澆筑式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用

楊 樂，孟 鵬，呂新潮，程圓圓

(1.浙江科技學院土木與建筑工程學院，浙江 杭州 310023；2.浙江省交通運輸科學研究院，浙江 杭州 310023；3.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

澆筑式瀝青混凝土是由粗、細集料和填料在較高的溫度下進行拌和形成具有一定的流動性、攤鋪時無須碾壓設備碾壓，依靠專用攤鋪機攤鋪后形成幾乎沒有空隙的一種瀝青混凝土[1]。澆筑式瀝青混凝土鋪裝層有著優良的防水性能、抗老化性能、抗疲勞性能和優良的變形適應能力，被越來越多地應用在鋼橋面鋪裝中[2]。澆筑式瀝青混凝土與普通熱拌的瀝青混凝土相比有以下特點：(1)混合料出料溫度高通常在220 ℃～250 ℃，混合料具有較高的流動性，攤鋪后無須進行碾壓，鋪筑后空隙率接近于零，有著優良的抗水損壞能力；(2)澆筑式瀝青混凝土中填料與瀝青用量較高，形成一種特殊的懸浮密實結構；(3)與鋼橋面板有著優良的粘結性能及與變形協調能力及低溫抗開裂能力。國外對澆筑式瀝青混凝土從20世紀開始研究，在歐洲、美國和日本等國家和地區均有成熟的應用。我國從20世紀末從國外引進澆筑式瀝青混凝土技術，并在香港青馬大橋首次應用。隨著我國橋梁建設的發展、大跨徑橋梁鋼橋的增多，澆筑式瀝青混凝土鋪裝形式應用越來越廣泛[3-6]。

1 原材料

1.1 粗集料

澆筑式瀝青混凝土區別于傳統熱拌瀝青混凝土的一個顯著特點是混合料出料溫度高，通常要求集料加熱到260 ℃以上。對集料加熱后的穩定性、耐高溫提出了更高的要求。本次研究選擇質地堅硬、顆粒形狀好、吸水率低、潔凈干燥的玄武巖集料作為粗集料，分別選擇S12和S14兩種規格。粗集料檢測結果見表1。

1.2 細集料

細集料同樣采用玄武巖軋制的細集料。細集料應當潔凈干燥，且有適當的棱角性。細集料檢測結果見表2。

表1 粗集料主要技術指標表

表2 細集料主要技術指標表

1.3 填料

選擇新鮮石灰巖磨制而成的礦粉作為填料。澆筑式瀝青混凝土填料的用量通常占礦料質量的25%左右，對填料的質量提出了更高的要求。填料檢測結果見下頁表3。

1.4 瀝青

澆筑式瀝青混凝土的瀝青用量高，且混合料在運輸過程中需要持續攪拌加熱，對瀝青的耐高溫性能及抗老化性能均提出了較高的要求[7]，因此，普通SBS改性瀝青較難滿足要求。本項目采用添加5%SBS改性劑的改性瀝青和15%TLA天然湖瀝青共同配制成的復合改性瀝青作為膠結料。該瀝青的檢測結果見表4。

表3 填料主要技術指標表

表4 瀝青主要技術指標表

2 配合比設計流程

普通熱拌瀝青混凝土配比設計通常采用馬歇爾設計方法或者旋轉壓實方法進行配合比設計，而澆筑式瀝青混凝土配合比與普通熱拌瀝青混凝土區別較大。澆筑式瀝青混凝土采用劉埃爾流動性試驗、貫入度和貫入度增量試驗作為控制指標進行配合比設計，抗裂性能通過低溫彎曲試驗進行檢驗[8-10]。

2.1 目標配合比設計

根據集料的篩分結果，選出三組級配，根據經驗預估瀝青用量進行劉埃爾流動性、貫入度和貫入度增量試驗作為初選目標級配的控制指標。根據試驗結果選擇劉埃爾流動性為3～20 s。瀝青用量是影響流動性的主要原因，瀝青用量較高使流動性較大會造成集料離析，也會造成高溫穩定性差，同時控制較小貫入度和貫入度增量也可以提高抗車轍性能，因此選擇兩者均較小的級配作為初定級配。然后以預估瀝青油石比作為中值，按±0.2%間隔變化調整油石比進行試驗，確定最佳油石比和目標級配。

2.2 生產配合比設計

在確定目標配合比的基礎上，將集料進入拌和機進行烘干和二次篩分，取二次篩分后的集料進行生產配合比設計。分別選取目標配合比確定的最佳瀝青用量和最佳瀝青用量±0.2%三種瀝青用量進行貫入度、貫入度增量及劉埃爾流動性試驗，確定最佳瀝青用量，并對低溫抗裂性和勁度模量進行檢驗。

