鋼橋面鋪裝中SMA-10瀝青混合料的試驗(yàn)配制與應(yīng)用技術(shù)

溫雅

（河北平山縣交通運(yùn)輸局公路工程隊(duì)，河北平山 050400）

0 引言

在我國高級別路面的施工中，鋼橋面的鋪設(shè)一直以來存在著難度大、工藝效果不理想等問題，困擾著諸多大橋的建設(shè)進(jìn)程，是業(yè)內(nèi)亟待解決的難題。傳統(tǒng)上采取的鋼橋面鋪設(shè)工藝早期一般為采用國外引入的技術(shù)，如澆筑式瀝青鋪裝（即制備流動(dòng)性好的瀝青料直接澆筑鋪設(shè)，無需碾壓環(huán)節(jié)）、環(huán)氧瀝青鋪裝（在基質(zhì)瀝青中加入環(huán)氧樹脂，增強(qiáng)熱塑性能）等。實(shí)踐中，近些年來也采用國內(nèi)自主開發(fā)的鋪設(shè)工藝，如雙層瀝青瑪蹄脂碎石（雙層SMA）鋼橋面鋪筑、復(fù)合澆筑式鋼橋面鋪筑以及ERS鋼橋面鋪筑等。根據(jù)以往相關(guān)案例的實(shí)施效果可知，雙層瀝青瑪蹄脂碎石（雙層SMA）鋼橋面鋪筑工藝在中小跨度鋼橋中的適用性優(yōu)良，鋪裝質(zhì)量較為可靠，目前已在國內(nèi)數(shù)十座鋼橋面鋪裝項(xiàng)目中得到了成功應(yīng)用。

SMA最初是為解決瀝青路面車轍問題而研發(fā)的一種新型斷級配瀝青混合料，作為廣泛應(yīng)用于我國道路路面工程中的瀝青瑪蹄脂碎石路面的原料，SMA主要由瀝青瑪蹄脂（含有礦粉、穩(wěn)定劑等，作為填充介質(zhì)）與集料（作為混合料的骨架）均勻細(xì)密地組合而成，其中的集料粒徑較大，大都屬于粗骨料?；旌狭现械拇止橇匣ハ噼偳稊D壓形成基本框體，表現(xiàn)出較強(qiáng)的剛度，可抵抗大部分普通條件下產(chǎn)生的變形。SMA中的瀝青瑪蹄脂則憑借所含的礦粉與纖維，通過充填遍布骨架之間的孔隙，使混合體表現(xiàn)出優(yōu)異的抗裂強(qiáng)度與防水耐久性能。而雙層SMA橋面鋪裝工藝即指在鋼橋面上鋪設(shè)2層SMA瀝青混合料，從而使橋面擁有突出的抗車轍、抗裂以及抗變形能力。在實(shí)際工程應(yīng)用中，雙層SMA橋面鋪裝工藝費(fèi)用少，生產(chǎn)質(zhì)量有保證，生產(chǎn)工藝簡便，因此具備較大的推廣價(jià)值與應(yīng)用潛力。

1 工程概況

在某橋梁的橋面改建項(xiàng)目中，涉及的主要改造要點(diǎn)為根據(jù)原先的水泥混凝土橋面進(jìn)一步進(jìn)行拓寬，即將適當(dāng)寬度的鋼橋面拼接于水泥混凝土橋面，達(dá)到擴(kuò)孔橋面的效果。與此同時(shí)，對新老橋面進(jìn)行瀝青混合料的鋪設(shè)施工?；陧?xiàng)目施工方案，擬鋪設(shè)橋面的瀝青混合料基本構(gòu)造如下：橋梁主體的最下面為橋面基層，基層上部采取中粒式AC-20C瀝青，下面層厚度為60mm；厚度40mm的上面層位于下面層上部，主要應(yīng)用SMA-10新型瀝青瑪蹄脂碎石材料。

其中，相較于SMA-13瀝青混合料，上面層采取SMA-10時(shí)的混合料骨料類別較為單一，骨料均勻程度直接決定了級配的穩(wěn)定性，故施工中應(yīng)當(dāng)落實(shí)原材控制。另外，SMA-10瀝青混合料的碾壓技術(shù)也需要科學(xué)設(shè)定，保證橋面鋪裝質(zhì)量。因此，本文擬基于項(xiàng)目案例，結(jié)合項(xiàng)目中試驗(yàn)段的鋪筑試驗(yàn)，探討相關(guān)工藝參數(shù)對最終橋面鋪設(shè)質(zhì)量的影響情況，重點(diǎn)研究振動(dòng)碾壓與靜壓能達(dá)到的密實(shí)度效果區(qū)別，并開展了摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)，分析復(fù)壓工藝時(shí)膠輪壓路機(jī)的應(yīng)用效果。

