提高瀝青混凝土橋面鋪裝質(zhì)量的控制措施

馮濤 程浩

濟南市公路管理局 山東濟南 250013

摘要：橋面鋪裝的施工質(zhì)量至關(guān)重要，直接影響到整個橋梁的使用性能和使用壽命。本文在借鑒同類橋面鋪裝施工的基礎(chǔ)上，結(jié)合濟廣高速濟南連接線工程（濟南二環(huán)西路高架橋工程，以下簡稱高架橋）施工，從瀝青混凝橋面鋪裝層施工的全過程進行全面質(zhì)量控制和關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，既滿足了橋面鋪裝的功能性及結(jié)構(gòu)性的雙重需要，又對提高橋梁壽命有積極的作用。

關(guān)鍵詞：瀝青混凝土；橋面鋪裝；質(zhì)量控制；瀝青膠砂；瀝青瑪蹄脂碎石混合料

1 概述

橋面鋪裝是橋梁行車體系的重要組成部分，同時橋面鋪裝也是路面最薄弱環(huán)節(jié)之一。一方面與普通瀝青路面相比，橋面鋪裝的氣候、行車條件更為嚴酷，破壞現(xiàn)象出現(xiàn)更早，破壞更嚴重；另一方面由于橋面水泥混凝土層與瀝青層的模量相差很大，作用界面上應力相對集中，行車荷載作用時，橋面瀝青混凝土層的受力作用比普通瀝青混凝土路面要大得多；正是這些特殊的作用條件，要求橋面瀝青鋪裝施工質(zhì)量控制更為苛刻。高質(zhì)量的瀝青橋面鋪裝，不僅能提供行駛性能良好而耐久的橋面鋪裝體系，而且能作為橋面的有效防護系統(tǒng)，防止水份的滲透，保證橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

2 對水泥混凝土橋面的要求

水泥混凝土橋面要求平整、粗糙，必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性。表面不得有浮漿和其它污染物，橋面混凝土層不允許出現(xiàn)脫空的現(xiàn)象，不得使用砂漿和薄層混凝土找平。通常采用五米直尺量測橫向和縱向平整度，其最大偏差不應大于2㎝。

為了保證混凝土層與瀝青鋪裝層的連接，在瀝青混凝土鋪裝層施工之前，水泥混凝土橋面板采用鑿毛處理，使混凝土表面露出新鮮的集料和混凝土層。鑿毛處理后要保證60%單位面積以上露出新鮮的混凝土層。瀝青粘結(jié)層撒布之前對橋面進行清洗，徹底干燥以后才能進行瀝青粘結(jié)層施工。

3 原材料

3.1集料

粗集料要求在滿足規(guī)范要求的同時，必須為清潔、無塑性的基性火成巖破碎集料，具有良好的顆粒形狀與表面紋理，與瀝青應有良好的粘結(jié)力。SBS改性瀝青SMA路面表層應使用玄武巖人工砂作為細集料，含量為15%左右。

除應滿足規(guī)范上的技術(shù)要求以外，根據(jù)高架橋的實際，提出以下要求：

1）所有的礦料必須清潔、無塑性，瀝青混合料中的粘土顆粒成分可以引起瀝青混合料的體積膨脹，在水的作用下引起瀝青膜與礦料間的剝離現(xiàn)象。要求礦料中<0.075mm的部分其塑性指數(shù)<4%。

2）粗集料要求必須為破碎的基性硬質(zhì)巖集料，具有良好的顆粒形狀與表面紋理，與瀝青應有良好的粘結(jié)力，瀝青與集料的粘結(jié)力不應小于四級。

3）細集料采用反擊式或錘式破碎機生產(chǎn)的硬質(zhì)巖集料經(jīng)過篩選的小于3mm的部分，其具有較好的角礫性。但是，所有人工生產(chǎn)的細集料生產(chǎn)過程中必須采用除塵裝置，0.075㎜的通過率<10%。

