大跨径钢桥温拌环氧沥青混凝土铺装EA—10性能分析

李永鳞

(江苏扬子大桥股份有限公司， 江苏 靖江 214500)

大跨径钢桥温拌环氧沥青混凝土铺装EA—10性能分析

李永鳞

(江苏扬子大桥股份有限公司， 江苏 靖江 214500)

环氧沥青混凝土已成为大跨径钢桥面铺装的主要形式。温拌沥青混凝土在环保、减少沥青热老化、改善路用性能、延长施工季节等方面具有优势。以江阴大桥主桥铺装为例，对大跨径钢环氧沥青混凝土铺装EA — 10目标配合比设计及混合料性能进行试验分析。试验及工程实践结果表明，温拌环氧沥青混凝土性能满足大跨径钢桥桥面铺装使用要求。

桥面铺装； 钢桥； 环氧沥青；温拌；性能分析

0 前言

温拌沥青混凝土技术是新兴的沥青路面技术，其拌和、碾压温度比同类热拌沥青混凝土可降低30 ℃以上[1]。2005年，我国首次在北京八达岭高速进行了温拌沥青路面的试验路段铺设，2007年江苏省在340省道常州段进行温拌沥青试验段的铺设，拉开了江苏省温拌沥青混凝土研究的序幕，此后国内温拌沥青混凝土研究与应用日益广泛。上世纪90年代以来，环氧沥青混凝土进入国内大跨径钢桥桥面铺装市场，其强度高、温度敏感性小等优良路用性能，使得环氧沥青混凝土成为钢桥面的主要铺装形式之一[2]。而温拌沥青混凝土在节能减排、减少沥青老化、改善沥青混合料路用性能、降低混合料拌、摊铺温度等方面的优点，越来越受到广泛关注。而且，温拌沥青混合料较热拌沥青混合料更适宜在温度较低的环境使用[3]。2015年，《钢桥面铺装设计与施工规范》(送审稿)纳入了温拌环氧沥青混凝土方案，提出了技术要求，因此进一步对温拌环氧沥青混凝土配合比设计及混合料性能进行研究分析是十分必要的。

1 钢桥面铺装概况

江阴长江大桥于1999年建成通车，为单跨1385 m的特大跨径悬索桥，主梁为扁平钢箱梁结构，钢板厚度12 mm，该桥所在江苏江阴市、靖江市年极限最高温度40 ℃，年极限最低温度-14 ℃，实测桥梁钢板夏季最高温度68 ℃。江阴大桥桥面铺装原先采用浇注式沥青混凝土，在运营过程中车辙、开裂等病害严重，到2003年春虽先后经历维修12次，维修面积约3 000 m2,但桥面铺装已局部丧失使用功能。自2003年起，经过实桥对比性试验验证后，逐步采用环氧沥青混凝土替代浇注式沥青混凝土。

与路基路面及水泥混凝土桥面相比，钢桥面铺装层受力更加严酷、更加复杂：①跨度大,纵向挠度大,纵向应变大；②钢箱梁横截面刚度较小,钢板较薄,导致横向挠度和桥面局部横向应变大；③钢桥面上下部温差大,温度应力大；④过渡层沥青类材料刚度与钢板刚度相差巨大,而且钢板面光滑,导致层间粘结力强度很难保证,容易发生脱层现象；⑤纵向加劲肋的大量使用使得此处局部应力集中,面层和粘结层容易在此处发生破坏[4]。

2 温拌环氧沥青混凝土方案

江阴大桥主桥铺装温拌环氧沥青混凝土EA — 10方案由江苏扬子大桥股份有限公司与东南大学于2010年联合开发，按规范[5]要求，进行了各项性能试验，试验结果表明，温拌环氧沥青混凝土各项性能与热拌环氧沥青混凝土性能相当。温拌环氧沥青混凝土的生产过程为：根据使用要求选用SBS改性沥青，加入SG温拌改性剂以降低混合料拌制温度，选用环氧树脂、集料和矿粉，进行配合比设计。本方案铺装层体系为：钢板防腐层+防水粘接层+25 mm铺装下层+粘结层+25 mm铺装上层，铺设于江阴大桥东、西幅第1车道。

用于环氧沥青及粘接层的环氧树脂均选用日本大有株式会社生产的日本J2型环氧树脂，基质沥青采用SBS改性沥青。环氧树脂与固化剂按55∶45比例混合(重量比)。环氧沥青由环氧树脂与基质沥青按25∶75(重量比)混合。粗、细集料选用玄武岩。矿粉采用石灰岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。

SG温拌改性剂由A、B两个组份构成，其中A组份具有降低沥青混合料拌合及施工温度的功效，掺入到基质沥青中搅拌制成改性沥青，B组份具有改善沥青混合料高温性能的功效，与集料一起投放拌合。A组份推荐用量为沥青质量的2%～3%，B组份推荐用量为混合料质量的0.2%～0.4%。

3 环氧沥青混凝土目标配合比设计

3.1 矿料配合比设计

温拌环氧沥青混合料配合比设计矿料计算结果参见表1，矿料级配曲线如图1所示。

表1 温拌环氧沥青混合料EA—10配合比设计矿料计算结果

图1 EA — 10合成级配曲线图

3.2 马歇尔试验

根据经验采用5种不同的油石比拌制混合冷料，依据《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20 — 2011)的要求成型马歇尔试件，成型好的试件在测试其物理指标后，放入60 ℃的恒温水浴中保温30～40 min，最后测试其稳定度和流值，具体试验结果如表2所示。

表2 温拌环氧沥青混合料EA—10马歇尔试验结果(60℃)

