翔安大桥钢桥面铺装浇筑式沥青混合料施工技术

张建忠，周 乐，刘 攀

(1.福建省交通建设工程质量安全中心,福建 福州 350001; 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司,重庆 401336)

1 工程概况

1.1 项目概况

厦门第二东通道起自厦门市湖里区枋钟路与金尚路交叉点,接海沧隧道(第二西通道)本岛连接线,向东跨越本岛东部海域,止于厦门市翔安区翔安大道,接已建翔安南路刘五店(翔安南)互通式立交,路线全长12.37 km,其中钢箱梁段长3.27 km。

1.2 钢桥面铺装结构

考虑翔安大桥的预期应用状态,除了要求铺装层具有良好的基本路用性能,并且其铺装层应与钢板之间具有良好的层间结合能力外,对钢桥面板等结构也起到良好的防护效果。因此采用浇筑式铺装结构,具体结构及材料类型与用量见表1。

表1 翔安大桥钢桥面铺装结构

1.3 原材料的选择

1.3.1 沥青

浇筑式沥青混合料GA-10采用高强度改性沥青,其技术要求及检测结果见表2。高强度改性沥青的软化点超过100 ℃,5 ℃延度超过30 cm,针入度比超过80%,表明该沥青具有十分优异的高温稳定性、低温延性和抗老化性能,其综合性能明显优于湖沥青复合改性沥青和普通浇筑式聚合物改性沥青,更能适应翔安大桥钢桥面铺装的服役状况。

表2 高强度改性沥青技术要求及检测结果

1.3.2 集料及矿粉

粗、细集料分别采用辉绿岩,矿粉采用石灰岩,集料及矿粉的技术要求同检测结果见表3—表5。

表3 粗集料技术性能指标及检测结果

表4 细集料技术性能指标及检测结果

表5 矿粉技术性能指标及检测结果

1.3.3 生产配合比

生产配合比设计级配为3号仓(7 mm～11 mm)∶2号仓(4 mm～7 mm)∶1号仓(0 mm～4 mm)∶矿粉=27.0∶10.0∶34.0∶29.0,级配曲线见图1。

按设计的GA-10型矿料级配进行配料,选择油石比7.4%,7.6%,7.8%,8.0%和8.2%进行试验,结果见表6。可以看出,油石比为7.8%,8.0%的浇筑式沥青混合料流动性、60C贯入度及60C贯入度增量指标均满足规范及设计文件中的要求。通过混合料的高温稳定性和施工和易性综合考虑,故采用最佳油石比7.8%为最佳油石比。

表6 不同油石比GA-10混合料性能试验结果

2 浇筑式沥青混合料GA-10实施过程

2.1 GA-10的生产

拌和全过程使用计算机系统完成监控,由拌和站集料系统完成计量标定,以保证测量数据的准确性。同时,严格控制沥青和集料的加热温度及混合料出料温度,集料升温至290 ℃～320 ℃,沥青加热温度170 ℃～185 ℃。将加热后的集料称重后加入矿粉,干拌15 s使矿粉充分拌和均匀。再加入改性沥青,湿拌90 s,加上沥青延时及放料时间总拌和时间约为120 s。

2.2 GA-10的运输

采用专用浇筑式Cooker升温搅拌运输车进行装运。在Cooker初次进料之前,将其温度预热至130 ℃～140 ℃左右,混合料温度控制在220 ℃～240 ℃,不超过250 ℃,保持对装入Cooker中混合料的搅拌,搅拌时间根据温度控制在4 h～6 h。

2.3 GA-10施工前准备

翔安大桥试验段整体施工环境要求环境温度不低于10 ℃,严禁于下雨天施工。在浇筑式沥青混合料摊铺之前,必须保证黏结层的清洁干燥以及伸缩缝完成安装和保护措施,避免轮胎对伸缩缝的污染。设置专人对Cooker的轮胎进行清洁,确保所有车轮清洁完毕后才能驶入作业面,施工过程中随时保证工作面和车辆轮胎保持干净状态。根据测量组绘制的边线摆放钢模和轨道板,并在钢模表面涂刷隔离剂。

2.4 GA-10的摊铺

施工前确保摊铺机处于良好运行状态并对摊铺机在不小于200 ℃条件下进行预热0.5 h以上。待GA-10混合料在Cooker车内搅拌达到规定时间后进行摊铺,速度约1.5 m/min～2 m/min。

