澆注式瀝青混凝土在莫桑比克馬普托大橋鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用

田 超， 周 樂， 劉 攀

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 401336)

莫桑比克馬普托大橋是中國在莫桑比克最大的基建項目[1]，由中國路橋公司承建。其主纜跨度布置為(260+680+284)m，橋型為雙塔單跨懸索橋，主跨加勁梁為扁平流線形封閉鋼箱梁，橋面行車道寬18.6 m，橋面采用雙向4車道，橫坡2.5%。設(shè)計速度60 km/h，設(shè)計荷載為公路一級。

馬普托大橋地屬熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年平均氣溫22.72 ℃，極端最高44.1 ℃，極端最低8.6 ℃，相對濕度76%左右。單日降雨最大值336.8 mm，全年平均降雨天數(shù)86.1 d，全年平均總降雨量798.9 mm。馬普托是莫桑比克重要港口城市，重載交通量大，其中貨車比例約占50%，重載貨車占25%。馬普托當(dāng)?shù)貨]有瀝青加工廠，僅有少許中國援建瀝青混凝土拌和站，僅具備普通瀝青混凝土的施工能力，鋼橋面鋪裝所需特殊機具、特種材料需從莫桑比克國外采購調(diào)配。

澆注式瀝青混凝土(GA10)具有瀝青含量高(7%～10%)、礦粉含量高(20%～30%)、拌和溫度高(220 ℃～260 ℃)、拌和時間長(>45 min)、空隙率小(<1%)，且內(nèi)部空隙不連通等特點[2-4]，使其施工中無須碾壓，依靠自身良好的流動性即可攤鋪，同時具有優(yōu)異的防水性能、柔韌性、抗開裂性能和與鋼板的追從性能，被廣泛用于國內(nèi)外的鋼橋面鋪裝工程[5-8]。

根據(jù)馬普托大橋的實際情況，要求鋪裝層具有良好的高低溫性能、水穩(wěn)性能、密水性能、抗疲勞性能、變形協(xié)調(diào)能力、抗滑性能等基本路用性能，經(jīng)研究確定鋪裝方案為38 mm改性瀝青混凝土SMA10+35 mm澆注式瀝青混凝土GA10+2 mm Eliminator防水粘結(jié)層[9-10]。這是我國澆注式瀝青混凝土鋪裝技術(shù)在非洲大陸的首次應(yīng)用。本文以莫桑比克馬普托大橋為背景，介紹GA10在馬普托大橋鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用效果，為GA10在全球的工程應(yīng)用提供參考，以期促進世界大跨徑鋼橋面鋪裝的發(fā)展及技術(shù)進步。

1 原材料選擇

1.1 瀝青結(jié)合料

GA10采用韓國進口PG82-22改性瀝青，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 韓國進口PG82-22改性瀝青技術(shù)要求及檢測結(jié)果

1.2 高溫補強劑

高溫補強劑是由聚乙烯PE等高分子材料經(jīng)特殊工藝加工制成，能夠抵抗300 ℃以上的高溫不分解，用于GA10中可顯著提升混合料的高溫性能，同時兼?zhèn)溥m宜的低溫柔性。根據(jù)試驗，高溫補強劑摻量為混合料中瀝青用量的3%。

1.3 集料及礦粉

粗集料和細集料均采用中國路橋在莫桑比克Moamba開采石材加工而成，母材為鐵質(zhì)輝石玄武巖，填料為同樣采用該巖性母材磨制礦粉，集料及礦粉的技術(shù)指標(biāo)均符合中國規(guī)范要求。

1.4 目標(biāo)配合比

GA10目標(biāo)配合比設(shè)計級配為5 mm～10 mm∶3 mm～5 mm∶0～3 mm∶礦粉=30.0∶11.0∶30.0∶29.0，油石比7.8%。GA10性能檢測結(jié)果如表2所示。

表2 GA10性能檢測結(jié)果

1.5 生產(chǎn)配合比

GA10生產(chǎn)配合比設(shè)計級配為3#倉(6 mm～11 mm)∶2#倉(3 mm～6 mm)∶1#倉(0～3 mm)∶礦粉=25.0∶15.0∶32.0∶28.0。級配曲線如圖1所示。

