钢桥面浇注式沥青混凝土设计体系研究

万涛涛　吴年超

摘 要：从浇注式沥青混凝土的材料组成设计以及施工性能评价方法出发，全面系统地研究了钢桥面浇注式沥青混凝土铺装技术，通过对比分析国内外浇注式沥青混凝土设计及应用经验，提出了较为适合中国的浇注式沥青混凝土设计体系，具有一定参考意义。

关键词：钢桥面铺装；浇注式沥青混凝土；级配研究；设计体系

中图分类号：U443.3 文献标志码：B

0 引 言

浇注式桥面铺装材料主要指采用了浇注式沥青混凝土作为主体铺装层材料的铺装结构，如单、双层浇注式沥青混凝土，浇注式沥青混凝土作为铺装下层（保护层）、铺装面层采用SMA改性沥青、密级配沥青混凝土等。目前，浇注式混凝土方案主要可以分为两类，即高温拌和式浇注式沥青混合料（Guss Asphalt，以下简称GA）和沥青玛蹄脂混合料（Mastic Asphalt，以下简称MA）。

1 浇注式沥青混凝土级配研究

1.1 GA沥青混凝土级配

中国《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》在参考国外浇注式沥青混凝土级配设计理论的同时，根据中国的具体实际情况，制定了中国浇注式沥青混凝土GA的级配上下限，如表1所示。

1.2 MA沥青混凝土级配

世界上MA应用最多的国家是英国，参考英国规范BS 1447：1988中的规定，沥青玛蹄脂的级配应当根据不同的应用条件按照表2及表3的组成进行设计。

2 浇注式沥青混凝土原材料技术指标研究

浇注式沥青混凝土GA和MA一般可以分为胶结料、矿料及填料三个主要组成部分。其中GA采用的沥青胶结料主要分为三类：硬质沥青、天然沥青复配基质沥青或改性沥青、聚合物改性沥青；MA沥青胶结料采用普通沥青与天然湖沥青掺配而成的硬质沥青，其中湖沥青掺量较高[1]。

2.1 浇注式沥青混凝土胶结料技术指标

桥面铺装工程中，英国标准采用普通石油沥青与特立尼达湖沥青（TLA）掺配而成硬质沥青。TLA掺量较高，一般为50%～70%（质量份数）。英国标准BS1447：1988规定的MA用沥青结合料技术指标如表4所示。

2.2 浇注式沥青混凝土集料技术指标

根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》和英国标准BS1447：1988的要求，浇注式沥青混凝土对所使用的粗集料材质没有特殊要求，细集料要求为石灰岩。根据国内大量研究表明岩性较硬的粗集料对混合料的抗车辙能力有利。 因此建议集料选择遵照中国《沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）的相关要求，然后根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）的试验方法[2]进行试验检测。

在浇注式沥青混凝土中，矿粉的用量很大，为沥青用量的25～4倍，矿粉应为磨制的天然石粉，即石灰石粉。矿粉在MA混合料中起到至关重要的作用，沥青吸附在矿粉表面形成沥青薄膜，对MA混合料的性能有着直接的影响。因此要求矿粉与沥青应具有良好的粘附性；同时矿粉的细度也应符合要求，颗粒粒径小于0075 mm的质量分额至少要达80%。

3 浇注式沥青混凝土设计指标研究

浇注式沥青混凝土在中国应用过程中还没有形成系统的路用性能评价方法和指标，如一般采用贯入度和贯入度增量来评价GA的高温性能，用流动度来评价其施工和易性；而MA在英国的应用过程中是通过硬度值、马歇尔稳定度及流值来评价其高温性能的。

3.1 浇注式沥青混凝土流动性评价方法

英国标准BS1447：1988并没有针对MA混合料的流动性提出相关要求，但考虑到MA属于浇注式沥青混凝土，其自流成型的特点与GA相同，在配合比设计过程中应增加流动性试验，用于评价浇注式沥青混凝土的工作和易性。如果流动性差则无法施工；而流动性太高，混合料可能发生离析并且无法获得所需的坡度；并且一般流动性太高时，混合料的沥青含量较大，混合料的热稳性比较差。按照中国《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》规定，流动度在240 ℃条件下要小于20 s[3]。中国对浇注式沥青混凝土的流动性测试采用流埃尔流动性试验方法。