4）填充料應采用石灰?guī)r質(zhì)礦粉。為了提高瀝青混合料的抗水損害能力，礦粉在生產(chǎn)過程中應加入混合料總量為1.3±0.3%的生石灰粉。

5）作為下封層使用的撒布碎石為經(jīng)過清洗干燥后的5～10㎜基性硬質(zhì)巖碎石。撒布前進行預拌，預拌瀝青用量一般為2～5‰。

3.2 瀝青膠結(jié)料

為了保證橋面鋪裝瀝青混合料的使用性能，橋面鋪裝各層均采用SBS改性瀝青，SBS改性瀝青應必須滿足規(guī)范的技術(shù)標準要求。相應的施工溫度應當由供應商根據(jù)其瀝青的技術(shù)性質(zhì)和經(jīng)驗提供，不可采用粘溫關(guān)系直接確定。

4 橋面防水層

高架橋采用SBS改性瀝青表處防水層。熱的改性瀝青與混凝土橋面通常具有良好的粘結(jié)力。方法是將SBS改性瀝青加熱至170℃～180℃后，采用專用的改性瀝青撒布機，在經(jīng)過鑿毛、清洗、干燥以后的混凝土面上滿布一層1㎏/㎡（厚度為0.8～1.2mm）的SBS改性瀝青作為粘結(jié)劑；然后在其上撒布一層粒徑5～10mm單一尺寸經(jīng)過3-5‰瀝青預拌瀝青碎石。碎石撒布以后，使用膠輪壓路機將碎石碾壓穩(wěn)定。

防水粘結(jié)層施工完畢以后，立即進行瀝青膠砂層的施工。

5 瀝青膠砂

瀝青膠砂采用SBS改性瀝青和基性硬質(zhì)巖集料。具體要求見第3節(jié)。

5.1礦料的級配

瀝青膠砂作為封水層和找平層，級配設(shè)計至關(guān)重要，其中0.075和1.18作為主要控制點必須滿足范圍要求。對于瀝青膠砂，礦料主要是細集料，其細集料的棱角性要求和沙當量要求是主要控制的技術(shù)指標。礦料篩分采用水篩法，每一級集料都要精確篩分出0.075㎜以下的含量，進行合成級配計算。

5.2混合料技術(shù)要求

瀝青混合料設(shè)計包括三部分：馬歇爾設(shè)計、混合料水穩(wěn)定性檢驗、混合料高溫穩(wěn)定性檢驗。

5.3瀝青混合料設(shè)計過程

瀝青混合料設(shè)計過程包括目標配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比設(shè)計驗證三個階段。

1）目標配合比設(shè)計階段：對工程采用的原材料通過適當?shù)牡V料結(jié)構(gòu)設(shè)計方法確定適宜的礦料級配組成。根據(jù)目標配合比設(shè)計所確定的礦料級配組成和最佳瀝青含量作為目標配比，供瀝青拌和站進行冷料倉的供料比例的調(diào)整。

2）生產(chǎn)配合比設(shè)計階段：瀝青混合料的生產(chǎn)應采用間歇式拌和站。調(diào)整冷料倉進料速度以后，對拌和站熱料倉取樣篩分。取目標配比最佳瀝青含量、最佳瀝青含量±0.3%等三個瀝青含量進行試拌，進行抽提和馬歇爾試驗確定生產(chǎn)的最佳瀝青含量確定。

3）生產(chǎn)配合比設(shè)計驗證階段：對反復調(diào)整確定的拌和站熱料倉比例和最佳瀝青含量進行試拌、鋪筑試驗段，并對生產(chǎn)的瀝青混合料取樣抽提和馬歇爾試驗。根據(jù)試驗路確定的熱料倉比例和最佳瀝青含量為生產(chǎn)的標準配合比。滿足各項要求的試驗段抽提平均的各篩孔通過率為用于生產(chǎn)控制的標準級配曲線。

5.4施工要求

混合料的拌和、攤鋪、壓實能力必須相匹配。為保證瀝青路面連續(xù)施工，瀝青混合料拌和機生產(chǎn)量不能小于240噸/小時。

1）混合料溫度管理

瀝青加熱溫度：170～180℃；

礦料加溫度：175～185℃；

混合料出廠溫度：175～180℃；

初溫度：不低于160℃；

碾壓終了溫度：不低于120℃；

2）壓實

壓實是一個非常重要的問題，壓實度的高低直接影響到瀝青路面的使用壽命和早期損害的可能性。為了更好地保證施工質(zhì)量，保證混合料的壓實效果，對壓實度的控制上需要更加嚴格要求。壓實度采用空隙率控制，要求壓實后路面空隙率的平均值值為5～7%，極限值為4～8%。

