高弹改性沥青混凝土在钢桥面铺装养护中的应用研究.pdf

2 0 1 4年 4月 石 油 沥 青P E T R O L E U M A S P HA L T 第 2 8卷第 2期 高弹改性沥青混凝土在钢桥面铺装养护 中 的应用研究 卞加 前 ( 江苏省交通科学研究院股份有限公司子公司江苏燕宁新材料科技发展有限公司，南京2 1 1 1 1 2 ) 摘要：钢桥面铺装工程是世界的难点热点，关于如何铺 出经济、实用型的钢桥面，是诸 多科研工作者们悉心研究的课题，更是工程投资者关注的焦点。课题研究推出的高弹改性沥 青混凝土具有普通沥青混凝土的各项性能优点，是环氧沥青混凝土及浇筑沥青混凝土昂贵代 价的替代产品，采用该项技术可改善桥面抗滑性能，提高桥面行车舒适性、安全性 ，是钢桥 面铺装理想的养护技术。主要从润扬大桥钢桥面铺装养护工程中的配合比设计及质量检验等 方面，对高弹沥青混凝土技术进行了阐述，有望在以后钢桥面铺装工程得以借鉴应用。 关键词：钢桥面铺装高弹改性沥青混合料配合比设计质量检验与控制 在大跨径桥梁建设过程 中，钢桥面铺装一直 是困扰大桥建设的难点 问题之一 I 4 J 。自 2 0世 纪 9 0年代起 ，我国在桥梁建设领域 已取得 了举 世瞩 目的成绩。国内 自南京二桥于 2 0 0 1年首次 引进美国环氧沥青铺装技术 以来 ，环氧沥青钢桥 面铺装技术在 国内得到 大量 的推广应用 ，据统 计 ，当前 国内已完工钢桥面环氧沥青铺装面积超 过 8 01 0 m 。但钢桥面环氧沥青铺装层 的造价 昂贵，施工难度较大，又因我国高温、重载、多 雨等恶劣的运载条件 ，不少桥面使用不久就出现 了一定程度的早期病害 ，部分桥 梁通车 35 a 就急需进行养护维修 。个别项 目甚至在通车不久 后钢桥面铺装就发生连续大面积的破损，其病害 主要为开裂、坑槽和脱层等。相关病害的产生降 低 了过往车辆的行车舒适性和安全性 ，导致钢桥 面铺装体系的结构耐久性不足 ，进而加快钢桥结 构体系性能的衰减速度，影响钢箱梁使用 寿 命 一 引。 目前 ，关键是如何解决钢桥面铺装的养护问 题 ，大跨径桥梁通常处于公路 的交通要塞 ，桥面 铺装养护对交通干扰度大，要求尽可能的减少对 交通的影响，如果采用原来的环氧沥青方案对病 害进行维修养护 ，则无法满足这一要求 。为此， 课题结合钢桥面铺装及运载所产生的病害情况进 行了多方案研究 ，采取针对性铺装养护措施 ，如 病害蔓延至钢板 的以国产环氧树脂类材料铺装结 构作为刚性过渡层或原环氧沥青铺装层下部结构 完好情况下作保 留层 ，采用高弹改性沥青混凝土 技术加铺作为表面功能层。实验表明，该技术方 案大大缩短了钢桥面铺装养护工期 ，可快速恢复 交通 ，缓解了养护施工 的交通压力。从 2 0 1 1年、 2 0 1 2年江苏润扬大桥钢桥 面铺装采用 的高 弹改 性沥青混凝土铺装技术养护成果看 ，运行状况 良 好 ，该技术方案对解决 国内钢桥面环氧沥青铺装 养护难题具有非常重要的借鉴意义 J 。 1 高弹改性沥青混凝土 1 1 高弹改性沥青混凝土的级配要求 高弹改 性 沥 青 混凝 土 ( E l a s t o m e r mo d i fi e d a s p h a l t c o n c r e t e )的级配区别于普通沥青混凝土， 近似于 S MA玛蹄脂 沥青 混凝 土 ，为间断级 配， 属于嵌挤密实结构 ，其为粗骨料多、填充料多、 沥青用量多、细集料用量少的粗骨料骨架 间隙组 成一体的沥青混合料。作为表面功能层 ，其抗磨 收稿 日期 ：2 0 1 30 9 0 5 。 作者简介： f加前 ，现就职于 江苏省交通 科学研 究院股 份 有限公司子公 司江苏燕宁新材料科技发展有限公司。 第 2期 卞加前 高弹改性沥青混凝土在钢桥面铺装养护中的应用研究 4 3 耗、抗滑、抗车辙、抗水损害性能优良。混合料 的矿料是采用不同规格的粗细集料和矿粉等掺配 而成的，在钢桥面铺装中根据所需铺装的厚度采 用相应的级配类型混合料，本项 目所研究采用的 E M A一1 3 沥青混合料，其矿料级配如表 1的范 围要求 。 表 1 高弹 改性沥青混合料的矿料级配 要求 注 ：根据现场试验段的研究成果确定的级配范围。 1 2 原材料选择与控制 1 2 1 集料 集料必须选择 耐磨耗 、坚硬、洁净、干燥、 无风化的玄武岩或辉绿岩加工生产而成的，成品 集料必须整洁堆放在仓库中，避免受潮湿或污 染 ，集料规格分别为 9 5一l 3 2 m m、4 7 59 5 m m、 0 2 3 6 n l ln ，集料宜根据现场需要可打包 装袋运输和保存。集料各项性能指标及检验结果 如表 2 、表 3所示，细集料应为机制砂，其中 2 3 6 m m 以下部分 的砂 当量要求不 小于 6 0 ， 宜不小于 7 0 ，小于 0 0 7 5 mm颗粒含量不大于 8 。 