3.2 浇注式沥青混凝土高温性能评价方法

综合《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》中的贯入度试验、英国标准BS1447：1988中要求的硬度值试验、马歇尔稳定度试验和车辙试验作为浇注式沥青混凝土的高温性能评价方法，其详细试验方法如下。

3.2.1 贯入度及贯入度增量试验

在德国，标准要求利用“贯入度及贯入度增量试验”来评价浇注式沥青混凝土的力学性能，而日本标准只有贯入度的要求，没有增量的要求。德国标准要求试件的试验温度为40 ℃，考虑到中国的实际气候情况，一般采用60 ℃作为试验的温度，其执行的技术标准为贯入度1～4 mm，贯入度增量小于04 mm。通过贯入度的测定来评价高温时浇注式沥青混合料的稳定性、配合比设计及品质管理，以上试验方法参考《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》。

3.2.2 硬度值试验

采用硬度值试验及马歇尔试验来作为评价MA沥青混凝土的高温抗变形能力，其中硬度值试验装置如图1所示。

图1 硬度值试验装置

采用上述装置，按英国规范进行硬度值试验，试验方法为：一般硬度值试验采用圆柱体试件，直径不小于100 mm，高度不小于25 mm。本试验采用Φ101.6 mm×100 mm的试件试模，试验温度为25 ℃，硬度值读数采用311 N的重力在直径635 mm的圆形接触面积上稳压60 s的贯入深度[4]。中国香港地区在引进MA技术的同时，考虑到中国气候环境及交通量的不同，对MA硬度值试验技术及指标进行了一定程度的改进，其修改内容主要体现在：将试验温度调整为35 ℃，试验试件采用参加粗骨料的MA混合料进行，这与英国要求的采用沥青砂浆进行试验有所不同；技术指标控制由英国标准的H型的沥青玛蹄脂硬度值15～25 mm，调整为10～20mm。endprint

3.2.3 马歇尔稳定度及流值试验

英国采用马歇尔稳定度试验作为浇注式沥青混凝土MA路用高温性能的评价方法，试验时分别记录试件流值为5 mm和15 mm时的稳定度，其马歇尔稳定度应满足：流值为5 mm时，马歇尔稳定度不小于4 kN；流值为15 mm时，马歇尔稳定度不小于8 kN。从恒温水槽中取出试件至测出最大荷载值的时间不得超过40 s。

3.2.4 车辙试验

浇注式沥青混凝土在欧洲的应用过程中，其高温性能并不是主要路用性能控制指标，这与欧洲国家的气候条件有直接关系，英国四季寒暑变化不大，夏季平均气温在13 ℃～17 ℃之间，最高气温不超过32 ℃，德国夏季平均气温也只有21 ℃。而日本，由于其夏季平均气温达到26 ℃，比欧洲地区气温高就要求浇注式沥青混凝土增加车辙试验以评价其抗车辙能力。中国的华南地区气候条件接近日本，夏季平均气温在30 ℃以上，因此建议增加车辙试验来评价浇注式沥青混凝土高温抗车辙性能。

3.3 浇注式沥青混凝土低温性能评价方法

在级配设计过程中，应尽量提高浇注式沥青混凝土的高温性能及施工和易性，但是提高高温性能必将导致低温性能的下降，所以浇注式沥青混凝土应用于实际桥面铺装过程中，还应考虑浇注式沥青混凝土的低温性能。因此在级配设计完成后应进行浇注式沥青混凝土的路用性能试验。其具体试验方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011 T0719）。

3.4 浇注式沥青混凝土性能评价指标

综合考虑上述不同性能评价方法，兼顾中国现有关于浇注式沥青混凝土设计技术指标，建议浇注式沥青混凝土级配设计主要技术控制指标如表5所示。

4 结 语

通过对不同国家浇注式沥青混凝土级配设计的比较，得到浇注式沥青混凝土的级配设计不能生搬硬套标准，应该根据中国实际气候条件及交通荷载情况进行浇注式沥青混凝土的级配设计。建议采用流动度试验、硬度值试验和贯入度试验结果作为浇注式沥青混凝土的设计控制指标；采用马歇尔试验、车辙试验及小梁弯曲试验结果作为浇注式沥青混凝土路用性能的评价指标。

参考文献：

[1] 港珠澳大桥钢桥面铺装预研究报告[R].广州：华南理工大学，2011.

[2] JTG E42—2005，公路工程集料试验规程[S].

[3] 重庆交通科研设计院. 公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[M]. 北京：人民交通出版社，2006.

[责任编辑：杜敏浩]endprint