提高沥青混凝土桥面铺装质量的控制措施

冯涛 程浩

济南市公路管理局 山东济南 250013

摘要：橋面铺装的施工质量至关重要，直接影响到整个桥梁的使用性能和使用寿命。本文在借鉴同类桥面铺装施工的基础上，结合济广高速济南连接线工程（济南二环西路高架桥工程，以下简称高架桥）施工，从沥青混凝桥面铺装层施工的全过程进行全面质量控制和关键技术创新，既满足了桥面铺装的功能性及结构性的双重需要，又对提高桥梁寿命有积极的作用。

关键词：沥青混凝土；桥面铺装；质量控制；沥青胶砂；沥青玛蹄脂碎石混合料

1 概述

桥面铺装是桥梁行车体系的重要组成部分，同时桥面铺装也是路面最薄弱环节之一。一方面与普通沥青路面相比，桥面铺装的气候、行车条件更为严酷，破坏现象出现更早，破坏更严重；另一方面由于桥面水泥混凝土层与沥青层的模量相差很大，作用界面上应力相对集中，行车荷载作用时，桥面沥青混凝土层的受力作用比普通沥青混凝土路面要大得多；正是这些特殊的作用条件，要求桥面沥青铺装施工质量控制更为苛刻。高质量的沥青桥面铺装，不仅能提供行驶性能良好而耐久的桥面铺装体系，而且能作为桥面的有效防护系统，防止水份的渗透，保证桥梁结构的耐久性。

2 对水泥混凝土桥面的要求

水泥混凝土桥面要求平整、粗糙，必须具有足够的强度和稳定性。表面不得有浮浆和其它污染物，桥面混凝土层不允许出现脱空的现象，不得使用砂浆和薄层混凝土找平。通常采用五米直尺量测横向和纵向平整度，其最大偏差不应大于2㎝。

为了保证混凝土层与沥青铺装层的连接，在沥青混凝土铺装层施工之前，水泥混凝土桥面板采用凿毛处理，使混凝土表面露出新鲜的集料和混凝土层。凿毛处理后要保证60%单位面积以上露出新鲜的混凝土层。沥青粘结层撒布之前对桥面进行清洗，彻底干燥以后才能进行沥青粘结层施工。

3 原材料

3.1集料

粗集料要求在满足规范要求的同时，必须为清洁、无塑性的基性火成岩破碎集料，具有良好的颗粒形状与表面纹理，与沥青应有良好的粘结力。SBS改性沥青SMA路面表层应使用玄武岩人工砂作为细集料，含量为15%左右。

除应满足规范上的技术要求以外，根据高架桥的实际，提出以下要求：

1）所有的矿料必须清洁、无塑性，沥青混合料中的粘土颗粒成分可以引起沥青混合料的体积膨胀，在水的作用下引起沥青膜与矿料间的剥离现象。要求矿料中<0.075mm的部分其塑性指数<4%。

2）粗集料要求必须为破碎的基性硬质岩集料，具有良好的颗粒形状与表面纹理，与沥青应有良好的粘结力，沥青与集料的粘结力不应小于四级。

3）细集料采用反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于3mm的部分，其具有较好的角砾性。但是，所有人工生产的细集料生产过程中必须采用除尘装置，0.075㎜的通过率<10%。

4）填充料应采用石灰岩质矿粉。为了提高沥青混合料的抗水损害能力，矿粉在生产过程中应加入混合料总量为1.3±0.3%的生石灰粉。

5）作为下封层使用的撒布碎石为经过清洗干燥后的5～10㎜基性硬质岩碎石。撒布前进行预拌，预拌沥青用量一般为2～5‰。

3.2 沥青胶结料

为了保证桥面铺装沥青混合料的使用性能，桥面铺装各层均采用SBS改性沥青，SBS改性沥青应必须满足规范的技术标准要求。相应的施工温度应当由供应商根据其沥青的技术性质和经验提供，不可采用粘温关系直接确定。

4 桥面防水层

高架桥采用SBS改性沥青表处防水层。热的改性沥青与混凝土桥面通常具有良好的粘结力。方法是将SBS改性沥青加热至170℃～180℃后，采用专用的改性沥青撒布机，在经过凿毛、清洗、干燥以后的混凝土面上满布一层1㎏/㎡（厚度为0.8～1.2mm）的SBS改性沥青作为粘结剂；然后在其上撒布一层粒径5～10mm单一尺寸经过3-5‰沥青预拌沥青碎石。碎石撒布以后，使用胶轮压路机将碎石碾压稳定。

