南京四桥钢桥面浇注式沥青铺装高温稳定性研究

■陈 研 ■江苏省南京市重大路桥建设指挥部，江苏 南京 210000

南京长江第四大桥(以下简称“南京四桥”)为三跨吊悬索桥，主跨1418m，在同类桥型中居世界第三。主桥跨径布置为(166 +410.2)+1418 +(363.4 +118.4)=2476m，加劲梁采用流线型扁平钢箱梁，梁高3.5m，宽38.8m(含风嘴)，顶板厚16(14)mm［1］。大跨径桥梁钢桥面铺装技术是一项世界性难题，其高温稳定性，抗疲劳开裂性，对钢板变形的追从性，层间粘接及完善的防排水体系等均有极高的要求。由于大跨径悬索桥是一种漂浮结构，相对斜拉桥刚度较小，桥梁较柔，箱梁位移大，而对铺装提出了更高的变形随从性，因此大跨径悬索桥的钢桥面铺装技术更是难点。南京四桥引进日本的浇注式沥青钢桥面铺装技术，并针对南京四桥大跨悬索桥的技术特点提出“下层浇注式沥青混合料40mm+上层改性沥青混合料35mm”的铺装厚度及构成。

1 浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混凝土指在高温状态下(约240℃～260℃)进行拌和及摊铺的一种特殊沥青混合料。该混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高，沥青含量高等“三高”特点，较多的沥青及细集料含量使粗骨料处于悬浮状态，成型后混凝土中的空隙率很小，理论上为零。浇注式沥青具有不透水性，并且具有良好的防水、防腐、耐久性及追从性的特点，此外，由于含有大量的矿粉，使得铺装具有很强的耐磨性，但是由于具有“三高”的特点，浇注式沥青的高温稳定性较差。因此，需要在保持浇注式沥青优点的前提下，适当提高其高温稳定性。

2 TLA 含量对其高温稳定性的影响

浇注式沥青是由集料(骨料、砂子、矿粉按级配组成)以及沥青组成。其中沥青结合料通常由特立尼达湖沥青(TLA，Trinidad Lake Asphalt)与石油沥青按一定比例掺配而成。

TLA 是一种天然沥青，其中灰分(火山灰矿物质)的含量大约为35%，远远高于普通沥青。矿物质能起到提高沥青软化点、耐磨性，增加沥青模厚度，增大路面摩擦系数的作用，并在浇注式沥青中形成了沥青胶浆，其相对较高的表面张力，可以很容易与普通石油沥青混合，从而降低普通石油沥青的温度敏感性，使得浇注式沥青路面具有优良的抗老化性能、低温抗裂性及抗疲劳性能。

南京四桥对所选TLA 与20～40#沥青分别按照20～40#:TLA=75:25 与20～40#:TLA=70:30 进行试验，TLA 与20～40#沥青混合后的性能指标见表1。

表1 混合后沥青试验结果

可看出，混合后的浇注式沥青的针入度随着掺加量的增加而降低，软化点随着掺加量的增加而有所升高，这说明适当提高TLA 含量可以提高浇注式沥青的高温稳定性。

参照日本试验方法，在60 ±1℃，0.63MPa 条件下进行车辙试验以检验浇注沥青混凝土的高温稳定性。浇注式沥青混合料试件中TLA 掺量分别为25%与30%，在不同级配以及最佳沥青用量及±0.5%的条件下进行车辙试验，动稳定度试验结果见表2。

表2 车辙试验动稳定度

可看出，在相同级配条件下，TLA 掺量为30%的试件高温稳定性明显优于TLA 掺量为25%。因此浇注式沥青混合料中适当提高TLA 掺量可以提高其高温稳定性。

3 沥青用量对其高温稳定性的影响

浇注式沥青混合料的组成见图2。如果沥青混合料中的沥青用量较高，富余沥青所占的比例就大，矿料的内摩擦角就降低，其润滑作用较强，混合料的流动性也较强，使得沥青混合料的高温稳定性下降。因此适当减少沥青用量可以提高其高温稳定性。

图2 浇注式沥青混合料的组成

根据表2 的数据制成图3 及图4，从图中可以清楚看出在相同级配条件下，沥青用量比较低的混合料其高温稳定性较高。

根据以上试验结果，结合其它指标情况，南京四桥钢桥面铺装下层浇注式沥青混合料选择TLA 掺量30%，最佳沥青用量8.3%。

图3 车辙试验动稳定度图(TLA 掺量为25%)

图4 车辙试验动稳定度图(TLA 掺量为30%)

4 压入碎石对其高温稳定性的影响

在浇注式沥青混合料表面压入预拌沥青碎石，可以改变表层级配，使得骨料嵌挤，增加了摩擦力，从而提高其高温稳定性。根据日本相关研究，预拌碎石压入浇注式沥青混合料时，其撒布量与动稳定度的关系如表3 所示［2］，从中可以看出，其改善高温稳定性的效果很明显。表3中铺装结构与南京四桥结构形式相似，也为上层改性沥青，下层浇注式沥青的铺装结构。

表3 预拌碎石撒布量与动稳定度关系

南京四桥模拟实际桥面铺装结构，进行了“4cm 浇注式沥青混凝土+3.5cm 改性沥青混凝土”复合件的车辙试验，并进行了浇注式沥青混凝土表面压入碎石与不压入碎石的对比试验，试验方法参照日本规范，试验温度为60℃，轮压为0.63MPa，具体试验结果见表4。

表4 复合试件动稳定度试验结果(60℃)

试验结果与日本研究相符合，压入碎石复合试件的高温稳定性提高更加明显。

5 结论

在保留浇注式沥青混凝土优点(抗裂性，防水性，变形性能好)的同时提高其高温稳定性能，具体措施如下:(1)适当提高TLA 含量，沥青结合料的配比改为:TLA:20～40#=30:70;(2)在满足各项指标的情况下降低沥青用量;(3)在注式沥青混合料表面撒布一定量预拌沥青碎石。

［1］中交公路规划设计院.南京长江第四大桥主桥施工图设计.2009，8.

［2］多田宏行.桥面铺装的设计与施工［M］.日本:鹿岛出版会.1996.

［3］侯彦明，等.提高浇注式沥青混凝土高温稳定性的改进设计［J］.森林工程，2007(1).

［4］张登良.沥青路面［M］.北京:人民交通出版社，1999.