表 2 钢桥面铺装集料质量技术要求及检测结果 表 3 钢桥面铺 装集料密度及吸水率检测结果 1 2 2 填料 钢桥面铺装混合料填料，要求选用优质、洁 净、干燥的石灰岩岩石，经破碎加工，采集其不 小于9 5 m m的骨料经磨细而成的矿粉，其技术 要求及检验结果如表 4 。 表 4 矿粉技术要求 石 油 沥 青 2 0 1 4 、 年第 2 8卷 1 2 3 高弹改性沥青 高弹改性沥青与传统 S B S改性沥青 相 比各 项性能更优 ，其为橡胶粉粒与 S B S类改 性剂的 复合产品。该沥青对生产工艺无特殊要求 ，性价 比更高，其技术指标要求及检验结果见表 5 。 1 2 4 技术要求及测试结果 高弹改性沥青混凝土具有更突出的抗高温性 能、抗疲劳性能、抗水损害性能及低温性能等优 点 ，混合料 中无需掺加纤维 ，因沥青黏度较大 ， 试验及施工 中沥青加热温度应为 1 7 51 8 5 o C， 矿料加热温 度 1 9 02 1 0 ，无 特殊要 求 时取 1 8 0 o C作为马歇尔击实温度 。 高弹改性沥青混合料技术指标及其测试结果 见表 6 。 表 5 高弹 改性沥青技术要求 1 3 混合料配合比设计 1 3 1 级配与油石比确定 对所需的矿料进行级配筛分，并计算确定 粗、中、细三组矿料配合比例并绘制级配图，结 果见表 7和级配 1图。 针对三组不 同级配分别采取 5 3 、5 6 、 5 9 、6 2 、6 5 、6 8 、7 1 、7 4 八 组油石比进行马歇尔试验， 检验混合料毛体积密 度 P 、空 隙 率 w 、矿 料 间 隙率 V MA、稳 定 度 W S 、混合料析漏损失试验 m，混合料飞散损失 试验 s 等，如图2 、图 3所示。根据检验结果 分析并结合类似工程沥青混合料 配合 比设 计经 验 ，当油石 比为 6 2 、6 5 、6 8 时混合料 的各项性能均能满足表 6的要求。 第2期 卞加前 高弹改性沥青混凝土在钢桥面铺装养护中的应用研究 4 5 曩 碍 捌 筛4 L ra m 图1 矿料级配图 油石比， 图2 析漏飞散损失试验 - 慧 Z 越 7 e fi 油石比， 图 3 马歇尔试验 裢 蛙 1 3 2 混合料性能验证 a )水稳定性检验 根据确定的级配及油石比进行浸水马歇尔试 验和冻融劈裂试验来检验沥青混合料条件和非条 件的比值。试验表明，高弹改性沥青混合料的水 稳定性 良好 ，试验结果见表 8 。 b )高温稳定性检验 在 ( 6 01 )，( 0 7 0- i- 0 0 5 )MP a 轮碾条 件下进行车辙试验以检验沥青混合料 的高温稳定 性 ，结果如表 9所示 。 表8浸水 马歇尔稳定度试验结果 4 6 石 油 沥 青 2 0 1 4年第 2 8卷 c )低温抗裂性能检验 通过规定温度和加载应力水平条件下弯曲蠕 变的应变速率 ( 试验温度 一 l 0，速率 5 0 r n m m i n ) ，评价高弹改性沥青 昆 合料的抗变形能力， 结果如表 1 O 。 d )混合料渗水系数检验 采用成型的车辙试件进行室内渗水检测 ，试 验结果表明以确定的级配及油石比拌和的高弹改 性沥青混合料压实成型后其密水性能优良。高弹 改性沥青混合料渗水检验结果见表 1 l 。 表 1 0 低温抗裂性能试验 表 l 1 商弹改性沥青混合料渗水检验 1 4 试验段检验与控制 课题于2 0 1 1 年采用高弹改性沥青混凝土铺 装方案，对江苏润扬大桥钢桥面铺装工程的上坡 段 、重载车道进行了养护实施 。即将原铺装结构 层铣刨 3 3 5 c r l l 厚 ，再检查下部结构的完好程 度 ，对病害部位彻底清除并修复至完好结构层同 步平整 ，采用二阶反应型材料作为粘结层 ，然后 加铺高弹改性沥青混凝土方案， 其 目的是提高整 个铺装结构的寿命周期效益。 ( 当环氧沥青铺装 病害仅限于表层或者破损到钢板位置的病害面积 不大的时候，可以考虑采用该方案。如果原铺装 层病害较严重的段落 ，需全部清除至钢板， 在钢 板与表面功能层之间应铺设防水粘结层及刚性过 渡层) 。 在铺装养护过程中，现场随机所采集的样品 进行级配、马歇尔及试验段铺面试验检测，检测 结果表 明高弹改性沥青混合料的性能指标及现场 效果均符合设计要求。试 验结果 如下表 l 2 、表 l 3 。铺装层现场检验结果如表 1 4所示。 