曹興松，楊曉強(qiáng)，段寶東，劉世雄

（1重慶對(duì)外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶401112；2公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心，北京100088；3江蘇交通控股有限公司，江蘇宿遷21002）

地毯式瀝青混合料結(jié)構(gòu)在小西沖大坡度彎道鋼橋的創(chuàng)新研究

曹興松1，楊曉強(qiáng)2，段寶東3，劉世雄1

（1重慶對(duì)外建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶401112；2公路創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心，北京100088；3江蘇交通控股有限公司，江蘇宿遷21002）

可卷曲和延展性瀝青混合料結(jié)構(gòu)在安徽小西沖大坡度彎道鋼橋的首次應(yīng)用研究，地毯式瀝青混合料創(chuàng)新了鋼橋面的鋪筑結(jié)構(gòu)類型?；旌狭暇哂休^高的耐疲勞性、反復(fù)彎曲應(yīng)變性、抗高溫變形和抗低溫抗裂的復(fù)合性能。通過室內(nèi)混合料的理論行為研究與現(xiàn)場(chǎng)鋪筑工藝行為特征的演變過程，對(duì)今后特殊鋼橋面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類型奠定了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

地毯式瀝青；材料結(jié)構(gòu)；特種鋼橋面；創(chuàng)新研究

0　引言

安徽省合肥市京臺(tái)高速公路與合肥繞城高速公路轉(zhuǎn)換的小西沖樞紐D匝道鋼橋，設(shè)計(jì)為三聯(lián)35m+43m+43m+35m鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩，鋼箱梁橋面板厚度為14mm，頂板采用U形肋，設(shè)置了橫隔板，厚度為12mm。橫坡為4%，縱坡極值從+2.43%到-3.54%，組合坡度約5.3%～7.8%，在重載車輛多與平、縱、橫坡度組合下，鋼橋面受力工況復(fù)雜。

原橋面設(shè)計(jì)40mm的高粘度瀝青黏結(jié)層+高粘度改性瀝青SMA路面結(jié)構(gòu)鋪裝。2008年通車不久即發(fā)生較嚴(yán)重?fù)p壞。局部路面脫落導(dǎo)致車輛直接作用在鋼板上，每次修復(fù)后很快再次發(fā)生損壞，基本處于不可治愈的程度，建設(shè)單位已制定拆除重新修建的預(yù)案。損壞形式為推移和擁包、層間脫離和混合料松散。

地毯瀝青路面（Carpet asphalt pavement）是最早由荷蘭代爾夫特大學(xué)提出的概念。主要通過高聚合物瀝青、連續(xù)纖維穩(wěn)定劑和導(dǎo)熱金屬源等優(yōu)化組合的瀝青混合料。具備較高的反復(fù)彎曲變形、裂紋恢復(fù)和快速再生等綜合能力。簡稱CA?？深A(yù)制成卷曲的實(shí)體路面成品，也可將可卷曲的混合料設(shè)計(jì)技術(shù)用于現(xiàn)場(chǎng)施工成型。

該項(xiàng)目在大量室內(nèi)研究成果的基礎(chǔ)上，將地毯式瀝青混合料技術(shù)體系應(yīng)用在小西沖大坡度、彎橋和減速路段的鋼橋面鋪裝，為特殊條件下的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)提高可靠的實(shí)體應(yīng)用基礎(chǔ)，為我國創(chuàng)新了復(fù)雜體系下的鋼橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)。

1　總體設(shè)計(jì)方案

小西沖鋼橋的面板厚度偏薄，鋼橋面入口為長上坡路段，重載車輛需要加速?zèng)_坡，到達(dá)坡頂時(shí)，馬上進(jìn)入彎道和鋼橋路段，重載車輛連續(xù)在鋼橋面上剎車減速，鋼橋面受到側(cè)向和縱向的剪切和共振的作用。加之，鋼橋的鋼面板豎向柔度較大，形成層底拉應(yīng)變的疲勞開裂，橫隔板和縱隔板與鋼面板焊接部位將受到負(fù)彎矩的拉應(yīng)變疲勞裂紋［1］。

小西沖鋼橋面預(yù)防性病害設(shè)計(jì)主要解決以下幾點(diǎn)。

（1）鋼面板與瀝青混合料的剪應(yīng)力和震動(dòng)的層間粘結(jié)疲勞性

該項(xiàng)目鋼面板采用噴砂打毛，粗糙度達(dá)到Sa2.5，噴灑0.4kg/m2的特種改性環(huán)氧樹脂，特種改性環(huán)氧樹脂具備高抗拉性能，高抗剪強(qiáng)度，高抗變形性能，且具備在鋪裝上層瀝青混合料時(shí)，受熱二次軟化和固化能力，提高鋼板與上層混合料的黏附能力。在剛噴灑的作業(yè)面撒布2.36～4.75mm集料，撒布量為滿鋪率50%～70%作為層間剪力碎石釘，提高因減速造成的剪切破壞。

