橋面鋪裝材料初探

□文/劉愛明 羅宇龍 任育新 宋秀蓮 于 挺

橋面的受力和變形較公路路面復(fù)雜，橋面鋪裝材料在使用性能上有輕質(zhì)、粘結(jié)性高等要求。此外，橋面在荷載作用下工作狀態(tài)與道路不同，不能用彈性體系的彎沉值來評價(jià)；其剪應(yīng)力及彎拉應(yīng)力值也與道路不同，用雙圓模型是否恰當(dāng)也需進(jìn)一步研究，因此橋面鋪裝作為橋梁的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，仍然是重大的技術(shù)難題。

鋪裝材料

普通瀝青混凝土或添加改性劑的瀝青混凝土

普通瀝青混凝土在混凝土橋梁鋪裝上最為常用，一般采用與橋梁引路相同的鋪裝結(jié)構(gòu)，如天津市赤峰橋引橋箱梁橋面鋪裝為4 cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土(AC-13Ⅰ)+6 cm中粒式瀝青混凝土(AC-20Ⅰ)。

由于橋梁引路縱坡較大，為使車輛有效的制動(dòng)，路面抗滑構(gòu)造尤為重要。普通混凝土提高抗滑系數(shù)的主要做法有對材料的嚴(yán)格控制，選用耐磨的骨料；控制油石比；采用抗滑表層；添加改性劑；稀漿封層；改性瀝青集料封層等。目前的同步碎石封層、薄層環(huán)氧抗滑層、防滑表面處治層等技術(shù)都能夠提高摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度，具有較高的防滑性，設(shè)計(jì)施工技術(shù)已經(jīng)基本成熟，在橋面、隧道等縱坡較大處已經(jīng)逐步開始應(yīng)用，添加改性劑的瀝青混凝土被大量使用，施工運(yùn)營實(shí)踐表明，使用情況良好。

纖維瀝青混凝土

（1）鋼纖維。鋼纖維作為瀝青混凝土加強(qiáng)筋，具有高強(qiáng)度、耐高溫、高彎曲彈性、高取向性等路用性能，能改善瀝青混凝土的熱穩(wěn)定性和低溫抗裂性，對瀝青路面的裂縫、松散有抑制作用。但由于鋼纖維與瀝青混合粘附性能較差，握裹力比較低，因此其水穩(wěn)性及抗剝落性相對有所下降，因此鋼纖維多用于水泥混凝土橋橋面的鋪裝。

通過試驗(yàn)和工程實(shí)例表明，鋼纖維的均勻分布是保證其性能的重要前提，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從纖維類型、摻量、拌和工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化。

（2）聚丙烯纖維。聚丙烯纖維是一種塑料纖維，材料為白色，半透明狀并呈現(xiàn)網(wǎng)狀或束狀單絲結(jié)構(gòu)，可添加于水泥混凝土或?yàn)r青混凝土中，有效改善成品性能。在揚(yáng)州西北繞城高速公路的橋面鋪裝中采用雙層式AK-13A(添加聚丙烯晴綸纖維)+AC-20I(添加聚丙烯晴綸纖維)，通過車轍試驗(yàn)、彎拉試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)，表明添加該纖維能顯著提高瀝青混和料的高溫穩(wěn)定能，有效增加鋪裝層材料低溫時(shí)的柔韌性；密水性好，改善了水穩(wěn)定性；提高了混和料的抗劈裂及抗壓縮強(qiáng)度，提高抗變性能力，整體性好。

（3）聚酯纖維。聚酯纖維材料可直接加入瀝青混合料中拌和，其施工工藝與普通瀝青混合料沒有差異，其性能較丙烯纖維更為理想。國內(nèi)試驗(yàn)表明聚酯纖維材料用于瀝青混凝土橋面鋪裝可以顯著提高混和料使用性能，瀝青混合料夯實(shí)度略有降低，但高溫穩(wěn)定性顯著改善，具有一定的韌性，對減少瀝青混凝土鋪裝層的裂縫有很好效果。

（4）纖維網(wǎng)用于橋面鋪裝層，可有效控制和減少收縮性和橋面震動(dòng)引起的裂縫以及延緩結(jié)構(gòu)性裂縫，提高橋面的防水性能，延緩和減少鋼筋的銹蝕而延長橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命。

