大跨徑鋼橋溫拌環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝EA—10性能分析

李永鱗

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司， 江蘇 靖江 214500)

大跨徑鋼橋溫拌環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝EA—10性能分析

李永鱗

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司， 江蘇 靖江 214500)

環(huán)氧瀝青混凝土已成為大跨徑鋼橋面鋪裝的主要形式。溫拌瀝青混凝土在環(huán)保、減少瀝青熱老化、改善路用性能、延長施工季節(jié)等方面具有優(yōu)勢(shì)。以江陰大橋主橋鋪裝為例，對(duì)大跨徑鋼環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝EA — 10目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及混合料性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。試驗(yàn)及工程實(shí)踐結(jié)果表明，溫拌環(huán)氧瀝青混凝土性能滿足大跨徑鋼橋橋面鋪裝使用要求。

橋面鋪裝； 鋼橋； 環(huán)氧瀝青；溫拌；性能分析

0 前言

溫拌瀝青混凝土技術(shù)是新興的瀝青路面技術(shù)，其拌和、碾壓溫度比同類熱拌瀝青混凝土可降低30 ℃以上[1]。2005年，我國首次在北京八達(dá)嶺高速進(jìn)行了溫拌瀝青路面的試驗(yàn)路段鋪設(shè)，2007年江蘇省在340省道常州段進(jìn)行溫拌瀝青試驗(yàn)段的鋪設(shè)，拉開了江蘇省溫拌瀝青混凝土研究的序幕，此后國內(nèi)溫拌瀝青混凝土研究與應(yīng)用日益廣泛。上世紀(jì)90年代以來，環(huán)氧瀝青混凝土進(jìn)入國內(nèi)大跨徑鋼橋橋面鋪裝市場，其強(qiáng)度高、溫度敏感性小等優(yōu)良路用性能，使得環(huán)氧瀝青混凝土成為鋼橋面的主要鋪裝形式之一[2]。而溫拌瀝青混凝土在節(jié)能減排、減少瀝青老化、改善瀝青混合料路用性能、降低混合料拌、攤鋪溫度等方面的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到廣泛關(guān)注。而且，溫拌瀝青混合料較熱拌瀝青混合料更適宜在溫度較低的環(huán)境使用[3]。2015年，《鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(送審稿)納入了溫拌環(huán)氧瀝青混凝土方案，提出了技術(shù)要求，因此進(jìn)一步對(duì)溫拌環(huán)氧瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)及混合料性能進(jìn)行研究分析是十分必要的。

1 鋼橋面鋪裝概況

江陰長江大橋于1999年建成通車，為單跨1385 m的特大跨徑懸索橋，主梁為扁平鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼板厚度12 mm，該橋所在江蘇江陰市、靖江市年極限最高溫度40 ℃，年極限最低溫度-14 ℃，實(shí)測橋梁鋼板夏季最高溫度68 ℃。江陰大橋橋面鋪裝原先采用澆注式瀝青混凝土，在運(yùn)營過程中車轍、開裂等病害嚴(yán)重，到2003年春雖先后經(jīng)歷維修12次，維修面積約3 000 m2,但橋面鋪裝已局部喪失使用功能。自2003年起，經(jīng)過實(shí)橋?qū)Ρ刃栽囼?yàn)驗(yàn)證后，逐步采用環(huán)氧瀝青混凝土替代澆注式瀝青混凝土。

與路基路面及水泥混凝土橋面相比，鋼橋面鋪裝層受力更加嚴(yán)酷、更加復(fù)雜：①跨度大,縱向撓度大,縱向應(yīng)變大；②鋼箱梁橫截面剛度較小,鋼板較薄,導(dǎo)致橫向撓度和橋面局部橫向應(yīng)變大；③鋼橋面上下部溫差大,溫度應(yīng)力大；④過渡層瀝青類材料剛度與鋼板剛度相差巨大,而且鋼板面光滑,導(dǎo)致層間粘結(jié)力強(qiáng)度很難保證,容易發(fā)生脫層現(xiàn)象；⑤縱向加勁肋的大量使用使得此處局部應(yīng)力集中,面層和粘結(jié)層容易在此處發(fā)生破壞[4]。

