澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應用研究

魯林

摘要：為研究澆筑式瀝青混合料在橋面鋪裝中的應用效果，本文以某公路橋梁鋪裝工程為背景，通過檢測混合料原材料性能，總結(jié)澆筑式混合料施工工藝，并檢測其在實際工程中的施工質(zhì)量，來研究澆筑式瀝青混合料在橋梁鋪裝中的應用效果。研究結(jié)果表明：當澆筑式瀝青混合料最佳油石比為7.8%時，混合料劉埃爾流動性及貫入度試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，且具有較好的低溫抗裂性;工后檢測結(jié)果表明，澆筑式瀝青混合料在橋面鋪裝工程中具有良好的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：澆筑式瀝青混合料;橋面鋪裝;性能檢驗;施工工藝

1 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟建設取得豐碩成果，作為經(jīng)濟發(fā)展紐帶的交通基礎設施也引迎來建設熱潮，橋梁建設作為交通節(jié)點工程發(fā)展尤為迅速。上世紀末我國橋梁建設進入高速發(fā)展期，隨著大量鋼橋的建成，與之匹配的橋面鋪裝成為影響橋梁通行水平的關(guān)鍵因素之一。由于鋼橋結(jié)構(gòu)及所處環(huán)境的特殊性，橋面鋪裝層在車輛荷載、風荷載、溫度變化及紫外線輻射等因素的多重作用下，極易發(fā)生車轍、開裂、推移及層間滑移等病害。因此，橋梁鋪裝層的優(yōu)劣與橋梁服務水平密切相關(guān)，同時直接影響到橋梁行車的安全性、舒適性及橋梁使用壽命[1]。

近年來，隨著橋梁工程材料及施工技術(shù)的不斷進步，諸如澆筑式瀝青混合料及其施工技術(shù)逐步應用于鋼橋面鋪裝工程中。澆筑式瀝青混合料主要由比例較高的細集料、礦粉及含油量較大的瀝青組成，填充其中的粗集料形成骨架并懸浮在混合料中。澆筑式瀝青混合料與普通瀝青混合料相比，施工時無需碾壓并依靠其自身流動性攤鋪成型，其具有空隙率小、整體性好且抗變形能力較強等優(yōu)勢，使其廣泛應用于橋面鋪裝及隧道鋪裝中[2]。因此，本文以實際工程為背景，重點研究澆筑式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應用效果，以期為澆筑式瀝青混合料發(fā)展提供建議。

2 原材料

2.1 瀝青

瀝青性能直接關(guān)乎澆注式瀝青混合料的路用性能及使用壽命，本研究采用澆注式改性瀝青，并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）對其性能指標進行檢測，改性瀝青檢測結(jié)果如表1所示。

2.2 集料

本研究集料選用強度高、表面潔凈、棱角性及紋理結(jié)構(gòu)較好的玄武巖，同時為增加混合料流動性選用細砂，填料選用石灰石礦粉，并按照《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2011）對集料性能進行檢測，集料性能檢測結(jié)果如表2所示。

2.3 級配

本研究結(jié)合實際工程級配需求進行級配設計，澆注式瀝青混合料設計級配如表3所示。

3 路用性能試驗

3.1 貫入試驗

澆注式瀝青混合料的抗變形能力直接影響混合料強度及高溫穩(wěn)定性，現(xiàn)有研究一般采用貫入試驗方法進行混合料性能驗證。貫入度越大，表明混合料強度越低，抗變形能力越差;貫入度越小，則混合料強度越高，抗變形能力越好，但同時混合料流動性將降低。因此，本研究參照《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術(shù)指南》并依據(jù)項目所在地實際需求決定采用60℃貫入度及貫入度增量來評價澆注式瀝青混合料抗變形能力，貫入試驗結(jié)果及技術(shù)要求如表4及圖1所示。

由圖1可知，隨著油石比的增加，60℃貫入度及貫入度增量先減小后增加，在油石比為7.8%附近時兩者均達到最大值，且當油石比為7.5%時候，貫入度及貫入度增量不符合技術(shù)要求。

