陳根香

(南京市公共工程建設(shè)中心，南京 210000)

鋼箱梁以其強(qiáng)度高、自重輕、抗變形、便于工廠化制造和施工等特點(diǎn)，在我國(guó)已建或在建的大橋中得到了廣泛的應(yīng)用。2016年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過(guò)剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見(jiàn)》，同年，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，鋼箱梁在橋梁建設(shè)中獲得了進(jìn)一步的推廣。

市政工程對(duì)鋼橋面鋪裝的施工與養(yǎng)護(hù)的便利性、施工進(jìn)度和施工成本都有較高的要求。美國(guó)雙層環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝方案由于養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、施工工藝嚴(yán)苛，在市政工程應(yīng)用中的局限性越來(lái)越大，而澆注式瀝青混合料擁有良好的密水性、變形追隨性等優(yōu)良性能，同時(shí)施工工期短、施工難度小，被越來(lái)越多地應(yīng)用到鋼橋面的鋪裝中。以往國(guó)內(nèi)的澆注式瀝青混合料大多采用進(jìn)口原材料，從經(jīng)濟(jì)性上限制了其應(yīng)用推廣的進(jìn)程，為推動(dòng)澆注式瀝青鋼橋面鋪裝方案的大規(guī)模應(yīng)用，本文結(jié)合南京市緯七路東進(jìn)二期建設(shè)工程(高橋門-石楊路段)，對(duì)國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)瀝青和湖瀝青配制澆注式瀝青混合料的應(yīng)用進(jìn)行探索，并將其與進(jìn)口材料的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)做對(duì)比，以期為國(guó)產(chǎn)原材料的澆注式瀝青混合料的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)[1-3]。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 主要原材料

澆注式瀝青混合料所用原材料的性能試驗(yàn)主要包括直餾硬質(zhì)瀝青、TLA湖瀝青和混合后瀝青的檢驗(yàn)與測(cè)試。不同于南京四橋復(fù)合澆注式瀝青鋪裝用原材料，本課題所用的直餾硬質(zhì)瀝青采用國(guó)產(chǎn)材料，其性能技術(shù)指標(biāo)和檢測(cè)結(jié)果分別如表1～3所示。

表1 硬質(zhì)瀝青檢測(cè)結(jié)果

表2 TLA湖瀝青檢測(cè)結(jié)果

表3 混合后瀝青檢測(cè)結(jié)果(30#：TLA=75:25)

從試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，國(guó)產(chǎn)直餾硬質(zhì)瀝青的性能與進(jìn)口硬質(zhì)瀝青的性能并無(wú)明顯差異，故使用國(guó)產(chǎn)原材料同樣可以保證澆注式瀝青混合料的適用性能。

1.2 試驗(yàn)方法

(1) 配合比設(shè)計(jì)方法

澆注式瀝青混合料的設(shè)計(jì)不同于一般瀝青混合料，其主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為流動(dòng)性指標(biāo)和貫入度指標(biāo)，輔以動(dòng)穩(wěn)定度和低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定澆注式瀝青混合料的級(jí)配。本文澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)以2.36 mm的通過(guò)率為級(jí)配控制點(diǎn)，選出細(xì)、中、粗三個(gè)級(jí)配，通過(guò)流動(dòng)度和貫入度試驗(yàn)獲得級(jí)配的最佳油石比，然后進(jìn)行車轍試驗(yàn)與低溫彎曲試驗(yàn)，最終確定目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)取值。

(2) 性能試驗(yàn)方法

本文除對(duì)配合比進(jìn)行了高溫性能和低溫性能的測(cè)試外，還對(duì)其劈裂強(qiáng)度和疲勞性能進(jìn)行了研究。其中，對(duì)高溫性能的測(cè)試采用了國(guó)內(nèi)的車轍試驗(yàn)法，試驗(yàn)結(jié)果用動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)評(píng)價(jià)；對(duì)低溫性能的測(cè)試采用低溫彎曲試驗(yàn)法[4]；劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)則參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的瀝青混合料劈裂試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。參照已有研究成果，疲勞試驗(yàn)采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法，試件尺寸為(40×40×400) mm，試驗(yàn)溫度為0 ℃和15 ℃，加載頻率為5 Hz，加載應(yīng)變?yōu)?00 με，采用正弦加載模式，以試件開(kāi)裂或作用次數(shù)達(dá)到100萬(wàn)次為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)[5-10]。

2 澆注式配合比設(shè)計(jì)

2.1 配合比設(shè)計(jì)要求

本文澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)參照了南京四橋的相關(guān)研究成果，并按照《復(fù)合澆注式瀝青鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求進(jìn)行澆注式瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì),如表4～5所示。