為達到良好的壓實效果，并考慮到橋面鋪裝對于震動的特殊要求，高架橋主壓壓路機采用水平振蕩壓路機。對于3000型拌和站，產(chǎn)量為240T/h，基本配備如下：

10-16噸水平振蕩壓路機 2臺

7-11噸鋼輪壓路級 1～2臺

3）壓實工藝

一般情況，對于SBS改性瀝青混合料，需要在較高溫度時充分震動壓實，這是得到理想空隙率的保證。壓路機通常應緊跟攤鋪機，壓路機應盡可能提減少撒水量，保持合理的壓實速度。具體壓實工藝如下：

①初始碾壓采用水平震蕩壓路機振蕩碾壓，振蕩頻率可選為50Hz，速度5～6公里/小時。

②如此重復兩到三遍。由于混合料在冷卻到110℃以下用震動方式容易造成集料過度壓碎，第三遍震動時如溫度降低到115℃左右，不應再震。

③使用鋼輪壓路機趕光2遍。即可完成。

6 瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）

為了進一步提高橋面鋪裝層的高溫穩(wěn)定性和密水性，橋面鋪裝層的上面兩層均采用SBS改性瀝青SMA混合料。針對SBS改性瀝青SMA的性能特點，做了以下改進。

6.1材料

1）集料

在滿足規(guī)范要求的同時，粗集料要求必須為清潔、無塑性的基性火成巖破碎集料，具有良好的顆粒形狀與表面紋理，與瀝青應有良好的粘結(jié)力。SBS改性瀝青SMA路面表層應使用玄武巖人工砂作為細集料，含量為15%左右。

填充料應采用石灰?guī)r質(zhì)礦粉。為了提高瀝青混合料的抗水損害能力，礦粉在生產(chǎn)過程中應加入混合料總量為1.3±0.3%的生石灰粉。大約生石灰粉占礦粉的重量比為15%左右。小于0.075mm部分含量的多少對瀝青混合料的體積性能有較大的影響，集料篩分應采用水篩法，合成級配必須考慮粗細集料本身帶有的小于0.075mm粉塵部分的含量。

2）纖維穩(wěn)定劑

采用SBS改性瀝青生產(chǎn)SMA混合料，需要添加纖維穩(wěn)定劑。一般情況下，摻加木質(zhì)纖維。木質(zhì)纖維的摻加量是瀝青混合料的3‰。

6.2 混合料的設(shè)計

1）礦料的級配

本工程SBS改性瀝青SMA混合料級配選定根據(jù)規(guī)范推薦的級配，并滿足相應的設(shè)計要求。

2）混合料技術(shù)要求

瀝青混合料設(shè)計包括三部分：馬歇爾設(shè)計、混合料水穩(wěn)定性檢驗、混合料高低溫穩(wěn)定性檢驗和施工性能檢驗。并應當滿足設(shè)計要求。

3）瀝青混合料設(shè)計過程

瀝青混合料設(shè)計過程包括目標配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計和生產(chǎn)配合比設(shè)計驗證三個階段。具體內(nèi)容參見5.3。

6.3質(zhì)量控制和設(shè)備要求

1）拌和站

瀝青混合料其質(zhì)量控制主要指標應當采用總量控制與動態(tài)變化圖控制指導生產(chǎn)?？偭靠刂剖歉鶕?jù)每天拌合站各熱料倉實際生產(chǎn)量計算和成級配和瀝青用量與抽提結(jié)果相配合作為瀝青混合料級配的質(zhì)量控制手段。動態(tài)指標動態(tài)圖應當包括設(shè)定的生產(chǎn)配比、瀝青含量、拌和溫度和試驗溫度。主要指標有：馬歇爾空隙率、礦料間隙率VMA、瀝青含量、0.075、2.36、4.75和最大尺寸的通過率。

