用的高模量、高柔性和可彎曲的地毯式CA-10瀝青混合料性能見表4，最佳油石比7.5%。

表3　CA-10環氧樹脂復合改性地毯式瀝青混合料的級配

表4　CA-10環氧樹脂復合改性地毯式瀝青混合料性能結果

地毯式混合料上面層CA-10的最佳油石比7.3%。標準級配及混合料性能見表5和表6所示。

表5　CA-10高聚合物復合改性地毯式瀝青混合料的級配

表6　CA-10高聚合物復合改性地毯式混合料性能檢驗結果表

6　結論

地毯式瀝青混合料的研究成果，首次在條件復雜的大坡度、彎道和減速段的鋼橋面成功應用，充分論證了地毯式瀝青混合料成套技術的可靠性和先進性，運營2年后無任何明顯的損壞潛在跡象。地毯式瀝青路面結構適合大型懸索橋和耐久性特別高的鋼橋面。

［1］CAO Xinsong，YANG Xiaoqiang，DUAN Baodong，etc. Performance evaluation of a novel high durability epoxy asphalt concrete for bridge deck pavements［J］.Applied Mechanics& Materials，2014，488-489∶550-553.

責任編輯：孫蘇，李紅

區縣建設

重慶璧山綠色建筑推進工作又上新臺階

今年璧山區將繼續推動綠色建筑發展，計劃新增綠色建筑面積30萬㎡。早在今年7月，璧山區政府就發布了《重慶市璧山區推進綠色建筑發展實施細則》，將御湖新區核心區384公頃劃為綠色建筑重點實施范圍，以推動璧山區國家級綠色生態城區建設。區城鄉建設委員會相關科室負責人介紹，相較于傳統建筑，綠色建筑的優勢在于既能減少能源消耗，又能提高舒適度。目前璧山區正大力發展綠色建筑，堅持以綠色為向導轉變建筑發展模式，以現有綠色建筑項目為核心打造低碳社區和示范建設樣板，完善建筑節能和綠色建筑規劃、設計、施工驗收監管機制，多舉措推動既有建筑節能改造和綠色建筑發展。（璧山區城鄉建委）

Innovation Study of Carpet Asphalt Mixture Structure in Xiaoxichong Large-slope Bend Steel Bridge

The application of rollable and scalable asphalt mixture structure in Xiaoxichong large-slope bend steel bridge is studied for the first time，carpet asphalt mixture innovates the pavement structure of steel bridge surface.Mixture has the composite properties of high fatigue resistance，repeated bending strain resistance，high anti-high temperature deformation and anti-low temperature cracking.The study on indoor mixture theory and pavement techniques can provide some theoretical and practical basis for future special steel deck design.

carpet asphalt；material structure；special steel bridge surface；innovative study

TU535

A

1671-9107（2016）09-0034-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.09.034

2016-07-18

曹興松（1972-），男，天津人，博士，教授級高級工程師，主要從事公路橋梁、隧道、道路路面工程、邊坡植被防護工程等相關領域的科研工作。