3 澆筑式瀝青混凝土施工

鋼橋面澆筑式瀝青混凝土施工可按照如圖1所示的施工流程進行[11-13]。

圖1 澆筑式瀝青混合料施工流程圖

3.1 現場準備工作

3.1.1 鋼橋面噴砂除銹

鋼橋面板在加工和運輸過程中不可避免受到雨水、油污、塵垢等的污染，不及時處理會對鋼橋面板的耐久性產生影響，同時也會影響鋼橋面板與防水層的層間粘結，降低鋪裝層的使用壽命。進行澆筑式瀝青混凝土施工前應先對鋼橋面進行噴砂除銹處理。

噴砂除銹前應當對鋼橋面板的焊瘤、油污、鹽分、塵垢的缺陷進行處理，同時對棱角和邊角進行打磨。自動化機械設備無法施工的邊緣區域，采用人工進行作業。噴砂除銹后的鋼橋面板應達到一定的清潔度和粗糙度，噴砂除銹后的鋼橋面板清潔度應當達到Sa2.5級，粗糙度為50～100μm。

3.1.2 防腐層施工

噴砂除銹完成后應當及時完成第一層防腐底層處理，防止已經完成噴砂除銹的工作面再次污染。應當在噴砂除銹6 h以內完成防腐層的施工。防腐層采用人工滾涂方式進行施工，用量為0.15～0.2 kg/m2。防腐層的干燥固化時間參考產品的相關說明書，并根據施工現場的環境綜合確定。

3.1.3 防水層施工

防水層分為兩層，待防腐層固化后(通常1 h以上)，采用機械噴涂的方式進行甲基丙烯酸甲酯樹脂防水層材料的施工。防水層兩層噴涂總量控制在2.5～3.5 kg/m2。該防水材料主要由A、B兩組分樹脂及催化劑構成。施工時首先將催化劑與B組分按照事先確定比例充分攪拌混合均勻后，再將其與A組分混合。A、B兩組分及催化劑的比例應當先在試驗室進行試驗，然后根據現場溫度、環境綜合確定。兩層防水層施工間隔應該在1～12 h。

3.1.4 粘結層施工

兩層防水層施工完成并完全固化后，應當立即進行丙烯酸粘結層施工。粘結層主要在防水層與瀝青鋪裝層之間起到層間粘結作用。施工方式采用滾涂的方式進行，用量為0.1～0.2 kg/m2。待其充分固化，進行相關質量檢查后，方可進入到澆筑式瀝青混合料鋪裝層的施工中。

鋼橋面涂層施工過程中工人應當穿戴鞋套防止灰塵等對工作面的污染。施工前對環境溫度等氣象條件進行檢測，滿足相關條件后方可進行施工。一般要求露點在3 ℃以上，環境溫度為-10 ℃～50 ℃，相對濕度≤85%。對于下雨、結露天氣嚴禁進行施工作業。施工固化完成后應當對粘結強度進行檢測，要求粘結強度≥5 MPa。施工完成的區域應當加強成品保護。

3.2 澆筑式瀝青混凝土施工

3.2.1 施工前準備

(1)攤鋪前，應當保持粘結層的清潔干燥，發現問題后及時進行清理。施工的前一天應當對鋼橋面板防水體系進行檢查，發現防水體系破壞應當及時進行修復。

(2)澆筑式瀝青混凝土的專用攤鋪機依靠導軌對攤鋪的厚度進行控制，應當按照攤鋪厚度準備相應的鋼板或者木板設置側向模板。

(3)澆筑式瀝青混凝土拌和溫度較高，拌和時間較長，對拌和樓的各系統提出了更高的要求。正式施工前應當對拌和樓各系統進行全面檢查，確保施工時拌和樓各系統處于穩定的狀態。由于瀝青黏度較高，同時瀝青含量也較高，會導致在拌和過程中混合料容易粘附在拌和設備上，每天生產結束后應當對拌和設備進行清理，防止粘附于拌和設備上的混合料硬化。同時應當加強施工技術交底，確保施工過程中相關生產部門緊密配合。

(4)澆筑式瀝青混凝土出料溫度高，同時在運輸過程中需要攪拌和持續加熱，傳統的瀝青混合料運輸車輛不能滿足澆筑式瀝青混合料運輸的要求，應當采用專用的Cooker運輸車輛。運輸車輛在到達施工區域前，應當采用高壓水槍對運輸車輛的輪胎和底盤進行清洗，以保證鋼橋面上施工區域的清潔。施工人員應當穿上鞋套，減少對粘結層的污染。

3.2.2 瀝青混凝土拌和

在澆筑式瀝青混凝土拌和過程中，瀝青的加熱溫度控制在175 ℃～185 ℃，防止加熱溫度過高造成瀝青老化，影響混凝土的性能。拌和過程中控制石料加熱溫度應為260 ℃～280 ℃，填料加熱溫度控制在100 ℃。若填料不加熱，應當適當提高集料的加熱溫度。混凝土的出料溫度控制在220 ℃～250 ℃。由于澆筑式瀝青混凝土中填料和膠結料的用量較高，拌和過程中應當適當延長干拌和濕拌時間，保證混合料拌和均勻、無花白、結團。干拌時間≥15 s，濕拌時間≥90 s。可適當加入溫拌劑來改善混合料的流動性，為提高高溫穩定性和抗車轍能力可以摻入一定量的細纖維。拌和參數和添加劑用量均應通過相關拌和試驗進行確定。

