浇筑式沥青混凝土铺装技术的应用研究

2019-06-05 版权声明 举报文章

【摘要】浇筑式沥青混凝土相比于普通的碾压式沥青混凝土具有防水、易操作、抗老化等特点,但是操作工艺复杂且严格,其中浇筑式沥青混凝土钢桥面铺装技术甚至是国际上的难题,故其复杂性可见一般。

【关键词】浇筑式;沥青混凝土;铺装技术

中图分类号:U416.217 文献标识码:A 文章编号:

前言

文章详细介绍了浇筑式沥青混凝土铺装技术的现状,并对其性能优势和施工工艺做了详细的叙述,通过对其分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对浇筑式沥青混凝土铺装技术在钢桥面中的应用进行了深入探讨。

二、国内浇筑式沥青混凝土铺装技术研究及应用情况

浇筑式沥青混凝土(含英国的沥青玛蹄脂混凝土)在20世纪90年代初就引入我国香港,最早应用在香港的青马大桥和台湾的高屏溪大桥、新东大桥、大直桥等工程,到目前为止,使用情况良好。该铺装技术引入大陆的时间较晚,最早应用的工程是1999年通车的江阴长江大桥,采用与香港青马大桥相同的方案——英国的“浇筑式沥青混凝土”。由于当时对我国的交通气候条件考虑不充分,在交通开放的次年即出现了严重的车辙破坏。浇筑式沥青混凝土铺装技术真正在内陆应用的工程是重庆渝合高速公路隧道路面。

在浇筑式沥青混凝土铺装技术引入国内之后,重庆交通科研设计院、同济大学、东南大学、哈尔滨理工大学等科研院所对浇筑式沥青混凝土铺装技术作了比较深入、全面的研究。2006年交通部发行的《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》(交工编字〔2006〕274号),详细列出了不同使用条件下浇筑式沥青混凝土性能技术指标及施工要求,填补了国内桥面铺装设计与施工的空白,为我国钢箱梁桥桥面铺装的设计与施工提供了技术指导。

国内专家在对浇筑式沥青混凝土及其铺装结构研究的同时,根据最新的研究成果,在国内的一系列工程中应用。截至目前为止,内陆浇筑式沥青混凝土应用工程40余项,铺装面积超过120万平方米(江阴大桥不计)。如2002年通车的渝合高速公路,2003年通车的山东胜利黄河大桥,2003年通车的江阴长江大桥等,均未出现大面积维修。在浇筑式沥青混凝土铺装在国内应用过程中,一些项目的成功实施,对推动浇筑式沥青混凝土铺装技术在国内的应用具有重要意义。重庆渝合高速公路北碚隧道、西山坪隧道路面铺装下层采用了浇筑式沥青混凝土铺装结构,首次在内陆工程中应用,开启了浇筑式沥青混凝土在内陆工程应用的先河。

三、浇筑式沥青混凝土铺装的性能优势

浇筑式沥青混凝土所具有的结构特点,决定了其除了拥有沥青混凝土的性能之外,还具有不同于普通碾压沥青混凝土的特性,而这些性能优势恰恰适应了桥面铺装等一些特殊铺装工程的使用要求。相对于普通沥青混凝土,浇筑式沥青混凝土铺装具有以下特点。

1.密水性好

浇筑式沥青混凝土的空隙率接近于0,所铺筑的浇筑式沥青混凝土结构层是不透水的,这是其它碾压式沥青混凝土所无法相比的。在很多工程中,将浇筑式沥青混凝土直接作为防水层应用,或作为防水结构体系的一部分。

2.耐久性优

浇筑式沥青混凝土具有接近0的空隙率,即使内部有微小的空隙,也是封闭不连通的。在这种结构层中,水分无法渗入,水气也无从透入,这就避免了沥青混凝土在使用过程中由于接触空(水)气而容易老化、脆化,性能衰变,因而其耐久性比较优秀。

3.疲劳抗裂性能和随从变形能力好

浇筑式沥青混凝土具有较高的沥青含量,使得铺装层在气候和交通条件作用下,具有很好的柔韧性,可以适应反复弯曲变形和与结构层的同步变形,而不会出现开裂等破坏现象。

4.整体性强

浇筑式沥青混凝土施工采用浇筑自流成型的摊铺工艺,铺装层除了具有一定的竖向抗变形能力之外,在横向水平面内具有较强的结合力,确保了铺装层的整体性。

5.不会出现由于碾压所带来的病害

浇筑式沥青混凝土成型和强度,在温度冷却之后自然形成,无须碾压。这样避免许多由于摊铺碾压所埋下的质量隐患,如温度离析、骨料离析等。除此之外,浇筑式沥青混凝土还具有很多普通碾压沥青混凝土不具有的适用性。例如,在一些特殊路段,只能采用浇筑式沥青混凝土结构,如人行道、中央分割带,等等,这些区域都无法采用机械碾压。