圖1 GA10生產(chǎn)配合比級配曲線

油石比經(jīng)驗值為7.2%～8.5%，分別取7.6%、7.9%和8.2%，按上述級配拌制GA10，測試其流動性、貫入度及貫入度增量，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同油石比GA10的性能試驗結(jié)果

由表3可知，隨著油石比增加，GA10的貫入度和貫入度增量均增大，流動性提高。油石比為7.9%的GA10具有較好的性能，各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，確定GA10的最佳油石比為7.9%。

2 GA10生產(chǎn)施工

2.1 GA10生產(chǎn)

1) 拌和站改造

拌和站采用中國路橋位于莫桑比克Mugazine的日工4000型瀝青混凝土拌和站，該瀝青拌和站已服役多年。

由于GA10生產(chǎn)對集料、瀝青、礦粉計量精度要求高，即要求集料加熱溫度高達300 ℃～320 ℃，礦粉不加熱，礦粉含量為20%～30%，濕拌時間大于45 min，混合料粘度大，拌和鍋電流大等，因此須對拌和站進行改造，如表4所示。

表4 拌和站改造項目

2) 拌和前的準備工作

(1) 根據(jù)拌和站性能、礦粉秤容量，確定拌和站GA10最佳產(chǎn)能為2 t/盤，高溫補強劑用量為4.4 kg/盤，并按此重量將高溫補強劑分裝入小袋。

(2) 對拌和樓熱料倉、礦粉倉及瀝青稱量系統(tǒng)進行計量檢查，確認拌和樓稱量的準確性，瀝青稱量誤差要求小于0.3%，集料稱量誤差要求小于1%。

(3) 對集料加熱系統(tǒng)進行檢查，同時控制引風(fēng)機開度以減少粉料散失，當(dāng)熱料倉內(nèi)電流增加表示集料已進入熱料倉，此時在溜槽位置用紅外測溫儀與熱電偶溫度儀同時測溫進行校核，保證骨料加熱溫度。

(4) 通過試拌確定拌和時間，干拌15 s，濕拌95 s。

3) 生產(chǎn)流程

高溫補強劑通過改裝蝶閥和瀝青同時加入拌鍋，GA10的生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)流程

2.2 GA10運輸

由拌和樓生產(chǎn)出來的GA10還需不斷攪拌和保溫，需特種運輸設(shè)備Cooker。馬普托大橋共投入6臺德國林泰格Cooker供GA10運輸，均由國內(nèi)出口至馬普托，使用前對設(shè)備液壓系統(tǒng)、壓力表及溫度表進行更換和標(biāo)定，確保準確性。

1) 拌和站距離馬普托大橋施工現(xiàn)場約60 km，單次運輸時長約75 min。

2) Cooker初次進料前，應(yīng)將Cooker預(yù)熱至160 ℃左右，裝入Cooker中的GA10應(yīng)保持不停的攪拌，轉(zhuǎn)速為1.5轉(zhuǎn)/min～2轉(zhuǎn)/min，同時設(shè)定設(shè)備溫度為220 ℃，使混合料保持在220 ℃～250 ℃，保證設(shè)備壓力在220 MPa～250 MPa。在Cooker運輸過程中，安排專職設(shè)備管理員分段監(jiān)測設(shè)備情況。

2.3 GA10攤鋪

攤鋪設(shè)備使用林泰格EB50/75型澆注式瀝青混凝土攤鋪機，由國內(nèi)出口至馬普托，預(yù)拼裝寬度為4 m。

1) 確定攤鋪寬度

攤鋪寬度根據(jù)橋面寬度進行劃分攤鋪，單幅主線攤鋪寬度為4 m，鋼路緣和中央分隔帶周邊采用人工攤鋪方式，如圖3所示。

2) 邊側(cè)設(shè)限

為防止GA10側(cè)向流動，采用厚33 mm、寬30 mm的鋼模循環(huán)布置在車道連接處的邊緣。

3) 界面清潔

GA10攤鋪放料前須對施工界面進行清潔，確保橋面無油污、垃圾、水漬，然后Cooker倒至攤鋪機前進行放料，如圖4所示。

單位：cm

圖4 界面清潔與GA10攤鋪

4) 攤鋪現(xiàn)場檢測

攤鋪過程中，施工員采用插針法隨時測量實際攤鋪厚度，并指導(dǎo)攤鋪機操作手進行鋪裝厚度調(diào)整。攤鋪中GA10與側(cè)限間出現(xiàn)結(jié)合不密實的情況時，人工須及時抹邊處理，確保GA10邊部平順、飽滿，如圖5所示。

