浇注式沥青混凝土在莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装中的应用

田 超， 周 乐， 刘 攀

(重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 401336)

莫桑比克马普托大桥是中国在莫桑比克最大的基建项目[1]，由中国路桥公司承建。其主缆跨度布置为(260+680+284)m，桥型为双塔单跨悬索桥，主跨加劲梁为扁平流线形封闭钢箱梁，桥面行车道宽18.6 m，桥面采用双向4车道，横坡2.5%。设计速度60 km/h，设计荷载为公路一级。

马普托大桥地属热带季风气候区，常年平均气温22.72 ℃，极端最高44.1 ℃，极端最低8.6 ℃，相对湿度76%左右。单日降雨最大值336.8 mm，全年平均降雨天数86.1 d，全年平均总降雨量798.9 mm。马普托是莫桑比克重要港口城市，重载交通量大，其中货车比例约占50%，重载货车占25%。马普托当地没有沥青加工厂，仅有少许中国援建沥青混凝土拌和站，仅具备普通沥青混凝土的施工能力，钢桥面铺装所需特殊机具、特种材料需从莫桑比克国外采购调配。

浇注式沥青混凝土(GA10)具有沥青含量高(7%～10%)、矿粉含量高(20%～30%)、拌和温度高(220 ℃～260 ℃)、拌和时间长(>45 min)、空隙率小(<1%)，且内部空隙不连通等特点[2-4]，使其施工中无须碾压，依靠自身良好的流动性即可摊铺，同时具有优异的防水性能、柔韧性、抗开裂性能和与钢板的追从性能，被广泛用于国内外的钢桥面铺装工程[5-8]。

根据马普托大桥的实际情况，要求铺装层具有良好的高低温性能、水稳性能、密水性能、抗疲劳性能、变形协调能力、抗滑性能等基本路用性能，经研究确定铺装方案为38 mm改性沥青混凝土SMA10+35 mm浇注式沥青混凝土GA10+2 mm Eliminator防水粘结层[9-10]。这是我国浇注式沥青混凝土铺装技术在非洲大陆的首次应用。本文以莫桑比克马普托大桥为背景，介绍GA10在马普托大桥钢桥面铺装中的应用效果，为GA10在全球的工程应用提供参考，以期促进世界大跨径钢桥面铺装的发展及技术进步。

1 原材料选择

1.1 沥青结合料

GA10采用韩国进口PG82-22改性沥青，检测结果如表1所示。

表1 韩国进口PG82-22改性沥青技术要求及检测结果

1.2 高温补强剂

高温补强剂是由聚乙烯PE等高分子材料经特殊工艺加工制成，能够抵抗300 ℃以上的高温不分解，用于GA10中可显著提升混合料的高温性能，同时兼备适宜的低温柔性。根据试验，高温补强剂掺量为混合料中沥青用量的3%。

1.3 集料及矿粉

粗集料和细集料均采用中国路桥在莫桑比克Moamba开采石材加工而成，母材为铁质辉石玄武岩，填料为同样采用该岩性母材磨制矿粉，集料及矿粉的技术指标均符合中国规范要求。

1.4 目标配合比

GA10目标配合比设计级配为5 mm～10 mm∶3 mm～5 mm∶0～3 mm∶矿粉=30.0∶11.0∶30.0∶29.0，油石比7.8%。GA10性能检测结果如表2所示。

表2 GA10性能检测结果

1.5 生产配合比

GA10生产配合比设计级配为3#仓(6 mm～11 mm)∶2#仓(3 mm～6 mm)∶1#仓(0～3 mm)∶矿粉=25.0∶15.0∶32.0∶28.0。级配曲线如图1所示。

图1 GA10生产配合比级配曲线

油石比经验值为7.2%～8.5%，分别取7.6%、7.9%和8.2%，按上述级配拌制GA10，测试其流动性、贯入度及贯入度增量，试验结果如表3所示。

表3 不同油石比GA10的性能试验结果

由表3可知，随着油石比增加，GA10的贯入度和贯入度增量均增大，流动性提高。油石比为7.9%的GA10具有较好的性能，各项指标均满足技术要求，确定GA10的最佳油石比为7.9%。

2 GA10生产施工

2.1 GA10生产

1) 拌和站改造

拌和站采用中国路桥位于莫桑比克Mugazine的日工4000型沥青混凝土拌和站，该沥青拌和站已服役多年。

由于GA10生产对集料、沥青、矿粉计量精度要求高，即要求集料加热温度高达300 ℃～320 ℃，矿粉不加热，矿粉含量为20%～30%，湿拌时间大于45 min，混合料粘度大，拌和锅电流大等，因此须对拌和站进行改造，如表4所示。

表4 拌和站改造项目

2) 拌和前的准备工作

(1) 根据拌和站性能、矿粉秤容量，确定拌和站GA10最佳产能为2 t/盘，高温补强剂用量为4.4 kg/盘，并按此重量将高温补强剂分装入小袋。

(2) 对拌和楼热料仓、矿粉仓及沥青称量系统进行计量检查，确认拌和楼称量的准确性，沥青称量误差要求小于0.3%，集料称量误差要求小于1%。

(3) 对集料加热系统进行检查，同时控制引风机开度以减少粉料散失，当热料仓内电流增加表示集料已进入热料仓，此时在溜槽位置用红外测温仪与热电偶温度仪同时测温进行校核，保证骨料加热温度。