（2）下面層層底拉應(yīng)變

考慮項(xiàng)目的鋼板厚度14mm偏薄，下面層層底拉應(yīng)變與正常路面的層底拉應(yīng)變?cè)黾哟蠹s1.5～3.0倍。常規(guī)改性瀝青體系無法達(dá)到預(yù)防，結(jié)合應(yīng)力防水黏結(jié)層的特種改性材料的特點(diǎn)，對(duì)下面層CA-10混合料材料采用特種改性環(huán)氧樹脂與SBS改性相結(jié)合的復(fù)合改性瀝青混合料。提高路面抵抗豎向變形能力，通過高柔性環(huán)氧樹脂提高層底拉應(yīng)變的延展變形性能，最佳油石比7.5%?？紤]到粗集料粒徑大小對(duì)荷載應(yīng)力的分散影響，又得考慮下面層的二次防水功能，該次CA-10配合比級(jí)配為下細(xì)上粗的特點(diǎn)。

（3）下面層與表面層的層間粘結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)層間荷載傳遞的連續(xù)性，原設(shè)計(jì)采用雙層攤鋪機(jī)工藝，因橋面工程量太少，調(diào)動(dòng)一臺(tái)雙層攤鋪機(jī)的成本和周期困難，調(diào)整為“冷+熱”的工藝組合，并在層間采用具備二次加熱固化的特種改性環(huán)氧樹脂材料。

（4）表面層的負(fù)彎矩拉應(yīng)變

橫隔板和縱隔板與鋼面板焊接部位將受到負(fù)彎矩的拉應(yīng)變影響，項(xiàng)目采用高聚合物改性瀝青體系下的地毯式路面技術(shù)，初定改性瀝青聚合物含量為12%，試拌過程臨時(shí)調(diào)整為聚合物含量15%，高聚合物改性采用“直投式”拌和改性體系。鋼橋面鋪裝總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1　小西沖大坡度彎道鋼橋設(shè)計(jì)

2　應(yīng)力防水黏結(jié)層

舊橋面的瀝青混凝土脫層嚴(yán)重，清理相對(duì)簡單。局部車輛未荷載的邊緣防水黏結(jié)層保持較好，過程中使用人工鏟除和明火加熱等組合工藝清除。

兩臺(tái)美國佰銳泰拋丸除銹刻紋，表面粗糙度達(dá)到60～100μm。為避免空氣中的水分與噴砂打毛完成后的鋼板發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)邊打毛邊清潔邊涂刷特種環(huán)氧樹脂，隨后立刻撒布2.36～4.75mm剪力碎石釘。拋丸作業(yè)環(huán)境應(yīng)滿足表1的要求。

表1　噴砂打毛作業(yè)環(huán)境要求

項(xiàng)目特種改性環(huán)氧樹脂材料應(yīng)滿足表2的要求。

表2　特種改性環(huán)氧樹脂材料檢測(cè)結(jié)果

3　地毯式瀝青混合料原材料

項(xiàng)目粗集料采用專用精加工的0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm，壓碎值2.7%，針片狀小于1.8%，軟石含量0.2%，洛杉磯磨耗損失10%，石灰?guī)r加工礦粉，德國顆粒纖維穩(wěn)定劑，韓國雙龍SBS改性瀝青（SBS含量4.5%），特種高柔性環(huán)氧樹脂添加劑，國產(chǎn)高粘度添加劑。

4　排水瀝青路面施工工藝

下面層CA-10采用SBS改性瀝青與特種環(huán)氧樹脂復(fù)合改性比例為1∶1的膠漿材料，拌和站出料溫度按照185～190℃，不得超過195℃，不得低于180℃。按照常規(guī)改性瀝青體系攤鋪碾壓。膠輪搓揉碾壓的防粘不得涂刷油類隔離劑，碾壓時(shí)膠輪應(yīng)進(jìn)行除油清潔。因?yàn)?，層間黏結(jié)層采用特種環(huán)氧樹脂材料，不得接觸油類物質(zhì)，防止層間出現(xiàn)不黏結(jié)或粘結(jié)能力下降病害。收縮縫和兩則防撞墻的接頭位置，應(yīng)采用純特種環(huán)氧樹脂澆筑進(jìn)行預(yù)防性病害處理。

