几种典型钢桥面沥青铺装方案分析

刘景峰

(榆林市公路局第三工程处，陕西榆林 719000)

0 引言

近年来随着国民经济水平的提高，我国的公路交通事业得到了飞速发展，桥梁建设尤其是大跨径钢桥建设已成为公路建设的重要组成部分。我国的大跨径钢桥一般作为跨江或跨海大桥，承受着严峻的气候环境。钢桥面铺装层铺装在钢桥面板之上，在承受行车荷载作用的同时还经受着外界环境的考验，同时，由于钢箱梁自身结构的特点导致铺装层的受力特点与一般的沥青路面有很大区别。钢桥面铺装层的质量直接决定了桥梁的服务水平，在很大程度上影响当地交通的正常运转。因此，作为铺装层的材料必须有良好高低温、抗疲劳及水稳性能，能够在荷载及环境的作用下表现出良好的路用性能。

目前钢桥面沥青铺装层的设计与施工主要借鉴沥青路面的设计方法，没有根据钢桥面铺装层的受力特点采取针对性的措施。钢桥面铺装层产生车辙、开裂及坑槽等早期损坏很普遍，因此，针对国内外典型的钢桥面铺装方案开展调查具有重要意义。通过分析不同钢桥面铺装方案的特点及易出现的问题，归纳各种铺装材料在性能和造价等方面的差异，可为钢桥面铺装方案的选择提供一定的参考依据。

1 典型的钢桥面铺装方案

目前，在国内外钢桥面铺装中常采用的方案主要有三类［1］:1)浇筑式沥青混凝土方案，属于此范畴的还有沥青玛脂混凝土;2)改性沥青SMA(Stone Mastic Asphalt)方案;3)环氧沥青混凝土方案。

1.1 浇筑式沥青混凝土

浇筑式沥青混凝土属于连续级配沥青混凝土，通常在较高的温度(220℃～250℃)下拌和，由于沥青含量较高具有良好的流动性，在摊铺时只要简单地摊铺整平即可而不必采用压路机进行碾压。浇筑式混凝土的空隙率小且内部空隙不连通，防水性能较好，但高温性能不佳。混凝土的胶结料中由于掺加一定比例的湖沥青具有良好的温度敏感性与抗疲劳性能［2］。

浇筑式沥青混凝土在英国、丹麦、日本、瑞典等国的钢桥面铺装中应用很广泛。我国江阴大桥及香港青马大桥的铺装层也采用了这种铺装材料，但二者表现差异很大，后者的使用状况良好，前者却出现严重的病害。从浇筑式沥青混凝土钢桥面铺装层的使用情况来看，该铺装类型出现的病害作用以车辙为主，其次是开裂、推挤和粘结层破坏。出现这些病害的主要原因是铺装材料的高温稳定性不佳，抗疲劳性能、层间粘结力不足等，同时与国内车辆的超载也有重要的关系。

1.2 改性沥青SMA

改性沥青SMA是起源于德国的一种钢桥面铺装材料。典型的SMA是一种间断密级配混合料，混合料中粗集料、矿粉和沥青的含量较高，分别占到混合料的70%，10%和6%～7%。考虑混合料中的高沥青含量，在实际应用中常在混合料中加入一定量的纤维以防止混合料发生析漏。由于粗骨料间的嵌挤作用［3］，SMA具有较好的高温稳定性，不易产生车辙，而含量较高的沥青玛脂则保证了混合料良好的低温抗裂性。

宜昌长江公路大桥是蓉国道主干线上跨越长江的一座特大型悬索桥，由于我国对SMA桥面铺装方案应用认识不深，缺乏实际经验，在铺装层使用后期主要出现了车辙、开裂、推移及脱层等病害，这些病害同样在虎门大桥和海沧大桥中出现。出现这些病害的原因主要是铺装材料高温稳定性不足，防水能力不佳，另外铺装层与桥面板间的粘结剂高温抗剪强度不足，在局部产生轻微推移后，水分很容易浸入铺装层内部引起铺装层产生脱层和推移等病害。

1.3 环氧沥青混凝土

环氧沥青混凝土中的胶结料采用环氧沥青，由于环氧沥青具有热固性的特点，拌制出来的混凝土具有强度高、刚度大，耐腐蚀性能和耐疲劳性能好的特点［4］，但其性能受成型时的温度、时间等因素影响显著，对施工质量的要求相当高，并且必须保证施工结束后有足够养护期确保环氧沥青混凝土能够基本完成固化。

舟山桃夭门大桥是舟山大陆连岛工程的第三座跨海大桥，桥面铺装层采用55 mm的双层环氧沥青混凝土，在通车四年后调查发现仅在行车道与路肩局部位置出现纵向裂缝。润扬大桥、苏通大桥、南京长江三桥等钢桥面铺装层中使用的环氧沥青混凝土也表现出了良好的使用性能。总体来说，环氧沥青混凝土钢桥面铺装使用效果较好，产生的病害以纵向裂缝为主。环氧沥青混凝土的早期损坏绝大部分由施工质量不佳导致，通过严格控制施工质量，可以保证环氧沥青混凝土铺装层良好的使用性能。