表4 澆注式瀝青混凝土級(jí)配要求

表5 澆注式瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.2 級(jí)配與最佳油石比確定

本文澆注式瀝青混合料的目標(biāo)配合比參考了南京四橋的設(shè)計(jì)成果[3]，根據(jù)集料的篩分結(jié)果，以2.36 mm通過(guò)率為控制點(diǎn)，初步選取了“粗、中、細(xì)”三種級(jí)配。初選合成級(jí)配如表6所示，合成級(jí)配曲線如圖1所示。

表6 澆注式瀝青混合料初選合成級(jí)配

圖1 澆注式瀝青混合料合成級(jí)配曲線

根據(jù)配合比設(shè)計(jì)流程，針對(duì)三種初選級(jí)配，分別進(jìn)行了不同油石比下流動(dòng)度、貫入度、動(dòng)穩(wěn)定度和低溫彎曲破壞應(yīng)變的試驗(yàn)檢測(cè)，最終確定目標(biāo)配合比為：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比為9.4。

3 澆注式瀝青混合料性能

3.1 高溫性能

因限速方面的要求，使得市政工程中鋼橋面鋪裝更易發(fā)生車轍病害，因此，本文分別在采用國(guó)產(chǎn)材料和進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料的表層壓入碎石，并對(duì)其在壓入碎石前后的高溫性能進(jìn)行了研究。其中，未壓入碎石瀝青混合料的高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 澆注式瀝青混凝土車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，隨著試驗(yàn)溫度的升高，采用國(guó)產(chǎn)材料和采用進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果均呈明顯的下降趨勢(shì)，下降幅度超過(guò)30%。

國(guó)產(chǎn)材料在60 ℃、0.707 MPa下的動(dòng)穩(wěn)定度為486次/mm，進(jìn)口材料在60 ℃、0.63 MPa下的動(dòng)穩(wěn)定度為464次/mm，差別并不明顯。

綜上，為提高澆注式瀝青混合料的高溫性能，施工時(shí)需要在澆注式瀝青混合料表層壓入碎石。本文采用單粒徑尺寸為13.2～19 mm和9.5～13.2 mm 的玄武巖石料制作預(yù)拌碎石，然后將預(yù)拌碎石分別壓入采用國(guó)產(chǎn)材料和進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料表面，碎石壓入量為10 kg/m2，在同等試驗(yàn)條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 壓入不同粒徑碎石后的車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7～8可知，采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料在壓入碎石后的動(dòng)穩(wěn)定度有明顯提升，以試驗(yàn)溫度60 ℃為例，與未壓入碎石前相比，其在壓入9.5～13.2 mm粒徑碎石后的動(dòng)穩(wěn)定度提高了80.45%，壓入13.2～19 mm粒徑碎石后的動(dòng)穩(wěn)定度提高了116.46%。此外，采用進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料與采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料在壓入碎石前后的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

3.2 低溫性能

選取6個(gè)不同試件，對(duì)采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，結(jié)果如表9所示。

由表9可知，采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料的低溫彎曲性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求。采用進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變?yōu)? 400 με，兩者差距并不明顯。

表9 澆注式瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

3.3 劈裂強(qiáng)度

選取3個(gè)不同試件，對(duì)采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表10所示。

表10 澆注式瀝青混合料劈裂強(qiáng)度

采用國(guó)產(chǎn)材料和進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料在20 ℃下的劈裂強(qiáng)度分別為3.23 MPa和3.15 MPa，兩者之間的差距并不明顯。

3.4 疲勞性能

選取不同試件，分別對(duì)采用國(guó)產(chǎn)材料和進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料進(jìn)行疲勞性能試驗(yàn)，結(jié)果如表11所示。

表11 澆注式瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由表11可知，采用國(guó)產(chǎn)材料和進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果基本相當(dāng)。

4 結(jié)論

(1) 確定了緯七路東進(jìn)二期工程瀝青混合料的目標(biāo)配合比為：1#∶2#∶中粗砂∶中粗砂=26∶25∶24∶25，油石比為9.4。

(2) 壓入碎石能夠有效提高澆注式瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。以試驗(yàn)溫度60 ℃為例，與未壓入前相比，壓入9.5～13.2 mm粒徑碎石后瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了80.45%，壓入13.2～19 mm粒徑碎石后瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了116.46%。

(3) 從瀝青原材料檢測(cè)結(jié)果、低溫彎曲、動(dòng)穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和疲勞性能等指標(biāo)綜合來(lái)看，在配比合適的情況下，采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料與采用進(jìn)口材料的澆注式瀝青混合料的性能基本相當(dāng)。

綜上，采用國(guó)產(chǎn)材料的澆注式瀝青混合料應(yīng)用于市政工程鋼橋面鋪裝，既能保證其性能，同時(shí)又具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，可為類似工程提供參考。