上面層CA-10采用SBS改性瀝青與高粘度改性添加劑復(fù)合改性，復(fù)合改性瀝青混合料聚合物含量為15%，拌和站出料溫度按220～240℃控制，不得超過260℃，不得低于200℃。實(shí)測(cè)出場(chǎng)溫度在220℃左右。攤鋪碾壓和人工輔助應(yīng)快速。膠輪搓揉碾壓可涂刷油類隔離劑。由于出場(chǎng)溫度控制偏低，出現(xiàn)局部的碾壓不密實(shí)和缺陷。采用純特種環(huán)氧樹脂澆筑收縮縫、兩則防撞墻的接頭和局部缺陷位置，完工后進(jìn)行了全部段落的超前改性乳化瀝青預(yù)養(yǎng)護(hù)。

5　地毯式瀝青混合料特性

項(xiàng)目下面層的SBS改性瀝青與特種環(huán)氧樹脂復(fù)合改性地毯式瀝青混合料CA-10級(jí)配見表3。

為提高鋼橋面的豎向變形和層底拉應(yīng)變的能力，采用的高模量、高柔性和可彎曲的地毯式CA-10瀝青混合料性能見表4，最佳油石比7.5%。

表3　CA-10環(huán)氧樹脂復(fù)合改性地毯式瀝青混合料的級(jí)配

表4　CA-10環(huán)氧樹脂復(fù)合改性地毯式瀝青混合料性能結(jié)果

地毯式混合料上面層CA-10的最佳油石比7.3%。標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配及混合料性能見表5和表6所示。

表5　CA-10高聚合物復(fù)合改性地毯式瀝青混合料的級(jí)配

表6　CA-10高聚合物復(fù)合改性地毯式混合料性能檢驗(yàn)結(jié)果表

6　結(jié)論

地毯式瀝青混合料的研究成果，首次在條件復(fù)雜的大坡度、彎道和減速段的鋼橋面成功應(yīng)用，充分論證了地毯式瀝青混合料成套技術(shù)的可靠性和先進(jìn)性，運(yùn)營2年后無任何明顯的損壞潛在跡象。地毯式瀝青路面結(jié)構(gòu)適合大型懸索橋和耐久性特別高的鋼橋面。

［1］CAO Xinsong，YANG Xiaoqiang，DUAN Baodong，etc. Performance evaluation of a novel high durability epoxy asphalt concrete for bridge deck pavements［J］.Applied Mechanics& Materials，2014，488-489∶550-553.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

區(qū)縣建設(shè)

重慶璧山綠色建筑推進(jìn)工作又上新臺(tái)階

今年璧山區(qū)將繼續(xù)推動(dòng)綠色建筑發(fā)展，計(jì)劃新增綠色建筑面積30萬㎡。早在今年7月，璧山區(qū)政府就發(fā)布了《重慶市璧山區(qū)推進(jìn)綠色建筑發(fā)展實(shí)施細(xì)則》，將御湖新區(qū)核心區(qū)384公頃劃為綠色建筑重點(diǎn)實(shí)施范圍，以推動(dòng)璧山區(qū)國家級(jí)綠色生態(tài)城區(qū)建設(shè)。區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)相關(guān)科室負(fù)責(zé)人介紹，相較于傳統(tǒng)建筑，綠色建筑的優(yōu)勢(shì)在于既能減少能源消耗，又能提高舒適度。目前璧山區(qū)正大力發(fā)展綠色建筑，堅(jiān)持以綠色為向?qū)мD(zhuǎn)變建筑發(fā)展模式，以現(xiàn)有綠色建筑項(xiàng)目為核心打造低碳社區(qū)和示范建設(shè)樣板，完善建筑節(jié)能和綠色建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收監(jiān)管機(jī)制，多舉措推動(dòng)既有建筑節(jié)能改造和綠色建筑發(fā)展。（璧山區(qū)城鄉(xiāng)建委）

Innovation Study of Carpet Asphalt Mixture Structure in Xiaoxichong Large-slope Bend Steel Bridge

The application of rollable and scalable asphalt mixture structure in Xiaoxichong large-slope bend steel bridge is studied for the first time，carpet asphalt mixture innovates the pavement structure of steel bridge surface.Mixture has the composite properties of high fatigue resistance，repeated bending strain resistance，high anti-high temperature deformation and anti-low temperature cracking.The study on indoor mixture theory and pavement techniques can provide some theoretical and practical basis for future special steel deck design.

carpet asphalt；material structure；special steel bridge surface；innovative study

TU535

A

1671-9107（2016）09-0034-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.09.034

2016-07-18

曹興松（1972-），男，天津人，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事公路橋梁、隧道、道路路面工程、邊坡植被防護(hù)工程等相關(guān)領(lǐng)域的科研工作。