防水粘结层施工完毕以后，立即进行沥青胶砂层的施工。

5 沥青胶砂

沥青胶砂采用SBS改性沥青和基性硬质岩集料。具体要求见第3节。

5.1矿料的级配

沥青胶砂作为封水层和找平层，级配设计至关重要，其中0.075和1.18作为主要控制点必须满足范围要求。对于沥青胶砂，矿料主要是细集料，其细集料的棱角性要求和沙当量要求是主要控制的技术指标。矿料筛分采用水筛法，每一级集料都要精确筛分出0.075㎜以下的含量，进行合成级配计算。

5.2混合料技术要求

沥青混合料设计包括三部分：马歇尔设计、混合料水稳定性检验、混合料高温稳定性检验。

5.3沥青混合料设计过程

沥青混合料设计过程包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比设计验证三个阶段。

1）目标配合比设计阶段：对工程采用的原材料通过适当的矿料结构设计方法确定适宜的矿料级配组成。根据目标配合比设计所确定的矿料级配组成和最佳沥青含量作为目标配比，供沥青拌和站进行冷料仓的供料比例的调整。

2）生产配合比设计阶段：沥青混合料的生产应采用间歇式拌和站。调整冷料仓进料速度以后，对拌和站热料仓取样筛分。取目标配比最佳沥青含量、最佳沥青含量±0.3%等三个沥青含量进行试拌，进行抽提和马歇尔试验确定生产的最佳沥青含量确定。

3）生产配合比设计验证阶段：对反复调整确定的拌和站热料仓比例和最佳沥青含量进行试拌、铺筑试验段，并对生产的沥青混合料取样抽提和马歇尔试验。根据试验路确定的热料仓比例和最佳沥青含量为生产的标准配合比。满足各项要求的试验段抽提平均的各筛孔通过率为用于生产控制的标准级配曲线。

5.4施工要求

混合料的拌和、摊铺、压实能力必须相匹配。为保证沥青路面连续施工，沥青混合料拌和机生产量不能小于240吨/小时。

1）混合料温度管理

沥青加热温度：170～180℃；

矿料加温度：175～185℃；

混合料出厂温度：175～180℃；

初温度：不低于160℃；

碾压终了温度：不低于120℃；

2）压实

压实是一个非常重要的问题，压实度的高低直接影响到沥青路面的使用寿命和早期损害的可能性。为了更好地保证施工质量，保证混合料的压实效果，对压实度的控制上需要更加严格要求。压实度采用空隙率控制，要求压实后路面空隙率的平均值值为5～7%，极限值为4～8%。

为达到良好的压实效果，并考虑到桥面铺装对于震动的特殊要求，高架桥主压压路机采用水平振荡压路机。对于3000型拌和站，产量为240T/h，基本配备如下：

10-16吨水平振荡压路机 2台

7-11吨钢轮压路级 1～2台

3）压实工艺

一般情况，对于SBS改性沥青混合料，需要在较高温度时充分震动压实，这是得到理想空隙率的保证。压路机通常应紧跟摊铺机，压路机应尽可能提减少撒水量，保持合理的压实速度。具体压实工艺如下：

①初始碾压采用水平震荡压路机振荡碾压，振荡频率可选为50Hz，速度5～6公里/小时。

②如此重复两到三遍。由于混合料在冷却到110℃以下用震动方式容易造成集料过度压碎，第三遍震动时如温度降低到115℃左右，不应再震。

③使用钢轮压路机赶光2遍。即可完成。

6 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）

为了进一步提高桥面铺装层的高温稳定性和密水性，桥面铺装层的上面两层均采用SBS改性沥青SMA混合料。针对SBS改性沥青SMA的性能特点，做了以下改进。

6.1材料

1）集料

在满足规范要求的同时，粗集料要求必须为清洁、无塑性的基性火成岩破碎集料，具有良好的颗粒形状与表面纹理，与沥青应有良好的粘结力。SBS改性沥青SMA路面表层应使用玄武岩人工砂作为细集料，含量为15%左右。

填充料应采用石灰岩质矿粉。为了提高沥青混合料的抗水损害能力，矿粉在生产过程中应加入混合料总量为1.3±0.3%的生石灰粉。大约生石灰粉占矿粉的重量比为15%左右。小于0.075mm部分含量的多少对沥青混合料的体积性能有较大的影响，集料筛分应采用水筛法，合成级配必须考虑粗细集料本身带有的小于0.075mm粉尘部分的含量。

2）纤维稳定剂

采用SBS改性沥青生产SMA混合料，需要添加纤维稳定剂。一般情况下，掺加木质纤维。木质纤维的掺加量是沥青混合料的3‰。

6.2 混合料的设计

1）矿料的级配

本工程SBS改性沥青SMA混合料级配选定根据规范推荐的级配，并满足相应的设计要求。

2）混合料技术要求

沥青混合料设计包括三部分：马歇尔设计、混合料水稳定性检验、混合料高低温稳定性检验和施工性能检验。并应当满足设计要求。

3）沥青混合料设计过程

沥青混合料设计过程包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比设计验证三个阶段。具体内容参见5.3。

