浇注式沥青混合料在钢桥面铺装中的应用

杨振伟，徐 斌，肖绪荡

（1.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065；2.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064）

0 引 言

随着中国现代交通事业的蓬勃发展，大跨径桥梁不断增多，钢桥面铺装作为其核心技术愈发受到设计和工程人员的重视［1－3］。中国于1997年引进浇注式沥青混凝土并逐渐应用于钢桥面铺装中，虽然使用效果较为理想，但仍出现了一定程度的桥面病害。由于钢桥面板多采用封闭型钢箱，热容量较小，传热较快，高温时易出现车辙变形；在行车荷载长期反复作用下，某些特殊部位（如U型加劲肋）顶部的铺装层表面易因抗疲劳性能不足而产生不规则裂缝等问题，严重影响桥面行车。现阶段，上述问题在实际工程中尚未得到充分解决，同时在原材料选取、浇注式沥青混合料设计以及路用性分析等方面的研究也较为薄弱，浇注式沥青混合料在钢桥面铺装中的应用亟需进一步科学论证和优化。

因此，本文明确浇注式沥青混合料原材料组成及技术要求，提出混合料级配范围，分析各结合料TLA（特立尼达天然湖沥青）掺配比并确定最佳油石比，基于路用性能分析优选浇注式沥青混合料类型，最后依托工程实例进行应用效果评价，对浇注式沥青混合料在钢桥面铺装中的推广应用提供科学依据。

1 原材料组成及技术要求

原材料作为影响钢桥面铺装质量的重要因素，要保证其基本性能满足要求［4－5］。通过对浇注式沥青混合料原材料进行调查、取样与试验，确定本试验沥青采用掺配而成的混合沥青，集料采用优质玄武岩集料，矿粉采用优质石灰岩矿粉，具体技术要求如表1所示。

表1 原材料及技术要求

2 浇注式沥青混合料的设计

本文选择国产直馏30＃沥青、聚合物改性沥青以及SBS改性沥青进行试验，分析各浇注式结合料TLA的最佳掺配比，并确定最佳油石比，为路用性能研究提供依据。

2.1 级配的确定

根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》中，浇注式沥青混合料的使用要求以及现有集料筛分结果进行级配设计，结果如表2所示。

2.2 TLA掺配比分析

为明确浇注式结合料中TLA最佳掺配比例，分别以针入度、延度、软化点为指标，基于TLA不同掺量对各结合料进行对比分析，试验结果如图1所示。

分析图1可知以下几点。

（1）混合后的国产直馏30＃沥青针入度、延度均随着TLA掺量的增加呈减小趋势，软化点则相反；其中，针入度在TLA掺量超过30%时逐渐平稳，建议最佳掺量宜控制在30%。

（2）混合后的SBS改性沥青针入度、延度以及软化点均随着TLA掺量的增加呈减小趋势，当TLA掺量在15%～20%时变化较为缓和，建议最佳掺量宜控制在20%。

2.3 最佳油石比的确定

据上述分析，对掺配TLA后的浇注式结合料分别在不同油石比下进行流动性试验、贯入度及贯入度增量试验，据此确定各结合料的最佳油石比，试验结果如图2所示。

分析图2可知以下几点。

表2 浇注式沥青混凝土合成级配

（1）对于国产30＃直馏沥青，在油石比为9.2%时，其各项性能指标均满足技术要求，故最佳油石比采用9.2%。

（2）对于SBS改性沥青，在油石比为9.4%时，其各项性能指标均满足技术要求，故最佳油石比采用9.4%。

（3）对于聚合物改性沥青，在油石比为8.2%时，其各项性能指标均满足技术要求，故最佳油石比采用8.2%。

3 浇注式沥青混合料的路用性能

浇注式沥青混合料路用性能是决定钢桥面铺装质量的关键因素，故本文在最佳油石比下，分析各类浇注式沥青混合料的路用性能，据此确定浇注式沥青混合料的合理类型。

图1 TLA不同掺量下结合料三大指标分析结果

图2 不同油石比下GA贯入度及增量、孔隙率试验结果

（1）高温性能。采用贯入度及贯入度增量为指标，对比分析各类混合料的高温稳定性，确定较优的浇注式沥青混合料类型［6－8］。试验结果如图3所示。

图3 各类混合料的高温性能分析

分析图3可知，采用SBS改性沥青混合料的贯入度较大，其余两类结合料贯入度及贯入度增量均差异不大。从贯入度增量角度评价，SBS改性沥青和TLA混配的浇注式沥青混合料抗高温变形性能更加稳定。

（2）低温性能。低温弯曲试验用于表征混合料在低温时抵抗弯曲变形的能力［9－10］。在温度为－10℃、加载速率为10mm·min－1的条件下进行低温性能试验，结果如图4所示。

图4 各类混合料的低温性能分析

分析图4可知，3种混合料相比，采用SBS改性沥青的混合料弯拉强度、劲度模量较大，破坏应变较小，故SBS改性沥青和TLA混配的浇注式沥青混合料低温性能更加稳定。

4 工程应用

4.1 工程概况

清水河大桥位于贵州省瓮安县和开阳县交界处，为单跨简支钢桁梁悬索桥，主缆分跨为258m＋1 130m＋345m，主缆垂跨比为1／10。桥位处属于亚热带季风湿润温和型气候，降水量受高原季风气候的影响差异较大。清水河大桥主桥行车道钢桥面铺装结构为上层40mm改性SMA、35mm SBS改性GA（浇注式沥青混合料）、0.55kg·m－2环氧防水黏结层。

4.2 施工质量管控

综合考虑浇注式沥青混合料拌合温度高、矿粉用量大及施工要求苛刻等因素，在借鉴已有施工技术的基础上，确定清水河大桥浇注式沥青铺装层施工质量管控标准、检测频度及方法，如表3所示。

表3 施工质量管控标准、检测频度及方法

4.3 应用评价

经施工检测，本文采用的浇注式沥青混合料拌合无花白料、无结团成块或离析现象，铺装层表面无轮迹、裂纹等现象，各项性能指标均符合设计要求，且生产施工工艺合理，从而保证了良好的施工质量，路面平整度、密实度和均匀性，为整个桥面的铺装质量提供了保障，对今后浇注式沥青混合料在钢桥面铺装中的应用具有指导意义。

5 结 语

本文明确了浇注式沥青混合料的原材料组成及技术要求，提出了合理的级配范围；对比分析了各结合料TLA掺配并确定出最佳油石比；基于路用性能分析确定了浇注式沥青混合料类型；最后依托清水河大桥工程实例进行了应用效果评价，为浇注式沥青混合料在钢桥面铺装中的推广应用提供参考。

本文的研究表明：国产直馏30＃沥青最佳TLA掺量宜控制在30%，最佳油石比为9.2%；SBS改性沥青最佳TLA掺量宜控制在20%，最佳油石比为9.4%；聚合物改性沥青最佳油石比为8.2%。最佳油石比条件下，80%SBS改性沥青和20%TLA混配的浇注式沥青混合料抗高温变形性能更加稳定，在低温时具有更好的抵抗弯曲变形能力，工程应用效果良好，为浇注式沥青混合料性能研究提供科学依据。