2 不同钢桥面铺装材料对比分析

不同的钢桥面铺装材料具有不同的性能，其施工工艺和工程造价也有所差别。本文分别从铺装材料的高低温性能、抗疲劳性能、水稳性能、施工及造价方面进行评述。

1)高温稳定性。在高温季节，钢桥面板的温度可达到70℃以上，且钢板的传热能力较强，从而要求铺装材料要具有良好的高温性能。环氧沥青混凝土属于热固性材料，其高温稳定性随时间的增加逐渐增强，是三种材料中最好的，浇筑式沥青混凝土由于细集料含量高、空隙率过小、高温稳定性最差，SMA高温稳定性介于环氧沥青混凝土和浇筑式沥青混凝土之间。

2)低温稳定性。当外界环境温度下降，钢桥面板和铺装材料间产生的低温收缩差异较大时，铺装材料就会承受拉应力作用，而当产生的拉应力和拉应变超过材料的容许值时，桥面铺装层中便产生裂缝破坏。浇筑式沥青混凝土破坏时能够承受的应力和应变最大，其抗低温开裂能力最强;SMA和环氧沥青混凝土在破坏时能够承受的应力和应变较小，其低温稳定性劣于浇筑式混凝土。

3)抗疲劳性能。铺装材料的抗疲劳性能好，桥面铺装层可以更好的承受行车荷载的反复作用，其使用寿命就长。环氧沥青混凝土强度高、硬度大，在相同荷载次数作用下抗疲劳性能优于浇筑式沥青混凝土和SMA，同时还能在一定程度上对正交异性钢板起到加强的作用。对于浇筑式沥青混凝土而言，其抗疲劳性能要优于SMA。

4)水稳定性。铺装层的水稳定性，是指铺装材料在行车荷载和降水形成的动水压力冲刷作用下仍能保持良好的整体性能，而不致形成坑洞、辙槽等破坏的能力。环氧沥青混凝土由于强度高、刚度大，其劈裂强度在几种铺装材料中是最大的，但其冻融劈裂强度比最小;而浇筑式沥青混凝土由于沥青、细集料含量高，水稳定性最好;SMA的水稳定性介于二者之间。

5)施工难易程度。SMA中由于掺加了纤维，其施工工艺比普通沥青混凝土略微复杂，而环氧沥青混凝土出于对和易性和压实度要求的考虑，在施工过程中对温度和时间的控制非常严格，同时对施工时的气温、风速等也有一定的要求;浇筑式沥青混凝土在施工中则需要特殊的拌合设备。

6)工程造价方面。如果按照同一铺装厚度计，环氧沥青混凝土造价最高，其次是浇筑式沥青混凝土，SMA造价最少，仅略高于普通沥青混凝土。然而，由于环氧沥青铺装层性能较好，在实际工程中铺装层厚度均小于浇筑式混凝土和SMA，这样不仅减轻了自重，而且降低了工程造价。从不同桥面铺装层的全寿命周期成本分析可知，环氧沥青铺装层的后期维修成本远低于其他铺装材料，具有良好的社会效益。同时，随着国内环氧沥青铺装技术的发展和大规模的推广应用，环氧沥青铺装层的工程造价将会大大降低。

3 环氧沥青混凝土的特点及存在的问题

环氧沥青混凝土属于热固性材料，其固化后已不是一般意义上的混凝土，在夏季炎热季节沥青混凝土不会有多余的沥青渗出，有着其他铺装材料无法比拟的优点和良好的抗变形能力，高温稳定性较其他铺装材料的要好得多，在夏季炎热季节不易产生车辙、壅包等病害。

但是，环氧沥青混凝土刚度过大，弹性模量过高，柔性较差，导致其在外界荷载和温度应力的作用下不能很好的协调钢桥面板的变形。在外界环境温度急剧降低时，环氧沥青混凝土内部会产生较大的温度应力，导致低温开裂。同时，由于桥面钢板的模量比环氧沥青混凝土小得多，在外界荷载作用下铺装层与桥面钢板的变形无法协调一致。当桥面板在荷载作用下产生的变形很大时，环氧沥青混凝土很容易因开裂或粘结层失效而导致破坏。

因此，环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料，除了高温性能、抗疲劳性能、耐老化性能和防腐性能外，还需考虑如何改善、提高环氧沥青混凝土的柔韧性，进而从根本上解决环氧沥青混凝土易出现低温开裂病害的难题。

4 结语

通过研究几种典型的钢桥面铺装方案，分析钢桥面铺装层的主要病害及其成因，基于病害控制的目的提出环氧沥青混凝土柔韧性的技术要求，主要结论如下:

1)介绍了国内典型桥面铺装方案的特点及其主要病害，并从材料性能、施工工艺和工程造价等方面进行对比分析，发现环氧沥青混凝土具有优良的力学性能及良好的经济社会效益，是作为钢桥面铺装材料的较佳选择。2)通过分析环氧沥青混凝土钢桥面铺装的特点及其在应用中存在的问题，发现要想从源头上提高环氧沥青钢桥面铺装层的使用效果，需要降低环氧沥青混凝土的模量，改善其柔性性能和变形能力，从而可以更好地协调桥面钢板的变形。

［1］卢 辉，胡玲玲.几种典型钢桥面铺装技术的对比［J］.科学技术与工程，2009，9(19)：5234-5237.

［2］李 智，钱振东.典型钢桥面铺装结构的病害分类分析［J］.交通运输工程与信息学报，2006，4(2)：110-115.

［3］郭伟坚.改性沥青SMA在钢桥面铺装工程的应用［J］.广东交通科技，2002(1)：24-27.

［4］李宇峙，吴国平，邵腊庚.环氧沥青混凝土材料在钢桥面铺装中的应用［J］.中南公路工程，2005，30(3)：168-170.