(a) 厚度控制

(b) 溫度監(jiān)測

5) 預(yù)拌碎石撒布

預(yù)拌碎石可提高GA10的高溫性能[11]，由5 mm～10 mm粒徑石料預(yù)拌3‰～5‰瀝青而成，以瀝青全裹覆不粘為最終狀態(tài)，攤鋪現(xiàn)場人工緊跟攤鋪機進行撒布，撒布量約7 kg/m2，使用配重20 kg的滾筒對碎石進行碾壓，以碎石嵌入1/3～2/3混合料為壓入量標(biāo)準，如圖6所示。

圖6 預(yù)拌碎石撒布

3 現(xiàn)場試驗檢測數(shù)據(jù)分析

3.1 GA10流動性

現(xiàn)場測試GA10的流動性[12]，結(jié)果如表5所示。由表5可知，在設(shè)計油石比7.9%和施工溫度下，GA10具有良好的流動性，現(xiàn)場施工具有較好的和易性。

表5 GA10流動度現(xiàn)場檢測結(jié)果

3.2 GA10貫入度

現(xiàn)場測試GA10的貫入度和貫入度增量[13-14]，試驗溫度60 ℃，結(jié)果如表6所示。由表6可知，混合料的貫入度及其增量較小，滿足馬普托橋面鋪裝方案要求，說明GA10高溫性能良好。

表6 GA10貫入度現(xiàn)場檢測結(jié)果 0.01 mm

3.3 GA10低溫彎曲應(yīng)變

現(xiàn)場測試GA10的低溫彎曲應(yīng)變，試件尺寸250 mm×30 mm×35 mm，試驗溫度-10 ℃，結(jié)果如表7所示。由表7可知，GA10具有良好的低溫變形性能。

表7 GA10低溫彎曲應(yīng)變現(xiàn)場檢測結(jié)果

3.4 GA10與鋼板粘結(jié)強度

現(xiàn)場測試GA10與已施工防水粘結(jié)層鋼板的粘結(jié)強度[15]，結(jié)果如表8所示。由表8可知，使用Eliminator防水粘結(jié)層時，GA10與鋼板具有良好的粘結(jié)性能。

表8 GA10與鋼板拉拔強度現(xiàn)場檢測結(jié)果 MPa

3.5 組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度

現(xiàn)場取樣混合料成型組合結(jié)構(gòu)車轍試件，測試“澆注式瀝青混凝土GA10+面層SMA10”的高溫變形能力，試驗溫度70 ℃，檢測結(jié)果如表9所示。由表9可知，組合結(jié)構(gòu)動穩(wěn)定度大于3 000次/mm，具有良好的高溫穩(wěn)定性，能承受馬普托極端的高溫天氣。

表9 組合結(jié)構(gòu)車轍檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

1) 莫桑比克馬普托大橋鋼橋面鋪裝工程GA10的生產(chǎn)、運輸及攤鋪等工藝，施工質(zhì)量均滿足規(guī)定要求。經(jīng)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)表明，GA10具有良好的流動性、高溫性能和低溫性能，與鋼板的粘結(jié)強度滿足方案要求，組合結(jié)構(gòu)具有良好的高溫穩(wěn)定性。

2) GA10在莫桑比克馬普托大橋的成功應(yīng)用開創(chuàng)了國內(nèi)鋼橋面鋪裝技術(shù)走向海外的先例，通過大面積應(yīng)用為GA10技術(shù)積累了經(jīng)驗與技術(shù)資料，也為GA10的生產(chǎn)施工提供了更廣泛的應(yīng)用方案。