2 原材料種類和組成

在SMA-10瀝青混合料的橋面鋪裝原材中，細(xì)骨料的粒徑為0～3mm，其主要通過將石灰?guī)r碾碎并經(jīng)精細(xì)器具篩選獲得；粗骨料粒徑為5～10mm，主要由玄武巖破碎而得；將強(qiáng)基性巖石利用器具磨細(xì)，以此作為原材中的礦粉料；穩(wěn)定劑為聚酯纖維。上述原材均滿足國家規(guī)程中的相應(yīng)要求。

本次試驗(yàn)混合料采用的基質(zhì)瀝青品類為70號，結(jié)合直投式RST高黏度改性劑進(jìn)行瀝青改性處理。在混合料制備過程中，先將一部分（約改性劑2/3體積）的基質(zhì)瀝青摻入RST改性劑，均勻后升溫至150℃，待改性劑完全融化于基質(zhì)瀝青中并表現(xiàn)為糊狀時(shí)，將混合物再次攪拌混合，并升溫至180℃，然后逐步摻入剩余的基質(zhì)瀝青至設(shè)計(jì)用量，最后應(yīng)用乳化器具運(yùn)行3min，使混合物剪切均勻。改性劑RST的摻加量設(shè)定為混合料的9.4%含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

最終制備獲得瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)需滿足對應(yīng)規(guī)范的要求，具體要求如下：針入度應(yīng)在40～60（單位為0.1mm）之間，延度應(yīng)大于30cm，軟化點(diǎn)應(yīng)大于80℃，動(dòng)力黏度應(yīng)不小于50 000Pa·s，運(yùn)動(dòng)黏度應(yīng)小于等于3Pa·s。經(jīng)對制備混合料各性能檢測，得知針入度實(shí)測值為49，延度為36.5，軟化點(diǎn)為85.1℃，動(dòng)力黏度為131 000Pa·s，運(yùn)動(dòng)黏度為2.91。因此，各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

3 瀝青混合料試驗(yàn)

3.1 熱倉料篩分和級配設(shè)計(jì)

按照目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)取熱倉料，將0～3mm區(qū)間粒徑設(shè)為1號，將3～5mm區(qū)間粒徑設(shè)為2號，將5～10mm區(qū)間粒徑設(shè)為3號，以此篩分熱倉料，且根據(jù)我國規(guī)程中的要求進(jìn)行級配設(shè)計(jì)。

3.2 最佳瀝青用量確定

為實(shí)現(xiàn)合理的瀝青用量，對瀝青混合料按照相關(guān)規(guī)程開展馬歇爾試驗(yàn)。其中，瀝青混合料的拌和以及擊實(shí)溫度分別為180℃與160℃，雙面分別擊50次后達(dá)到擊實(shí)效果。經(jīng)分析后認(rèn)為，摻入6.1%的基質(zhì)瀝青最為適當(dāng)，改性劑RST的摻加量為混合料的9.4%含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），穩(wěn)定劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4‰。基于所得原材料的配比，分別可得SMA-10瀝青混合料的性能及馬歇爾體積參數(shù)，如表1和表2所示。由此可知，所制備的SMA-10瀝青混合料各項(xiàng)性能滿足規(guī)范要求，可將其配比投入項(xiàng)目案例的試驗(yàn)段施工中。

表1 瀝青混合料性能參數(shù)

表2 馬歇爾體積指標(biāo)

4 碾壓方案分析

在本項(xiàng)目的SMA-10試驗(yàn)段施工過程中，選擇于橋尾的非鋼橋面上開展，鋪設(shè)總長200m，分四段進(jìn)行。在非鋼橋面試鋪設(shè)過程中，采取4種不同的碾壓形式進(jìn)行試驗(yàn)，對應(yīng)四段鋪設(shè)長度。其中，每種方案下的初壓、復(fù)壓與終壓形式闡述如下：方案1為0.5遍靜壓+3遍靜壓+靜壓收光，方案2為0.5遍靜壓+3遍靜壓與1遍膠輪+靜壓收光，方案3在方案2的基礎(chǔ)上去掉復(fù)壓時(shí)的膠輪工序，并將靜壓改為振動(dòng)碾壓，即0.5遍靜壓+3遍振動(dòng)碾壓+靜壓收光，方案4為在方案3的基礎(chǔ)上增加復(fù)壓時(shí)的膠輪工序，并改變終壓形式，即0.5遍靜壓+3遍振動(dòng)碾壓與1遍膠輪+鋼輪收光。施工完成后，分別檢測四段路面鋪設(shè)質(zhì)量，結(jié)果顯示：壓實(shí)度方面，方案1～方案4分別為94%、99.1%、98.5%、99.6%，除方案1不符合規(guī)范要求外，其余三種方案均滿足要求；滲水系數(shù)方面，方案1～方案4檢測結(jié)果為69ml/min、不滲水、59ml/min、不滲水；構(gòu)造深度方面，方案1～方案4檢測結(jié)果為0.9mm、0.7mm、0.8mm、0.7mm；橫向力系數(shù)方面，方案1～方案4檢測結(jié)果為61、62、68、62。由此可知，除方案1外，另外三種碾壓方案的SMA-10路面施工質(zhì)量均滿足規(guī)范要求。