瀝青混合料的出料溫度一般控制在170～175℃，瀝青加熱溫度一般控制在170～180℃。礦料加熱溫度一般控制175～185℃。

由于各面層混合料生產(chǎn)過程中的回收粉非石灰?guī)r質(zhì)，SMA生產(chǎn)不允許使用回收粉。

2）儲存

為了保證攤鋪機的連續(xù)攤鋪，對拌合的瀝青混合料進行儲存是有必要的。但應避免溫度過高造成瀝青混合料的老化。

3）運輸

混合料的裝載不能一次性裝成錐形，自卸車在裝料適應前后移動是混合料成山字型。混合料裝載后應保持一定的形狀，如果過度塌落說明混合料的級配或瀝青含量存在一定問題，應注意及時檢查。瀝青混合料運輸過程中應采取蓬布保溫措施。

4）攤鋪

攤鋪過程的主要問題是采取適當?shù)臄備佀俣?，保證混合料的供應和連續(xù)攤鋪。攤鋪過程應注意減少離析現(xiàn)象。對于縱向接縫的處理，第一是保證攤鋪出的瀝青混合料不離析，第二是避免使用冷接逢。

6.4施工工藝

混合料的拌和、攤鋪、壓實能力必須相匹配。

1）現(xiàn)場質(zhì)量控制

壓實：壓實是一個非常重要的問題，壓實度的高低直接影響到瀝青路面的使用壽命和早期損害的可能性。對于SBS改性瀝青SMA的壓實溫度要求初壓溫度不小于165℃。

為了更好地保證施工質(zhì)量，保證混合料的壓實效果，對壓實度的控制上需要更加嚴格要求。壓實度采用空隙率控制，要求壓實后路面空隙率的平均值為4～6%，極限值為4～7%。另外，鋪筑后的成品路面應當進行滲水試驗，滲水系數(shù)不大于200ml/min。

2）壓實要求與工藝

SMA混合料的壓實工藝是很重要的，處理得當可獲得最佳密度。具有高的粗集料含量的SMA混合料的確與一般密級配混合料不同，必須在壓實作業(yè)中考慮壓實機具和壓實方法。

為達到良好的壓實效果，并考慮到橋面鋪裝對于震動的特殊要求，主壓壓路機采用水平振蕩壓路機。對于3000型拌和站，產(chǎn)量為240T/h，一般基本配備如下：

12～16噸水平振蕩壓路機 2臺

7～10噸鋼輪壓路級 1-2臺

一般情況，對于SBS改性瀝青SMA混合料，需要在較高溫度時充分震動壓實，這是得到理想空隙率的保證。壓路機通常應緊跟攤鋪機，壓路機應盡可能提減少撒水量，保持合理的壓實速度。具體參照壓實工藝如下：

①初始碾壓采用水平震蕩壓路機振蕩碾壓，振蕩頻率可選為50Hz，速度5～6公里/小時（如人行走速度相當），后退時輪跡應與前進時重合，相鄰應使輪跡重合20㎝左右。

②如此重復兩到三遍。由于混合料在冷卻到110℃以下用震動方式容易造成集料過度壓碎，第三遍震動時如果溫度降低到115℃左右時，則不允許繼續(xù)開振。

③使用鋼輪壓路機趕光2遍。即可完成。

7 試驗段

工開始正式大面積施工之前，應修筑一試驗段，來檢驗混合料體積性質(zhì)是否滿意和評價攤鋪與壓實技術(shù)。這個試驗段必須用計劃中的相同施工技術(shù)，在相同的混合料溫度下攤鋪與壓實，用于驗證全部因素的配合，這一點是很重要的。

8 總結(jié)

高架橋工程橋面鋪裝涉及設(shè)計、材料、人員、機械、工藝等很多因素；通過高架橋施工，作者對其進行了較深入的研究和探索，并取得了一些初步成果。隨著公路事業(yè)的發(fā)展，對橋梁技術(shù)狀況和使用性能要求越來越高，因此建議有關(guān)部門著手開展城市高架橋中水泥混凝土橋梁橋面鋪裝技術(shù)研究，以指導設(shè)計、施工，提高橋面鋪裝的耐久性和穩(wěn)定性，保證使用功能。

參考文獻：

[1] 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）

[2] 瀝青路面材料與施工技術(shù)，黃維蓉，2013年8月

作者簡介：

馮濤，工作單位：濟南市公路管理局，郵編：250013。

程浩，工作單位：濟南市公路管理局，郵編：250013。