表 1 2 现场混合料级配 第 2期 卞加前 高弹改性沥青混凝土在钢桥面铺装养护中的应用研究 4 7 2小结 钢桥面铺装采用高弹改性沥青混凝土铺装方 案 ，其优点突出： 可充分利用原有铺装层 ，且造价较低 ； 一般下层完成后，可快速施工高弹沥青 混凝土冷却，其冷却后即可开放交通 ，交通封闭 时间可降至最短 ； 施工工艺与普通 S M A沥青混凝土基本一 致 ； 集料等原材料 随地可取 ，高弹改性 沥青 可工厂化加工生产 ，操作较方便 ； 高弹改性沥青混合料较 S M A沥青混合料 性能更 优越 ( 水稳定性均大于 9 0 、高温稳定 性达 8 0 0 0 k N以上 、低温极限应 变 3 7 0 0 8以 上，相对 S M A高约2 0 左右) ； 疲劳试验参照 “ 日 本铺装试验遍览 3 B 1 0 8 T试验方法” ，试件尺寸 ：4 0 mm x 4 0 11 1 1 1 X 4 0 0 m m，试验温度为 1 5 ，加载频率为 5 H z ， 控制应变为 ：4 0 0 ix e 。同条件下 的四点弯 曲疲 劳寿命均达到 1 0 0 x 1 0 次以上 。 通过对高弹改性沥青混凝土的相关性能试验 及润扬大桥钢桥 面养护试验段铺装技术的研究， 从试验段调查研究表明，使用至今状况良好 ，现 场未出现车辙、推移等病害，提高了行车舒适 性 ，保 障了交通安全 ，同时可显著提高社会效益 和经济效益，可高效解决国内钢桥面铺装养护的 难题，具有较高的推广应用价值。 参考文献 1 李铁山橡胶沥青高粘高弹改性沥青在 O G F C公 路 中的应 用 公路 交通科技 ， 2 0 1 2 ， ( 3 ) ： 1 0 41 0 6 2 孔宪明，王陆 废胶粉改性沥青昀应用实践 新 型建筑材料 ，2 0 0 1 ，I 1 ： 3 2 3 3 石 油 沥 青 2 0 1 4年第 2 8卷 3 4 5 6 7 8 9 1 0 吴胜 东，黄 卫钢桥 面铺装一 润扬 长江公路 大桥 建设 ( 第五册) M北京：人民交通出版社， 2 0 o 6 润扬长i 工 - 公路 大桥 建设指挥部 ，东南 大学 润 扬 长江公路大桥钢桥面铺装技术研究报告 R 南 京：东南大学，2 0 0 5 润扬长江公路大桥建设指挥部 润扬长江公路大 桥试验桥钢桥面铺装研究 R南京：润扬长江 公路大桥建设指挥部 ，2 0 0 4 南京长江第二大桥建设指挥部，东南大学 南京 长江第二大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装技术及 应用 R南京：东南大学，2 0 0 0 江苏省崇启大桥建设现场指挥部 ，江苏省交通科 学研究院 崇启大桥 多孔大跨径连续钢箱梁桥面 铺装体系研究 R南京：江苏省交通科学研究 院 2 01 1 江苏润扬大桥发展责任有限公司，江苏省交通科 学研究院 2 0 1 2年润扬大桥钢桥面铺装养护工程 施工图设计 Q南京：江苏省交通科 学研 究 院 2 0 l 2 江苏润扬大桥发展责任有限公司，江苏省交通科 学研究院 江苏大跨径钢桥环氧沥青铺装养护技 术研究报告 ( 2 0 1 0 Y 3 8 )南京：江苏省交通科学 研 究 院 ，2 01 2 江苏省长江公路大桥建设指挥部 ，东南大学江 阴长江公路大桥钢桥面浇注式沥青混凝土铺装研 究 ( 桥面铺装材料与结构研究技术报告) R 南京 ：东南大 学，2 0 0 0 1 1 李洪涛，黄卫 润扬大桥钢桥 面铺装实桥试验研 究 J 公路交通科技，2 0 0 6 ，( 4 ) 1 2 陈先华，黄卫等 大跨径钢箱梁桥面铺装 沥青混 合料设计方法的思考 J 公路， 2 0 0 4 ， 8 ： 3 4 3 8 1 3 李智，钱振东典型钢桥面铺装结构的病 害分类 分析 J 2 0 0 6 ，4( 2 ) ：1 l 01 1 5 1 4 郝增恒，张 肖宁 高弹改性沥青混合料在钢桥面 铺装中的应用研究 公路交通科技，2 0 0 9 ，0 4 1 5 宗海 环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害修复技术 研究 D南京：东南大学，2 0 0 5 1 6 董诚春 胶粉改性沥青的生产及其在公路建设 中 的应用 J 公路交通技术，2 0 0 3 ， ( 3 ) ：3 9 45 1 7 朱建民高速公路沥青路面使用性能评价方法探 讨 J 公路工程与运输，2 0 0 4 ，( 7 ) ：3 33 6 1 8 J T G F 4 0 -2 0 0 4 ，公路沥青路面施工技术规范 1 9 J T G E 2 0 唧2 0 l 1 ，公路工程沥青及沥青混合料试验 规 程 2 0 J T G E 4 0 -2 0 0 5，公路工程集料试验规程 2 1 多田宏行 桥面铺装的设计与施工 M日本： 鹿岛出版会，1 9 9 3 ：1 01 8 Ap p l i c a t i o n Re s e a r c h o n El a s t o m e r M o d i fie d As p h a l t Co n c r e