(4) 通过试拌确定拌和时间，干拌15 s，湿拌95 s。

3) 生产流程

高温补强剂通过改装蝶阀和沥青同时加入拌锅，GA10的生产流程如图2所示。

图2 生产流程

2.2 GA10运输

由拌和楼生产出来的GA10还需不断搅拌和保温，需特种运输设备Cooker。马普托大桥共投入6台德国林泰格Cooker供GA10运输，均由国内出口至马普托，使用前对设备液压系统、压力表及温度表进行更换和标定，确保准确性。

1) 拌和站距离马普托大桥施工现场约60 km，单次运输时长约75 min。

2) Cooker初次进料前，应将Cooker预热至160 ℃左右，装入Cooker中的GA10应保持不停的搅拌，转速为1.5转/min～2转/min，同时设定设备温度为220 ℃，使混合料保持在220 ℃～250 ℃，保证设备压力在220 MPa～250 MPa。在Cooker运输过程中，安排专职设备管理员分段监测设备情况。

2.3 GA10摊铺

摊铺设备使用林泰格EB50/75型浇注式沥青混凝土摊铺机，由国内出口至马普托，预拼装宽度为4 m。

1) 确定摊铺宽度

摊铺宽度根据桥面宽度进行划分摊铺，单幅主线摊铺宽度为4 m，钢路缘和中央分隔带周边采用人工摊铺方式，如图3所示。

2) 边侧设限

为防止GA10侧向流动，采用厚33 mm、宽30 mm的钢模循环布置在车道连接处的边缘。

3) 界面清洁

GA10摊铺放料前须对施工界面进行清洁，确保桥面无油污、垃圾、水渍，然后Cooker倒至摊铺机前进行放料，如图4所示。

单位：cm

图4 界面清洁与GA10摊铺

4) 摊铺现场检测

摊铺过程中，施工员采用插针法随时测量实际摊铺厚度，并指导摊铺机操作手进行铺装厚度调整。摊铺中GA10与侧限间出现结合不密实的情况时，人工须及时抹边处理，确保GA10边部平顺、饱满，如图5所示。

(a) 厚度控制

(b) 温度监测

5) 预拌碎石撒布

预拌碎石可提高GA10的高温性能[11]，由5 mm～10 mm粒径石料预拌3‰～5‰沥青而成，以沥青全裹覆不粘为最终状态，摊铺现场人工紧跟摊铺机进行撒布，撒布量约7 kg/m2，使用配重20 kg的滚筒对碎石进行碾压，以碎石嵌入1/3～2/3混合料为压入量标准，如图6所示。

图6 预拌碎石撒布

3 现场试验检测数据分析

3.1 GA10流动性

现场测试GA10的流动性[12]，结果如表5所示。由表5可知，在设计油石比7.9%和施工温度下，GA10具有良好的流动性，现场施工具有较好的和易性。

表5 GA10流动度现场检测结果

3.2 GA10贯入度

现场测试GA10的贯入度和贯入度增量[13-14]，试验温度60 ℃，结果如表6所示。由表6可知，混合料的贯入度及其增量较小，满足马普托桥面铺装方案要求，说明GA10高温性能良好。

表6 GA10贯入度现场检测结果 0.01 mm

3.3 GA10低温弯曲应变

现场测试GA10的低温弯曲应变，试件尺寸250 mm×30 mm×35 mm，试验温度-10 ℃，结果如表7所示。由表7可知，GA10具有良好的低温变形性能。

表7 GA10低温弯曲应变现场检测结果

3.4 GA10与钢板粘结强度

现场测试GA10与已施工防水粘结层钢板的粘结强度[15]，结果如表8所示。由表8可知，使用Eliminator防水粘结层时，GA10与钢板具有良好的粘结性能。

表8 GA10与钢板拉拔强度现场检测结果 MPa

3.5 组合结构动稳定度

现场取样混合料成型组合结构车辙试件，测试“浇注式沥青混凝土GA10+面层SMA10”的高温变形能力，试验温度70 ℃，检测结果如表9所示。由表9可知，组合结构动稳定度大于3 000次/mm，具有良好的高温稳定性，能承受马普托极端的高温天气。

表9 组合结构车辙检测结果

4 结束语

1) 莫桑比克马普托大桥钢桥面铺装工程GA10的生产、运输及摊铺等工艺，施工质量均满足规定要求。经现场检测数据表明，GA10具有良好的流动性、高温性能和低温性能，与钢板的粘结强度满足方案要求，组合结构具有良好的高温稳定性。

2) GA10在莫桑比克马普托大桥的成功应用开创了国内钢桥面铺装技术走向海外的先例，通过大面积应用为GA10技术积累了经验与技术资料，也为GA10的生产施工提供了更广泛的应用方案。