針對纖維瀝青混凝土的應(yīng)用狀況，考慮其施工及質(zhì)量檢測結(jié)果，添加纖維能顯著提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能，有效增加鋪裝層材料低溫時(shí)的柔韌性，改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，適用于南方多雨、重載地區(qū)的高等級公路橋面鋪裝層，對北方干旱少雨地區(qū)例如天津則并不適用。

澆注式瀝青混凝土

這種混凝土在高溫狀態(tài)下進(jìn)行拌和，依靠自身流動(dòng)性攤鋪成型，無需碾壓，只需要簡單的攤鋪整平，施工簡便，理論上具有15～20 a的使用壽命。該結(jié)構(gòu)在英國、法國、丹麥等應(yīng)用較廣，國內(nèi)的江陰長江大橋與香港青馬大橋采用了這種方案。這種單層體系厚度通常為4～5 cm，對于高低溫季節(jié)差異并不是很大的歐洲國家來說是較為適宜的，但在處于北方地區(qū)的天津市并不適宜。

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)

以瀝青、礦粉及纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂結(jié)合料，其填充于間斷級配的礦料骨架中形成瀝青混合料。特點(diǎn)有抗滑耐磨、密實(shí)耐久、抗疲勞、抗車轍、減少低溫開裂。根據(jù)瀝青瑪蹄脂碎石混合料的組成和特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)橋梁施工運(yùn)營實(shí)踐采集的數(shù)據(jù)分析表明，瀝青馬蹄脂碎石混合料尤其適用于南方高溫、潮濕地區(qū)。

環(huán)氧瀝青混凝土

環(huán)氧瀝青是一種熱固性材料，通過在瀝青中添加環(huán)氧樹脂和固化劑，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成環(huán)氧瀝青，具有一次固化后再次加熱不會(huì)軟化的特性，穩(wěn)定程度相當(dāng)于普通瀝青的5～6倍。主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、剛度大，在20℃常溫下，環(huán)氧瀝青混凝土的彎拉勁度模量高達(dá)12 000 MPa，而普通瀝青混凝土僅為3 000 MPa；高溫時(shí)抗塑性和永久變形能力強(qiáng)，低溫抗裂性能好；由于強(qiáng)度高，在同樣應(yīng)力水平下，表現(xiàn)出極好的抗疲勞性能，幾乎是普通瀝青混凝土疲勞壽命的10～30倍；具有高度的抵抗化學(xué)物質(zhì)包括燃料和油侵蝕的能力。主要缺點(diǎn)是配制工藝較復(fù)雜；生產(chǎn)和施工中對時(shí)間和溫度的要求十分嚴(yán)格，溫度過低或時(shí)間過短，反應(yīng)不充分，難以達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，溫度過高或時(shí)間太長，則混合料固化太快，難以碾壓密實(shí)；孔隙率小(＜3%)，具有不透水性，施工過程中不能有水分或油進(jìn)入，否則易形成鼓包，造成鋪裝層局部開裂和脫層，質(zhì)量很難控制；價(jià)格高，相關(guān)技術(shù)資料多為國外專利產(chǎn)品，價(jià)格是普通瀝青的20倍左右。

結(jié)語

由于北方地區(qū)，尤其是天津地區(qū)四季分明、干旱少雨，目前在天津橋梁鋪裝中使用比較成熟且運(yùn)營良好的有添加改性劑的瀝青混凝土、環(huán)氧瀝青混凝土、纖維網(wǎng)瀝青混凝土。隨著生產(chǎn)方法的改善和技術(shù)設(shè)備的更新，這些鋪裝材料的價(jià)格將不斷降低，在不遠(yuǎn)的將來，它一定會(huì)在北方地區(qū)，特別是天津地區(qū)得到更多的應(yīng)用并顯示出強(qiáng)大的優(yōu)越性。

環(huán)氧瀝青在南京長江二橋上率先采用后，自2001年通車運(yùn)營以來表現(xiàn)了優(yōu)良的使用性能，隨后天津海河開發(fā)改造的大沽橋、奉化橋等均采用環(huán)氧瀝青路面材料，使用情況良好。

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