四、浇筑式沥青混凝土施工工艺

1浇筑式沥青混合料配合比设计

(一)原料

胶结料。浇筑式沥青混合料中的沥青含量比较高,通常高达8%。沥青的品质对浇筑式沥青混合料的性能指标评定有着非常重要的影响,德国通常采用B45级和B25级沥青掺配一定比例的天然沥青为胶结料,掺配天然沥青比例一般为15%~35%。日本常采用AH-30号沥青作为基质沥青,按7∶3的比例掺配湖沥青作为胶结料。在我国,一般采用均相橡胶沥青掺入聚合物改性而成的改性沥青作为胶结料。

集料。集料应按照JTGF40-2004公路沥青路面施工技术,规范的要求,应使用坚硬致密的,耐磨的,具有良好的颗粒形状,及与结合料有良好的粘结性能的石料,其中粗骨料表面应具有粗糙的质感。浇筑式沥青混合料中允许使用天然砂,但天然砂和机制砂使用的质量比比例不应超过2∶1。

矿质填料。一般选用的矿质填料为小于0.075mm的石灰石矿粉,并符合JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范的要求。浇筑式沥青混合料中矿粉的用量一般约为25%,是沥青用量的2.5倍~4倍。矿粉的质量在一定程度上影响着混合料的质量,由于浇筑式沥青混合料生产时需要在相对比较高的温度下,所以矿粉必须被加热后才能使用。

(二)配合比设计方法

设计指标。浇筑式沥青混合料和普通沥青混合料的性能有所区别,所以浇筑式沥青混合料的配合比设计不同于普通的配合比设计那样通过马歇尔设计法或者贝雷设计法,它主要依靠刘埃尔流动性实验、贯入度和贯入度增量实验的实验值为设计目标,通过低温弯曲实验等进行配合比评价。

级配的选择。浇筑式沥青混合料最大公称粒径一般为13.2mm,以2.36mm通过率为关键筛孔。混合料中粗骨料含量大约为25%,细集料含量大约为50%,填料含量大约为25%。由于我国幅员辽阔,各地天气状况差异巨大,不能简单的套用德国或者日本的浇筑式沥青混凝土级配。应参考德国和日本相关的技术指标然后结合当地的实际情况确定级配的选择范围。

确定初始混合料配合比。对集料进行筛分,检测集料的毛体积密度,对沥青进行性能检测,根据德国和日本的相关技术指标和国内的一些应用经验,以石料的筛分结果为参照,围绕2.36mm通过率的异同制定出三种或者三种以上的级配。

确定最佳混合料配合比。将三种初始混合料配合比,采用改性沥青制备浇筑式沥青混凝土,并通过低温弯曲实验等结合当地相关气候条件、交通条件等因素确定出最佳混合料配合比。

2.浇注式沥青混合料的拌和

每一阶段浇注式沥青混合料拌合前,均需对拌合楼进行彻底的检修与维护。避免发生导热油渗漏、沥青泵停机、矿粉掺加速度慢及掺加量不够等问题。同时对所有计量设备进行检查。应对轴承加高温润滑油,而且在拌和楼运转12小时后,必须再一次。在生产前应保证运料小车、混合料储罐的干净,并涂刷一层隔离剂,隔离剂可采用柴油、洗衣粉与水混合。由于浇注式沥青混合料所用的沥青粘度大,而且沥青含量比较高,混合料容易粘附在设备上,每次生产完毕后,待设备还没完全冷却时,应对粘附的混合料进行及时清理,否则,在第二次生产前将很难清理掉。

3.运输

从拌合楼生产出来的浇注式沥青混合料还需不断搅拌和加温,因此,浇注式沥青混合料使用专门的运输设备(国外称为Cooker)。Cooker主要构成有三部分:沥青混凝土搅拌系统、沥青混合料加热系统以及沥青混合料储罐。

在施工前,应针对性地对Cooker的搅拌和加热系统进行仔细检查,避免Cooker装入混合料后,发生故障,致使混合料滞留在Cooker的罐中。Cooker的加热方式可分为气和油两种,施工前应确保Cooker中油或气充足。在Cooker初次进料之前,应将其温度预热至160℃左右,装入Cooker中的混合料应保持不停的搅拌,同时应将Cooker的温度设置在240℃~250℃之间,让混合料温度加热至240℃~260℃。