3.2 流動性試驗

由于澆注式混合料不需要碾壓，只需攤鋪平整即可達到設計強度，因此混合料在拌合運輸機攤鋪過程中的流動性直接關(guān)系到混合料施工和易性及施工質(zhì)量[3]。若混合料流動性過小，則瀝青混合料過于黏稠而難以施工，增加施工成本且影響施工質(zhì)量;若混合料流動性過大，施工中則極易發(fā)生混合料離析且不易控制路面設計坡度，同時嚴重影響鋪裝層夏季高溫穩(wěn)定性。因此，本研究參照國外相關(guān)澆注式瀝青混合料流動性試驗方法，采用劉埃爾流動性試驗法對混合料流動性進行測試，劉埃爾流動性試驗結(jié)果及技術(shù)要求如表5及圖2所示。

由圖2可知，隨著混合料油石比的增加，劉埃爾流動性逐步減小，各油石比對應的劉埃爾流動性均滿足設計技術(shù)要求。結(jié)合澆注式瀝青混合料貫入度試驗及流動性試驗結(jié)果，同時為保證混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性，最終確定本研究澆注式瀝青混合料最佳油石比為7.8%。

由上述試驗結(jié)果可知，當混合料中瀝青含量較少時，瀝青裹附在集料表面形成瀝青膜，并與礦粉形成瀝青膠漿，此時結(jié)構(gòu)瀝青占比大而自由瀝青較少，因此導致混合料粘接力較大而流動性較差，抗變形能力也較強;隨著瀝青含量的不斷增加，裹附瀝青中自由瀝青逐步增多，瀝青裹附顆粒間的滑動作用明顯增強，最終表現(xiàn)澆注式瀝青混合料流動性增加而抗變形能力減弱[4]。

3.3 低溫試驗

本研究按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）并結(jié)合項目多在地自然環(huán)境，采用小梁試件研究混合料低溫抗裂性能，混合料低溫彎曲試驗結(jié)果如表6所示。

由表6可知，當最佳油石比為7.8%時，小梁試件彎拉強度達16.95MPa，彎曲極限應變?yōu)?.4×10-3，均滿足設計要求，這表明澆注式瀝青混合料具有優(yōu)良的低溫抗裂性。

4 工程實踐

4.1 工程概況

某省一級公路公路鋼箱梁橋于2010年開通運營，橋面設計雙向四車道，近年來在交通荷載與自然環(huán)境的雙重多作用下，橋面鋪裝層出現(xiàn)不同程度的車轍、開裂、脫層等病害，這不僅降低了橋面鋪裝層的行車服務水平，而且對橋面及橋梁結(jié)構(gòu)帶來諸多不利影響。因此經(jīng)公路養(yǎng)護單位研究決定，對該大橋橋面進行重新鋪裝橋面，且鋪裝層選用GA-10澆注式瀝青混合料。

4.2 施工工序

（1）施工前準備

澆注式瀝青混合料施工前，首先，對選用原材料進行檢驗，確保原材料質(zhì)量達到規(guī)范要求，對于不合格材料嚴禁進入施工場地;然后，為保證施工連續(xù)性及施工質(zhì)量應檢查施工參與設備是否工作正常，并保證施工機械處于最佳工作狀態(tài);此外，在混合料攤鋪前為提高攤鋪層間結(jié)合作用，施工面應保持清潔、干燥且無污物。

（2）混合料拌合

由于澆注式混合料含油量較大且改性瀝青粘度較大，因此為降低拌合時黏附導致的瀝青損失，在拌合前對拌合設備涂刷隔離劑，并在拌合完成后及時清洗拌合設備，保護拌合設備以待后續(xù)使用。為滿足澆注式瀝青混合料的施工和易性要求，混合料拌合應保持拌合溫度一般為220℃～250℃，這對拌合站拌合及加熱設備提出較高的性能要求。此外，為使得混合料拌合均勻，細集料及礦粉充分拌合，各組分之間均勻裹附，拌合時應按照實際需求適當提高拌合時間。在拌合過程中應隨時檢查拌合設備工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常應及時處理，保證施工作業(yè)的同時確保混合料拌合質(zhì)量[5]。