根据马歇尔试验及计算结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、饱和度、密度与油石比关系曲线如图2，密度未出现峰值，以目标空隙率(5.0%)所对应的油石比5.2%为OAC1，OAC1=5.20%，当油石比范围在4.80%～5.95%时，各项指标均符合技术要求，OAC2=(4.80%+5.95%)/2=5.38%，OAC=(OAC1+OAC2)/2=5.29%。综合考虑，选择5.3%作为温拌环氧沥青混合料EA — 10的最佳油石比。

图2 温拌环氧沥青混合料EA — 10各技术指标与油石比关系曲线

4 性能验证试验结果分析

4.1 性能验证试验结果

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20 — 2011)试验方法和要求，对温拌环氧沥青混凝土EA — 10混合料进行了浸水马歇尔试验、70 ℃车辙试验、冻融劈裂强度试验、小梁低温弯曲试验、混合料抗滑性能等验证性能试验，试验结果见表3～表6。

4.2 性能验证试验结果分析

《钢桥面铺装设计与施工规范》(送审稿)对热拌、温拌、冷拌三类环氧沥青混合料性能指标特别规定主要有60 ℃马歇尔稳定度、60 ℃马歇尔流值、70 ℃动稳定度、空隙率、冻融劈裂强度比、低温弯曲应变。“送审稿”技术要求如下：60 ℃马歇尔稳定度对于固化试件不小于40 kN，未固化试件不小于5 kN；60 ℃马歇尔流值1.5～5 mm；70℃动稳定度不小于6 000次/mm；空隙率1%～3%；冻融劈裂强度比不小于80%；低温弯曲应变不小于3 000με[6]。

表3 浸水马歇尔试验结果(EA—10)

表4 70℃车辙试验结果(EA—10)

表5 混合料冻融劈裂强度试验结果(平均值)

表6 小梁低温弯曲试验结果(EA—10)

根据表2～表6，温拌环氧沥青混合料EA — 10混合料性能指标：60 ℃马歇尔稳定度未固化试件为12.1 kN，符合“送审稿”要求；70 ℃动稳定度为6 683次/mm，符合“送审稿”要求；空隙率为4.8%，不符合“送审稿”要求，但符合规范要求；冻融劈裂强度比为94.4%，符合“送审稿”要求；低温弯曲应变4 467με、4 354με、4 391με均符合“送审稿”要求。其余环氧沥青混合料性能指标均符合规范要求。

本方案温拌环氧沥青混合料EA — 10混合料空隙率指标未到达“送审稿”要求。虽然有研究指出，空隙率增大，沥青混合料力学性能降低，冻融劈裂强度比减小，沥青混合料抗水损坏性能降低[7]，但本方案试验表明：温拌环氧沥青混合料EA — 10力学性能、冻融劈裂强度比、浸水马歇尔试验等指标均符合规范要求，而且从工程实践和运营情况来看，也未对桥面铺装路用性能产生明显不利影响。而且桥面钢板厚度较薄，施工中环氧沥青混合料空隙率指标的实现需要通过压路机碾压实现，振动压路机的使用，对于桥面钢板的影响需要研究评估。

低温弯曲应变指标满足“送审稿”要求，但较以往热拌环氧沥青混凝土低温弯曲应变指标达5000με以上的结果稍小，其原因可能是温拌改性沥青的低温抗裂性随着温拌剂渗加量的增加而降低[8]。

5 温拌环氧沥青混凝土施工温度、养生

温拌环氧沥青混凝土施工要求与热拌沥青混凝土基本相同，区别主要是混合料拌和、摊铺、碾压、养生温度的控制不同，养生时间要求不同。本次温拌环氧沥青混凝土施工控制混合料出料温度控制在110～130 ℃，初压温度不低于82 ℃，终压温度不低于65 ℃，以上温度控制均大大低于热拌环氧沥青混凝土。温拌环氧沥青混凝土养生要求与热拌沥青混凝土相同，养生时间稍长，对交通运营影响稍大。

施工完成后，经6 a多时间运营，江阴大桥主桥温拌环氧沥青混凝土铺装经受住了日均流量超过7万辆的大交通量和重载交通的考验，使用情况较好。

6 结语

室内试验及实桥应用实践表明：温拌环氧沥青混凝土EA — 10适合作为特大跨径钢桥面铺装形式，其性能指标符合使用要求；温拌环氧沥青混凝土与热拌环氧沥青混凝土相比有效降低了混合料拌和及摊铺温度，对于节能减排、减少沥青老化有重要意义；如何在保证使用性能的情况下，尽可能缩短温拌环氧沥青混凝土养生时间，需要进一步探索研究。

[1] 禤炜安，刘斌清．不同温拌剂对沥青及其混合料性能指标的影响分析[J]. 中外公路， 2016，36(1)：273-277.

[2] 韩超，李浩天，贾渝，等．基于现代化检测的环氧沥青钢桥面铺装病害研究[J]. 公路工程,2011，36(1)：50-54.

[3] 侯曙光．温拌及热拌沥青混合料降温特性分析[J]. 公路, 2011(10)：188-191.

[4] 许振宇 张肖宁．大跨钢桥桥面竖向截面应变分析[J]. 科学技术与工程, 2007，7(20)：5443-5445.

[5] JTG F40 — 2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[6] 钢桥面铺装设计与施工规范(送审稿)[S].

[7] 彭勇，孙立军．空隙率对沥青混合料性能影响[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2009,33(5)：826-829.

[8] 韦佑坡,孙志军，高林．温拌沥青路用性能研究[J].筑路机械与施工机械化,2013,30(5)：55-58.

1008-844X(2017)02-0224-04

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