应尽量避免浇注式沥青混合料在高温的Cooker车中停留太长时间,总的等待时间不能超过12小时,但在Cooker中的搅拌时间至少应在40分钟以上。

4.摊铺

因为浇注式是自流成型无须碾压的沥青混合料,故此,浇注式沥青混凝土的摊铺使用浇注式专用摊铺机。摊铺机主要由三部分组成:自行牵引系统、混合料摊铺系统以及前置的布料系统。在施工前应根据桥面铺装总宽度以及摊铺机的额定宽度,确定浇注式沥青混凝土合理的每一幅摊铺宽度,并由此拼装摊铺机宽度。应对摊铺机进行检查。检查主要有三方面:摊铺机发电和动力系统,摊铺机的液压系统、整平板的加热系统,在确保摊铺机处于正常工作状态后,方可进行混合料的拌合生产。在进行混合料的摊铺前,应提前30分钟对摊铺机进行预热,预热温度应达到160℃~200℃。运至现场的浇注式沥青混合料应对其温度进行测量,符合设计要求后,方可摊铺。

五、浇筑式沥青混凝土铺装技术在钢桥面中的应用

1.钢桥面铺装的优势

钢桥面沥青混凝土铺装具有一般沥青面层和水泥混凝土沥青桥面所没有的特点.它不具备混凝土桥钢混结合梁桥桥面那样的刚性底板支撑,也不具备道路的路基和基层结构的坚实支撑.钢桥面沥青铺装处于随时都在变形的基础上,钢桥面表面光滑很难与铺装层结成整体,易造成桥面铺装层滑动推移,大跨径钢桥本身的变形、位移、振动都直接影响沥青铺装层的应力、应变动态。季节性温度变化明显影响铺装层的变形,钢材导热系数要比混凝土等其它材料大,因此极端高温及极端低温的影响更为严重和复杂。

2.钢桥面铺装技术方案的比较

钢桥面铺装技术在美国、英国、国及日本等国家已有多年的研究历史。在国内,从1995年开始将该技术作为一项课题进行研究,至今已有18年,钢桥面铺装技术研究是一项世界性难题的攻关研究工作,使用条件异常严酷,其高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢板变形的追从性、层间粘接及完善的防排水体系等均有极高的要求。根据钢桥面铺装的特点,现在国际上采用的比较普遍的铺装方式有双层沥青玛蹄脂碎石,环氧沥青混凝土,浇注式沥青混凝土。这种材料都考虑了钢桥面与沥青铺装层之间的特殊性,但材料之间存有差异。

沥青玛蹄脂碎石是一种密实结构的沥青混凝土。沥青玛蹄脂碎石与普通沥青混凝土相比具有较好的高温稳定性、耐久性、温抗裂性和抗滑性,但还留有3%~5%的空隙率,故在使用过程中应做好桥面排水工作。我国曾在厦门的海沧大桥使用,武汉军山长江公路大桥也采用了双层345铺装形式。环氧沥青混凝土是在沥青中加入环氧树脂,并经过固化反应,使沥青性质由热塑性转为热固性,从而使该材料具有很多优良的性能,环氧沥青混凝土具有很高的强度,其马歇尔稳定度是一般沥青混凝土的3~5倍,还有很好的耐疲劳性能、良好的耐腐蚀性,但对水极为敏感,抗滑性能较差,养护期较长。南京长江二桥、天津大沽桥钢桥面铺装施工采用了这种形式。

浇注式沥青混凝土属于悬浮式密实型结构的沥青混凝土$混合料具有细集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高等特点,在混合料中骨料是处于悬浮状态,而且由于内部空隙率不连续,因此形成了浇注式沥青混凝土不透水、耐冻融、耐油和抗老化的特点,同时,因沥青混凝土变形能力强,与钢桥面变形有很好的随从性,整体性优良,具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能$它的特点是在施工温度条件下,沥青混合料有一定的流动性,只需要使用摊铺机施工,不需要碾压就可达到规定的密实度和平整度、浇注式沥青混凝土用作桥面铺装通常有两种形式,一种是以英国为代表的单层浇注式沥青混凝土,上层采用沥青玛蹄脂碎石混合料,江阴长江公路大桥钢桥面、山东胜利黄河大桥均采用了此种铺装形式。另一种是以日本为代表的下层采用浇注式沥青混凝土,南京长江四桥采用了此种铺装形式。

结束语

浇筑式沥青混凝土虽然柔韧性、防水性、粘联性等比较好,但是对于施工方面的要求却很严格,需要施工人员在施工过程中仔细对待才行。

参考文献:

[1]李洪涛. 大跨径悬索桥新型桥面铺装结构研究[J].东南大学学报,2006.

[2]陈仕周,邓学钧,吴光蓉等.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[J]. 重庆: 重庆交通科研设计院,2010.

[3]樊叶华,黄卫.大跨径钢桥面浇注式沥青混凝土铺装应用研究[J]. 交通运输工程与信息学,2006( 10)

[4]韩道均,陈仕周.钢桥面铺装技术的研究、实施与总结[J].公路,2001( 7)

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