t e i n S t e e l Br i d g e De c k Pa v e me n t M a i n t e n a n c e Bi a n J i a q i a n ( 肋 n g s u T r a nsp o n a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e C o L t d ， N a n fi n g 2 1 1 1 1 2 ) Ab s t r a c t ：Th e s t e e l b rid g e d e c k p a v e me n t e n g i n e e r i n g i s t h e wo r l ds Di ffic u l t i e s a nd h o t s p o t s Ho w t o s p r e a d o u t t h e e c o n o m i c a n d p r a c t i c a l m o d e l o f s t e e l b ri d g e d e c k i s a c a r e f u l r e s e arc h s u b j e c t f o r ma n y s c i e n t i f - i c r e s e a r c h w o r k e r s a n d i s t h e f o c u s o f a t t e n t i o n o f e n g i n e e r i n g i n v e s t o r s T h r o u g h s u b j e c t r e s e a r c h ， t h e e l a s t o me t mo di f i e d a s p h a l t c o n c r e t e h a d a d v a n t a g e s o f v a rio u s p r o p e r t i e s o f c o mmo n a s p h a l t c o n c r e t e a n d wa s r e p l a c e d p r o d u c t s o f c o s t l y e p o x y a s ph a l t c o n c r e t e a n d a s p h a l t c o n c r e t e Th e t e c h n o l o g y c o u l d i mpr o v e t h e b r i d g e d e c k a n t is l i d i n g p e r f o r ma n c e，i n c r e a s e t he c o mf o r t o f b rid g e driv i n g，s e c u rit y a n d wa s e ffic i e n t s t e e l b r i d g e d e c k p a v e me n t ma i n t e n a n c e t e c h n o l o g y T h e h i g h e l a s t i c a s p h a l t c o n c r e t e t e c h n o l o gy wa s e x p o u n d e d f r o m mi x t u r e r a t i o d e s i g n a n d qu a l i t y i n s p e c t i o n，e t c i n t h e s t e e l b rid g e d e c k p a v e me n t ma i n t e n a n c e e n g i n e e rin g o f Ru- n y a n g b rid g e T h e t e c h n o l o gy w a s u s e d for r e f e r e n c e t o t h e s t e e l b ri d g e d e c k p a v e me n t e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n l a t e r Ke y wor d s： s t e e l de c k pa v e me n t ； e l a s t o me r mo d i fie d a s p h a l t ； mi x t u r e r a t i o d e s i gn ； qu a l i t y i n s p e c t i o n a n d c 0 n t r o l