配置专职的放料员进行Cooker车的放料工作,放料时Cooker车距摊铺机熨平板不大于1.5 m。摊铺过程中,用插针法测量实际摊铺厚度,及时调节铺装厚度。作业中观测与侧限间连结情况,不密实时人工做好抹边,以保证GA-10边部平顺、饱满。安排专人负责采用带尖头的工具刺破产生的气泡,使之充分密实,并做好记录。

使用1台林泰阁预拌碎石撒布机,紧跟摊铺机撒布,距离保持约在10 m,预拌碎石撒布量以4 kg/m2,6 kg/m2分段式撒布,粒径为5 mm～10 mm,沉入2/3体积,边侧预留10 cm～15 cm作为下一幅衔接位置。为确保预拌碎石良好嵌入于浇筑式沥青混合料中,当温度达到120 ℃～150 ℃时,采用小型压路机进行碾压。当温度小于100 ℃时,拆除边侧钢模限制,使铺装层冷却,留下一个轮廓清晰的边侧连接[3]。

3 浇筑式沥青混合料GA-10性能检测

3.1 GA-10流动性

浇筑式沥青混合料的施工和易性由流动性进行表征,现场检测结果如表7所示。

表7 浇筑式沥青混合料GA-10流动性现场检测结果

可以看出,在设计油石比和施工温度下,浇筑式沥青混合料GA-10具有良好的流动性。一般来说,温度越高,混合料的流动性越好。同时又要尽量保证施工安全性以及防止混合料由于高温而老化。综合考虑,控制浇筑式沥青混合料的施工温度在225 ℃～240 ℃。

3.2 GA-10高温性能

在静载情况下,浇筑式沥青混合料的高温稳定性由贯入度和贯入度增量表征,项目首次使用全自动贯入度仪(如图2所示)进行试验检测,试验温度60 ℃,检测结果如表8所示。

表8 浇筑式沥青混合料GA-10贯入度试验结果

可以看出,GA-10的60 ℃贯入度及其增量较小,完全满足设计要求,且相比传统浇筑式沥青混合料(贯入度350～380,贯入度增量30～35),其高温性能更为优异[4]。

进一步分析浇筑式沥青混合料的高温稳定性,进行车辙试验,温度60 ℃,结果见表9。

表9 浇筑式沥青混合料GA-10车辙试验结果

翔安大桥GA-10沥青混合料的60 ℃动稳定度达到1 101次/mm,较传统浇筑式沥青混合料大幅提升,验证了特种改性高强度沥青可有效提高浇筑式沥青混合料的高温稳定性。

采用车辙试验评价预拌碎石对浇筑式沥青混合料高温稳定性,温度60 ℃,结果见表10。

表10 预拌碎石浇筑式沥青混合料GA-10车辙试验结果

结果表明,预拌碎石的压入能进一步提高浇筑式沥青混合料的高温稳定性,但是碎石的压入并没能改变混合料的结构类型,因此提高效果也相对有限。

3.3 GA-10低温性能

采用弯曲小梁试验测试浇筑式沥青混合料GA-10的低温弯曲应变,试验温度-10 ℃,加载速度50 mm/min,现场检测结果如表11所示。

表11 浇筑式沥青混合料GA-10低温小梁试验结果

可以看出,浇筑式沥青混合料GA-10的低温弯曲应变超过了3 500 με,大于规范要求的3 000 με,表明高强度改性沥青可有效提高传统浇筑式沥青混合料GA-10低温变形性能。

3.4 GA-10与防水黏结层黏结性能

准备若干30 cm×60 cm的预制钢板,按照现场工艺喷砂除锈、涂布底漆、防水层和黏结层,成型浇筑式沥青混合料GA-10。测试混合料GA-10与防水黏结层的拉拔强度,试验温度25 ℃,测试结果如表12所示。拉拔试验结果表明,GA-10与防水黏结层间的拉拔强度平均值可达1.55 MPa,黏结性能良好,满足设计文件及规范要求[5]。

表12 GA-10与防水黏结层拉拔试验结果

4 结语

通过对试验段混合料生产情况及现场试验检测情况的研究,试验段浇筑式沥青混合料施工工艺良好,配合比设计满足要求,生产质量稳定。同时,高强度改性沥青拌制的浇筑式沥青混合料具备较好的流动性、低温性能和优异的高温性能,与防水黏结层黏结性能良好,满足翔安大桥桥面铺装的使用条件。试验段的成功铺装为翔安大桥主桥的铺装提供了有效的技术支撑,并为相同铺装类型的高温重载钢箱梁铺装工程应用积累了经验。