將方案1和方案2的具體工藝進(jìn)行分析，其差別為方案2于復(fù)壓階段增加了1遍膠輪碾壓，且將路面密實(shí)度檢測結(jié)果由不合格改善到了合格。因此，在復(fù)壓階段增加一遍膠輪碾壓工序可有效提升路面施工密實(shí)度。

將方案3和方案4的具體工藝進(jìn)行分析（如圖1、圖2），發(fā)現(xiàn)復(fù)壓階段為振動(dòng)碾壓時(shí)，是否增加膠輪碾壓工序都不影響最終合格的施工質(zhì)量，但增加膠輪碾壓可使路面的防滲水性能得到提升，原因是膠輪具有揉搓功效，可保證瀝青瑪蹄脂將混合料中的粗骨料包裹得更加均勻，從而加強(qiáng)路面壓實(shí)度。

由復(fù)壓階段為振動(dòng)+膠輪碾壓時(shí)的路面施工效果可知，采取膠輪碾壓后，瀝青瑪蹄脂并未于路面處發(fā)生結(jié)團(tuán)情況，表明本次試驗(yàn)采取科學(xué)的配比下料后，所獲得的瀝青混合料能在膠輪碾壓的情況下保持膠漿不結(jié)團(tuán)，并能使路面瀝青混合料具備更加優(yōu)異的指標(biāo)參數(shù)。由分析結(jié)果可知，采取膠輪碾壓后，路面的構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)指標(biāo)均能夠保持在規(guī)范數(shù)值范圍內(nèi)。

綜上所述，對比4種試驗(yàn)段的瀝青混合料鋪設(shè)工藝方案，為了預(yù)防采取振動(dòng)碾壓時(shí)路面可能因黏結(jié)強(qiáng)度不夠而存在的瀝青層推移等缺陷，結(jié)合壓實(shí)度和滲水系數(shù)等參數(shù)要求，最終認(rèn)為方案2是最佳的SMA-10瀝青混合料路面鋪裝工藝。通過對試驗(yàn)段不同路面碾壓工藝的對比分析，結(jié)合滲水系數(shù)、構(gòu)造深度、壓實(shí)度以及橫向力系數(shù)等主要指標(biāo)要求，確定了適用于本項(xiàng)目鋼橋面鋪裝施工的參數(shù)取值，能夠?yàn)殇摌蛎孀罱K鋪裝質(zhì)量的可靠性提供有效指導(dǎo)。

圖1 復(fù)壓為振動(dòng)碾壓時(shí)的路面

圖2 復(fù)壓為振動(dòng)+膠輪碾壓時(shí)的路面

5 工程應(yīng)用

通過試驗(yàn)段的碾壓方案分析，本項(xiàng)目正式段的鋼橋面最終采取了上述的方案2開展施工，即采用0.5遍靜壓+3遍靜壓與1遍膠輪+靜壓收光的碾壓方式，最終項(xiàng)目順利完成了驗(yàn)收工作，取得了理想的實(shí)施效果。具體的驗(yàn)收數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 項(xiàng)目鋼橋面鋪裝的路面檢測數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

本文基于某橋面拓建項(xiàng)目中的鋼橋面鋪裝施工案例，為保證SMA-10瀝青混合料路面的最終施工質(zhì)量，先行通過非鋼橋面的試驗(yàn)段鋪裝方案比選，分析確定最終合理的碾壓工藝參數(shù)，并將其應(yīng)用于實(shí)際鋼橋面鋪裝工程中，取得了預(yù)期的滿意效果，路面各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)既符合規(guī)范要求，又為工程的一次完竣提供了有效保障，降低了返工、后期維修等潛在隱患。通過本文的SMA-10瀝青混合料路面施工的分析與總結(jié)，得出的主要結(jié)論如下：

（1）在SMA-10瀝青混合料的配制過程中，對基質(zhì)瀝青摻入9.4%的改性劑時(shí)，能獲得符合規(guī)范規(guī)定的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）采取科學(xué)的配比下料后，所獲得的瀝青混合料能在膠輪碾壓的情況下保持膠漿不結(jié)團(tuán)，并能使路面瀝青混合料具備更加優(yōu)異的指標(biāo)參數(shù)。

（3）針對雙層SMA-10鋼橋面鋪裝施工，采用0.5遍靜壓+3遍靜壓與1遍膠輪+靜壓收光的碾壓方式能夠保證施工質(zhì)量，路面各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。