南京四橋鋼橋面澆注式瀝青鋪裝高溫穩(wěn)定性研究

■陳 研 ■江蘇省南京市重大路橋建設(shè)指揮部，江蘇 南京 210000

南京長江第四大橋(以下簡稱“南京四橋”)為三跨吊懸索橋，主跨1418m，在同類橋型中居世界第三。主橋跨徑布置為(166 +410.2)+1418 +(363.4 +118.4)=2476m，加勁梁采用流線型扁平鋼箱梁，梁高3.5m，寬38.8m(含風(fēng)嘴)，頂板厚16(14)mm［1］。大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝技術(shù)是一項(xiàng)世界性難題，其高溫穩(wěn)定性，抗疲勞開裂性，對鋼板變形的追從性，層間粘接及完善的防排水體系等均有極高的要求。由于大跨徑懸索橋是一種漂浮結(jié)構(gòu)，相對斜拉橋剛度較小，橋梁較柔，箱梁位移大，而對鋪裝提出了更高的變形隨從性，因此大跨徑懸索橋的鋼橋面鋪裝技術(shù)更是難點(diǎn)。南京四橋引進(jìn)日本的澆注式瀝青鋼橋面鋪裝技術(shù)，并針對南京四橋大跨懸索橋的技術(shù)特點(diǎn)提出“下層澆注式瀝青混合料40mm+上層改性瀝青混合料35mm”的鋪裝厚度及構(gòu)成。

1 澆注式瀝青混凝土

澆注式瀝青混凝土指在高溫狀態(tài)下(約240℃～260℃)進(jìn)行拌和及攤鋪的一種特殊瀝青混合料。該混合料本身具有細(xì)集料含量高，礦粉含量高，瀝青含量高等“三高”特點(diǎn)，較多的瀝青及細(xì)集料含量使粗骨料處于懸浮狀態(tài)，成型后混凝土中的空隙率很小，理論上為零。澆注式瀝青具有不透水性，并且具有良好的防水、防腐、耐久性及追從性的特點(diǎn)，此外，由于含有大量的礦粉，使得鋪裝具有很強(qiáng)的耐磨性，但是由于具有“三高”的特點(diǎn)，澆注式瀝青的高溫穩(wěn)定性較差。因此，需要在保持澆注式瀝青優(yōu)點(diǎn)的前提下，適當(dāng)提高其高溫穩(wěn)定性。

2 TLA 含量對其高溫穩(wěn)定性的影響

澆注式瀝青是由集料(骨料、砂子、礦粉按級配組成)以及瀝青組成。其中瀝青結(jié)合料通常由特立尼達(dá)湖瀝青(TLA，Trinidad Lake Asphalt)與石油瀝青按一定比例摻配而成。

TLA 是一種天然瀝青，其中灰分(火山灰礦物質(zhì))的含量大約為35%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通瀝青。礦物質(zhì)能起到提高瀝青軟化點(diǎn)、耐磨性，增加瀝青模厚度，增大路面摩擦系數(shù)的作用，并在澆注式瀝青中形成了瀝青膠漿，其相對較高的表面張力，可以很容易與普通石油瀝青混合，從而降低普通石油瀝青的溫度敏感性，使得澆注式瀝青路面具有優(yōu)良的抗老化性能、低溫抗裂性及抗疲勞性能。

南京四橋?qū)λxTLA 與20～40#瀝青分別按照20～40#:TLA=75:25 與20～40#:TLA=70:30 進(jìn)行試驗(yàn)，TLA 與20～40#瀝青混合后的性能指標(biāo)見表1。

表1 混合后瀝青試驗(yàn)結(jié)果

可看出，混合后的澆注式瀝青的針入度隨著摻加量的增加而降低，軟化點(diǎn)隨著摻加量的增加而有所升高，這說明適當(dāng)提高TLA 含量可以提高澆注式瀝青的高溫穩(wěn)定性。

參照日本試驗(yàn)方法，在60 ±1℃，0.63MPa 條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)以檢驗(yàn)澆注瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性。澆注式瀝青混合料試件中TLA 摻量分別為25%與30%，在不同級配以及最佳瀝青用量及±0.5%的條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度

可看出，在相同級配條件下，TLA 摻量為30%的試件高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于TLA 摻量為25%。因此澆注式瀝青混合料中適當(dāng)提高TLA 摻量可以提高其高溫穩(wěn)定性。

3 瀝青用量對其高溫穩(wěn)定性的影響

澆注式瀝青混合料的組成見圖2。如果瀝青混合料中的瀝青用量較高，富余瀝青所占的比例就大，礦料的內(nèi)摩擦角就降低，其潤滑作用較強(qiáng)，混合料的流動性也較強(qiáng)，使得瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性下降。因此適當(dāng)減少瀝青用量可以提高其高溫穩(wěn)定性。

圖2 澆注式瀝青混合料的組成

根據(jù)表2 的數(shù)據(jù)制成圖3 及圖4，從圖中可以清楚看出在相同級配條件下，瀝青用量比較低的混合料其高溫穩(wěn)定性較高。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合其它指標(biāo)情況，南京四橋鋼橋面鋪裝下層澆注式瀝青混合料選擇TLA 摻量30%，最佳瀝青用量8.3%。

圖3 車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度圖(TLA 摻量為25%)

圖4 車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度圖(TLA 摻量為30%)

4 壓入碎石對其高溫穩(wěn)定性的影響

在澆注式瀝青混合料表面壓入預(yù)拌瀝青碎石，可以改變表層級配，使得骨料嵌擠，增加了摩擦力，從而提高其高溫穩(wěn)定性。根據(jù)日本相關(guān)研究，預(yù)拌碎石壓入澆注式瀝青混合料時(shí)，其撒布量與動穩(wěn)定度的關(guān)系如表3 所示［2］，從中可以看出，其改善高溫穩(wěn)定性的效果很明顯。表3中鋪裝結(jié)構(gòu)與南京四橋結(jié)構(gòu)形式相似，也為上層改性瀝青，下層澆注式瀝青的鋪裝結(jié)構(gòu)。

表3 預(yù)拌碎石撒布量與動穩(wěn)定度關(guān)系

南京四橋模擬實(shí)際橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了“4cm 澆注式瀝青混凝土+3.5cm 改性瀝青混凝土”復(fù)合件的車轍試驗(yàn)，并進(jìn)行了澆注式瀝青混凝土表面壓入碎石與不壓入碎石的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)方法參照日本規(guī)范，試驗(yàn)溫度為60℃，輪壓為0.63MPa，具體試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合試件動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果(60℃)

試驗(yàn)結(jié)果與日本研究相符合，壓入碎石復(fù)合試件的高溫穩(wěn)定性提高更加明顯。

5 結(jié)論

在保留澆注式瀝青混凝土優(yōu)點(diǎn)(抗裂性，防水性，變形性能好)的同時(shí)提高其高溫穩(wěn)定性能，具體措施如下:(1)適當(dāng)提高TLA 含量，瀝青結(jié)合料的配比改為:TLA:20～40#=30:70;(2)在滿足各項(xiàng)指標(biāo)的情況下降低瀝青用量;(3)在注式瀝青混合料表面撒布一定量預(yù)拌瀝青碎石。

［1］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.南京長江第四大橋主橋施工圖設(shè)計(jì).2009，8.

［2］多田宏行.橋面鋪裝的設(shè)計(jì)與施工［M］.日本:鹿島出版會.1996.

［3］侯彥明，等.提高澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.森林工程，2007(1).

［4］張登良.瀝青路面［M］.北京:人民交通出版社，1999.