2 溫拌環(huán)氧瀝青混凝土方案

江陰大橋主橋鋪裝溫拌環(huán)氧瀝青混凝土EA — 10方案由江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司與東南大學(xué)于2010年聯(lián)合開發(fā)，按規(guī)范[5]要求，進(jìn)行了各項(xiàng)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，溫拌環(huán)氧瀝青混凝土各項(xiàng)性能與熱拌環(huán)氧瀝青混凝土性能相當(dāng)。溫拌環(huán)氧瀝青混凝土的生產(chǎn)過程為：根據(jù)使用要求選用SBS改性瀝青，加入SG溫拌改性劑以降低混合料拌制溫度，選用環(huán)氧樹脂、集料和礦粉，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。本方案鋪裝層體系為：鋼板防腐層+防水粘接層+25 mm鋪裝下層+粘結(jié)層+25 mm鋪裝上層，鋪設(shè)于江陰大橋東、西幅第1車道。

用于環(huán)氧瀝青及粘接層的環(huán)氧樹脂均選用日本大有株式會(huì)社生產(chǎn)的日本J2型環(huán)氧樹脂，基質(zhì)瀝青采用SBS改性瀝青。環(huán)氧樹脂與固化劑按55∶45比例混合(重量比)。環(huán)氧瀝青由環(huán)氧樹脂與基質(zhì)瀝青按25∶75(重量比)混合。粗、細(xì)集料選用玄武巖。礦粉采用石灰?guī)r中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。

SG溫拌改性劑由A、B兩個(gè)組份構(gòu)成，其中A組份具有降低瀝青混合料拌合及施工溫度的功效，摻入到基質(zhì)瀝青中攪拌制成改性瀝青，B組份具有改善瀝青混合料高溫性能的功效，與集料一起投放拌合。A組份推薦用量為瀝青質(zhì)量的2%～3%，B組份推薦用量為混合料質(zhì)量的0.2%～0.4%。

3 環(huán)氧瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

3.1 礦料配合比設(shè)計(jì)

溫拌環(huán)氧瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)礦料計(jì)算結(jié)果參見表1，礦料級(jí)配曲線如圖1所示。

表1 溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA—10配合比設(shè)計(jì)礦料計(jì)算結(jié)果

圖1 EA — 10合成級(jí)配曲線圖

3.2 馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用5種不同的油石比拌制混合冷料，依據(jù)《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 — 2011)的要求成型馬歇爾試件，成型好的試件在測試其物理指標(biāo)后，放入60 ℃的恒溫水浴中保溫30～40 min，最后測試其穩(wěn)定度和流值，具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA—10馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果(60℃)

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果，分別繪制穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度、密度與油石比關(guān)系曲線如圖2，密度未出現(xiàn)峰值，以目標(biāo)空隙率(5.0%)所對(duì)應(yīng)的油石比5.2%為OAC1，OAC1=5.20%，當(dāng)油石比范圍在4.80%～5.95%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求，OAC2=(4.80%+5.95%)/2=5.38%，OAC=(OAC1+OAC2)/2=5.29%。綜合考慮，選擇5.3%作為溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA — 10的最佳油石比。

圖2 溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA — 10各技術(shù)指標(biāo)與油石比關(guān)系曲線

4 性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 — 2011)試驗(yàn)方法和要求，對(duì)溫拌環(huán)氧瀝青混凝土EA — 10混合料進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)、70 ℃車轍試驗(yàn)、凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、小梁低溫彎曲試驗(yàn)、混合料抗滑性能等驗(yàn)證性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3～表6。

4.2 性能驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析

《鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(送審稿)對(duì)熱拌、溫拌、冷拌三類環(huán)氧瀝青混合料性能指標(biāo)特別規(guī)定主要有60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度、60 ℃馬歇爾流值、70 ℃動(dòng)穩(wěn)定度、空隙率、凍融劈裂強(qiáng)度比、低溫彎曲應(yīng)變。“送審稿”技術(shù)要求如下：60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)于固化試件不小于40 kN，未固化試件不小于5 kN；60 ℃馬歇爾流值1.5～5 mm；70℃動(dòng)穩(wěn)定度不小于6 000次/mm；空隙率1%～3%；凍融劈裂強(qiáng)度比不小于80%；低溫彎曲應(yīng)變不小于3 000με[6]。