3.2.3 瀝青混凝土運輸

混合料裝料過程中建議分成兩次裝料。運輸車輛初次裝料前，應先將車輛預熱到100 ℃左右，先裝入一半的混合料，裝入后混合料應持續攪拌和加熱，使混合料保持一定的流動性后，再裝入剩下部分混合料。混凝土運輸過程中應當控制運輸時間，混凝土裝入運輸車的時間≥45 min，且≤4 h，若超過4 h應適當降低混凝土的溫度，減少膠結料的老化；存儲時間不可超過6 h，超過應當予以廢棄。出料時應當控制攪拌的速率，防止空氣進入到混合料中，減少膠結料的氧化和老化。

3.2.4 瀝青混凝土攤鋪

3.2.4.1 邊側限制及厚度控制

澆筑式瀝青混凝土攤鋪溫度控制在220 ℃～250 ℃。由于混合料具有一定的流動性，應當對邊側進行限制，防止混合料產生側向流動。通常在邊緣設置40 mm厚的鋼模板對混合料進行側向限制。根據鋼板表面平整度的情況，通過鐵片對鋪裝層的平整度進行控制，使得鋪裝層達到規定的平整度。

3.2.4.2 混合料攤鋪

先將Cooker運輸車輛行駛到攤鋪機的正前方，然后通過卸料槽將混合料卸到攤鋪位置。控制攤鋪機的行駛速度為1～2 m/min，緩慢地把混合料攤鋪均勻。在攤鋪施工過程中，會產生部分氣泡，應當安排工人用尖銳的工具刺破氣泡，排出空氣，保證鋪裝層密實不透水。

3.2.4.3 預拌碎石的撒布

為提高上下鋪裝層的粘結力和整體的抗剪強度，在完成混合料施工后，等鋪裝層降到合適的溫度，撒布4.75～9.5 mm預拌0.5%瀝青的碎石，并用滾筒將碎石嵌入到鋪裝層中，保證碎石與鋪裝層的粘結。碎石的撒布用量應根據現場試驗進行確定，要求碎石的覆蓋率在50%～90%。若發現碎石撒布量過多應當進行清理，確保層間粘結效果。

3.2.5 接縫及邊部處理

3.2.5.1 接縫施工

施工過程中，每天完工的施工縫，應設置在伸縮縫位置處。遇到突發情況需要設置施工縫時，可將鋼制或木制擋板切割成與鋪裝層相同的寬度，把擋板放置于施工縫位置處并固定，待鋪裝層冷卻后，拆除模板，并清除松散的混合料。繼續施工時應當采用貼縫條，確保施工界面粘結緊密。

鋼橋面鋪裝攤鋪機有導軌故不能進行全斷面攤鋪，因此難免在施工過程中產生縱向接縫，縱向接縫的設置可參考橫向接縫。

3.2.5.2 邊部施工

針對邊部無法進行機械攤鋪，一般采用人工的方式進行攤鋪。進行邊部施工時，先對接縫的邊部進行檢查，及時去除松動、脫落的混合料；清理完成后，對邊部粘貼專用的貼縫條，并對邊部進行加熱；采用人工的方式對施工部位進行刮平和夯實處理，確保鋪裝層的整體性和密實性；安排專門人員對漏鋪的存在問題的部位進行處理。

3.2.6 磨耗層施工

鋼橋面澆筑式瀝青磨耗層一般選擇SMA-10型瀝青混凝土進行施工，其施工和傳統SMA瀝青混合料施工工藝相同。磨耗層施工過程中建議采用全斷面攤鋪，施工過程應當嚴格按照相關規范和施工工藝進行，確保施工質量。

4 施工質量控制

澆筑式瀝青混合料與傳統瀝青混合料的區別較大，施工過程中檢測項目也有所不同。施工過程中應當重點關注防腐層、防水層及粘結層的粘結強度及粘結劑的用量。鋪裝層施工過程中應當重點關注混合料的出料溫度、流動度、貫入度及增量等，同時也應當關注混合料的礦料級配及瀝青用量；各項指標應當滿足現行《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》(JTG/T 3346-02-2019)等相關規范要求。鋼橋面上鉆芯取樣進行壓實度檢測會破壞鋼橋面的整體性，可采用控制現場壓實遍數對磨耗層壓實度進行控制。

5 結語

澆筑式瀝青混凝土因其優良的耐久性能、防水性能、抗老化性能及優良的變形協調性能，成為鋼橋面鋪裝層的首選瀝青混凝土類型。澆筑式瀝青混凝土施工過程中應當密切關注澆筑式瀝青混合料的配合比設計，在施工過程中應當嚴格按照試驗段確定的施工工藝和施工流程進行，確保鋼橋面鋪裝層的施工質量。