（3）混合料運輸

諸多實際工程表明，在高溫條件下（220℃～250℃），澆注式瀝青混合料攤鋪時施工和易性更優(yōu)。因此，在混合料運輸階段應采取保溫措施，裝料前對運輸車輛進行預熱處理。此外，為減小裝料時混合料發(fā)生離析，拌合樓采用三次裝料法放料：遵循車廂前、后、中裝料順序。運輸車輛行駛過程中盡量避免急剎或突然加速，保持以較穩(wěn)定速度運行。

（4）混合料攤鋪

攤鋪前為保證混合料具有足夠的攤鋪溫度及適當?shù)臄備伜穸龋瑧跀備佭吔缣幵O置擋風布，減少流動空氣帶走熱量，并且根據(jù)攤鋪層所需厚度安裝模板，防止混合料攤鋪時流動到設置邊界之外。由于澆注式瀝青混合料可自流成型，只需對其攤鋪平整而無需碾壓，因此，在攤鋪機就位后，首先對熨平板進行預熱，并調(diào)整其角度及高度后固定，無特殊情況不得隨意調(diào)動。攤鋪作業(yè)時為保證最高的工作效率且達到最優(yōu)施工質(zhì)量，因此應合理控制攤鋪機行進速度機、螺旋布料器攤鋪速度及進料口供料速度。

（5）裂縫處置

澆注式瀝青混合料與普通瀝青混合料產(chǎn)生的裂縫相同，一般可分為橫向裂縫和縱向裂縫。橫向裂縫一般由于天氣原因或工作臺班影響導致施工停止而產(chǎn)生鋪裝層連接斷層，對其處理可采用平接縫形式，使用鋸縫機對接頭整平切除，然后使用噴槍加熱接頭后涂刷粘層瀝青，便可繼續(xù)攤鋪作業(yè)。對于縱向裂縫，施工人員需對縱行裂縫進行預熱處理，并及時使用工具揉搓，使其表面平整。

（6）養(yǎng)生

澆注式瀝青混合料攤鋪完成后4～8h內(nèi)封閉現(xiàn)場通道，禁止施工車輛及無關(guān)人員通行，同時保證路面無雜物，待養(yǎng)生三天后，即可擇機開放交通。

4.3 施工質(zhì)量檢驗

橋面鋪裝施工完成后，為對橋面鋪裝層滲水、抗滑性能及攤鋪平整度進行檢測，施工人員分別采用滲水儀、擺式摩擦儀、手工鋪砂法及三米直尺等方法對路面性能進行檢測，檢測結(jié)果如表7所示。

由表7可知，澆注式瀝青混合料橋面鋪裝層路面平整、不滲水且具有足夠的抗滑性能，因此，該鋪裝層滿足施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

澆注式瀝青混合料由于其具有良好的變形協(xié)調(diào)能力、耐老化性能及低溫抗裂性等，并且節(jié)約混合料攤鋪過程中由于壓實而產(chǎn)生的人力及機械費用，使其廣泛應用于諸多橋梁鋪裝及高速公路節(jié)點工程中。因此，本文以某公路橋梁橋面鋪裝為背景，通過檢測原材料性能，總結(jié)澆注式混合料的施工工藝并檢測其施工質(zhì)量，研究結(jié)果表明：澆筑式瀝青混合料在橋面鋪裝工程種具有良好的施工和易性和施工質(zhì)量，這對我國澆注式瀝青混合料發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1] 王朝輝， 陳謙， 高志偉， 等. 澆注式瀝青混凝土現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 材料導報， 2017，31（9）：135-145.

[2] 山宏宇， 李倩， 秘林源， 等. 澆筑式鋼橋面鋪裝層推擠變形病害機理分析[J]. 土木建筑與環(huán)境工程， 2016，38（3）：104-109.

[3] 王宏暢， 李國芬， 章登精. 澆筑式瀝青混凝土性能影響因素研究[J]. 中國工程科學， 2013，15（8）：70-74.

[4] 臧繼成. 重載交通水泥混凝土特大橋橋面鋪裝受力分析及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 河北工業(yè)大學， 2014.

[5] 楊振偉， 徐斌， 肖緒蕩. 澆注式瀝青混合料在鋼橋面鋪裝中的應用[J]. 筑路機械與施工機械化， 2018，35（6）.