表3 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果(EA—10)

表4 70℃車轍試驗(yàn)結(jié)果(EA—10)

表5 混合料凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(平均值)

表6 小梁低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果(EA—10)

根據(jù)表2～表6，溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA — 10混合料性能指標(biāo)：60 ℃馬歇爾穩(wěn)定度未固化試件為12.1 kN，符合“送審稿”要求；70 ℃動(dòng)穩(wěn)定度為6 683次/mm，符合“送審稿”要求；空隙率為4.8%，不符合“送審稿”要求，但符合規(guī)范要求；凍融劈裂強(qiáng)度比為94.4%，符合“送審稿”要求；低溫彎曲應(yīng)變4 467με、4 354με、4 391με均符合“送審稿”要求。其余環(huán)氧瀝青混合料性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

本方案溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA — 10混合料空隙率指標(biāo)未到達(dá)“送審稿”要求。雖然有研究指出，空隙率增大，瀝青混合料力學(xué)性能降低，凍融劈裂強(qiáng)度比減小，瀝青混合料抗水損壞性能降低[7]，但本方案試驗(yàn)表明：溫拌環(huán)氧瀝青混合料EA — 10力學(xué)性能、凍融劈裂強(qiáng)度比、浸水馬歇爾試驗(yàn)等指標(biāo)均符合規(guī)范要求，而且從工程實(shí)踐和運(yùn)營情況來看，也未對(duì)橋面鋪裝路用性能產(chǎn)生明顯不利影響。而且橋面鋼板厚度較薄，施工中環(huán)氧瀝青混合料空隙率指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要通過壓路機(jī)碾壓實(shí)現(xiàn)，振動(dòng)壓路機(jī)的使用，對(duì)于橋面鋼板的影響需要研究評(píng)估。

低溫彎曲應(yīng)變指標(biāo)滿足“送審稿”要求，但較以往熱拌環(huán)氧瀝青混凝土低溫彎曲應(yīng)變指標(biāo)達(dá)5000με以上的結(jié)果稍小，其原因可能是溫拌改性瀝青的低溫抗裂性隨著溫拌劑滲加量的增加而降低[8]。

5 溫拌環(huán)氧瀝青混凝土施工溫度、養(yǎng)生

溫拌環(huán)氧瀝青混凝土施工要求與熱拌瀝青混凝土基本相同，區(qū)別主要是混合料拌和、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生溫度的控制不同，養(yǎng)生時(shí)間要求不同。本次溫拌環(huán)氧瀝青混凝土施工控制混合料出料溫度控制在110～130 ℃，初壓溫度不低于82 ℃，終壓溫度不低于65 ℃，以上溫度控制均大大低于熱拌環(huán)氧瀝青混凝土。溫拌環(huán)氧瀝青混凝土養(yǎng)生要求與熱拌瀝青混凝土相同，養(yǎng)生時(shí)間稍長，對(duì)交通運(yùn)營影響稍大。

施工完成后，經(jīng)6 a多時(shí)間運(yùn)營，江陰大橋主橋溫拌環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝經(jīng)受住了日均流量超過7萬輛的大交通量和重載交通的考驗(yàn)，使用情況較好。

6 結(jié)語

室內(nèi)試驗(yàn)及實(shí)橋應(yīng)用實(shí)踐表明：溫拌環(huán)氧瀝青混凝土EA — 10適合作為特大跨徑鋼橋面鋪裝形式，其性能指標(biāo)符合使用要求；溫拌環(huán)氧瀝青混凝土與熱拌環(huán)氧瀝青混凝土相比有效降低了混合料拌和及攤鋪溫度，對(duì)于節(jié)能減排、減少瀝青老化有重要意義；如何在保證使用性能的情況下，盡可能縮短溫拌環(huán)氧瀝青混凝土養(yǎng)生時(shí)間，需要進(jìn)一步探索研究。

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