6.3质量控制和设备要求

1）拌和站

沥青混合料其质量控制主要指标应当采用总量控制与动态变化图控制指导生产。总量控制是根据每天拌合站各热料仓实际生产量计算和成级配和沥青用量与抽提结果相配合作为沥青混合料级配的质量控制手段。动态指标动态图应当包括设定的生产配比、沥青含量、拌和温度和试验温度。主要指标有：马歇尔空隙率、矿料间隙率VMA、沥青含量、0.075、2.36、4.75和最大尺寸的通过率。

沥青混合料的出料温度一般控制在170～175℃，沥青加热温度一般控制在170～180℃。矿料加热温度一般控制175～185℃。

由于各面层混合料生产过程中的回收粉非石灰岩质，SMA生产不允许使用回收粉。

2）储存

为了保证摊铺机的连续摊铺，对拌合的沥青混合料进行储存是有必要的。但应避免温度过高造成沥青混合料的老化。

3）运输

混合料的装载不能一次性装成锥形，自卸车在装料适应前后移动是混合料成山字型。混合料装载后应保持一定的形状，如果过度塌落说明混合料的级配或沥青含量存在一定问题，应注意及时检查。沥青混合料运输过程中应采取蓬布保温措施。

4）摊铺

摊铺过程的主要问题是采取适当的摊铺速度，保证混合料的供应和连续摊铺。摊铺过程应注意减少离析现象。对于纵向接缝的处理，第一是保证摊铺出的沥青混合料不离析，第二是避免使用冷接逢。

6.4施工工艺

混合料的拌和、摊铺、压实能力必须相匹配。

1）现场质量控制

压实：压实是一个非常重要的问题，压实度的高低直接影响到沥青路面的使用寿命和早期损害的可能性。对于SBS改性沥青SMA的压实温度要求初压温度不小于165℃。

为了更好地保证施工质量，保证混合料的压实效果，对压实度的控制上需要更加严格要求。压实度采用空隙率控制，要求压实后路面空隙率的平均值为4～6%，极限值为4～7%。另外，铺筑后的成品路面应当进行渗水试验，渗水系数不大于200ml/min。

2）压实要求与工艺

SMA混合料的压实工艺是很重要的，处理得当可获得最佳密度。具有高的粗集料含量的SMA混合料的确与一般密级配混合料不同，必须在压实作业中考虑压实机具和压实方法。

为达到良好的压实效果，并考虑到桥面铺装对于震动的特殊要求，主压压路机采用水平振荡压路机。对于3000型拌和站，产量为240T/h，一般基本配备如下：

12～16吨水平振荡压路机 2台

7～10吨钢轮压路级 1-2台

一般情况，对于SBS改性沥青SMA混合料，需要在较高温度时充分震动压实，这是得到理想空隙率的保证。压路机通常应紧跟摊铺机，压路机应尽可能提减少撒水量，保持合理的压实速度。具体参照压实工艺如下：

①初始碾压采用水平震荡压路机振荡碾压，振荡频率可选为50Hz，速度5～6公里/小时（如人行走速度相当），后退时轮迹应与前进时重合，相邻应使轮迹重合20㎝左右。

②如此重复两到三遍。由于混合料在冷却到110℃以下用震动方式容易造成集料过度压碎，第三遍震動时如果温度降低到115℃左右时，则不允许继续开振。

③使用钢轮压路机赶光2遍。即可完成。

7 试验段

工开始正式大面积施工之前，应修筑一试验段，来检验混合料体积性质是否满意和评价摊铺与压实技术。这个试验段必须用计划中的相同施工技术，在相同的混合料温度下摊铺与压实，用于验证全部因素的配合，这一点是很重要的。

8 总结

高架桥工程桥面铺装涉及设计、材料、人员、机械、工艺等很多因素；通过高架桥施工，作者对其进行了较深入的研究和探索，并取得了一些初步成果。随着公路事业的发展，对桥梁技术状况和使用性能要求越来越高，因此建议有关部门着手开展城市高架桥中水泥混凝土桥梁桥面铺装技术研究，以指导设计、施工，提高桥面铺装的耐久性和稳定性，保证使用功能。

参考文献：

[1] 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）

[2] 沥青路面材料与施工技术，黄维蓉，2013年8月

作者简介：

冯涛，工作单位：济南市公路管理局，邮编：250013。

程浩，工作单位：济南市公路管理局，邮编：250013。