高 明，崔 頔，李 巍，王 波，李 爽

(1.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015； 2.高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽市 110015；3.遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 沈陽市 110166； 4.遼寧省公路勘測設(shè)計(jì)公司 沈陽市 110006)

1 工程概況

高模量高韌性鋼橋面鋪裝瀝青混合料(簡記為GG-5混合料)是針對季凍區(qū)鋼橋鋪裝的特殊使用需求而研發(fā)的一種全新的瀝青混合料，這種混合料使用大比例含量的聚合物作為改性劑，使得瀝青混合料同時(shí)具備高溫抗永久變形能力、低溫柔韌性以及大應(yīng)變條件下的耐疲勞性能，從而滿足季凍區(qū)鋼橋面鋪裝的使用要求[1]。2017年9月，高模量高韌性鋼橋面鋪裝瀝青混合料鋪裝體系首次應(yīng)用于京哈高速公路毛家店跨線鋼箱梁橋(主線下穿)橋面鋪裝工程中。毛家店跨線橋樁號為K850+671.556，橋孔布置為(40m+60m+40m)鋼箱梁，橋面寬度為12m，橋面橫坡1.5%，縱坡為3.60%和4.45%。該鋼箱梁橋面鋪裝采用了SMA+高模量高韌性瀝青混合料GG-5雙層結(jié)構(gòu)(簡記為GS鋪裝體系)，結(jié)構(gòu)的具體形式為：鋼橋面板噴砂除銹后，其上依次設(shè)置防腐防水粘結(jié)層、高模量高韌性復(fù)合改性瀝青混合料GG-5鋪裝下層、改性瀝青同步碎石粘結(jié)層(對于交通量較大、溫度較高的情況可使用高溫穩(wěn)定性較強(qiáng)的改性環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)層)、瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA鋪裝上層等四個(gè)層次，此次鋼橋鋪裝體系的應(yīng)用在國內(nèi)外尚屬首次。該橋面鋪裝在建成通車后，使用效果良好，至今未出現(xiàn)開裂、車轍、坑槽等任何橋面病害。

2 施工工藝分析

2.1 GS鋼橋面鋪裝體系施工工序

為了對GG-5混合料的路用性能進(jìn)行驗(yàn)證、并對GS鋼橋鋪裝體系的施工工藝進(jìn)行研究，本文在毛家店鋼橋進(jìn)行了首次試驗(yàn)工程的鋪筑。鋪裝施工時(shí)，由于現(xiàn)場調(diào)流的需要，鋪裝分為兩幅分別進(jìn)行，第一幅為南側(cè)(靠近昌圖縣一側(cè))，第二幅為北側(cè)(靠近四平市一側(cè))。南側(cè)整個(gè)的施工順序?yàn)閲娚俺P[2-3]、刮涂樹脂2遍(每遍均養(yǎng)生12～24h)，待指干不粘輪后及時(shí)攤鋪GG-5混合料，使GG-5混合料能夠與樹脂熱熔粘結(jié)，然后進(jìn)行北側(cè)的施工，工藝步驟與南側(cè)相同。最后分幅鋪筑SMA瀝青混合料。

2.2 GG-5混合料的拌和工藝驗(yàn)證與分析

(1)冷熱料級配對比

高模量高韌性瀝青混合料GG-5采用2.36～5.6mm的玄武巖作為主骨料，現(xiàn)場拌和使用遼陽筑機(jī)LJDW-3000型拌和站，振動篩為3mm和6mm兩種尺寸，對熱料與冷料的級配進(jìn)行了篩分對比，如表1所示。

表1 礦料級配

從表中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過熱料倉篩分后，骨料中5.6mm以上顆粒含量減少了3.7%，4.75～5.6mm顆粒含量由22%降低到17.4%，降低了4.6個(gè)百分點(diǎn)，2.36mm以下顆粒含量減少了0.6%，2.36～4.75mm顆粒含量由70.7%增加到79.4%，增加了近9個(gè)百分點(diǎn)，表明冷料經(jīng)過振動篩篩分后，級配發(fā)生了一定程度的變化，由于GG-5混合料只利用一檔集料做為骨料，因此，為充分保證現(xiàn)場施工時(shí)GG-5混合料的路用性能，尤其是實(shí)現(xiàn)對GG-5混合料空隙率的精確控制，應(yīng)選擇熱料倉骨料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。此外，GG-5混合料生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)在骨料級配以及拌和站振動篩尺寸等方面加以注意與控制，以免造成施工時(shí)溢料過多而造成材料浪費(fèi)。

(2)拌和工藝

GG-5混合料拌和時(shí)，每次拌和玄武巖骨料的質(zhì)量為1.71t，待玄武巖骨料完全進(jìn)入骨料秤后，人工將外加劑加入骨料秤中，之后隨骨料一起落入拌和鍋內(nèi)進(jìn)行干拌，干拌15s后，多個(gè)瀝青噴頭均勻噴入改性瀝青，噴瀝青5s后加入礦粉，瀝青全部噴灑完歷時(shí)15s左右，之后繼續(xù)濕拌25s，每鍋拌和的總時(shí)間約為55s左右[4]，通過現(xiàn)場觀測，混合料拌和均勻，無花白料，取料進(jìn)行路用性能驗(yàn)證[5]，結(jié)果如表2所示。

表2 拌和站混合料性能驗(yàn)證

從試驗(yàn)結(jié)果來看，拌和站與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果差異不大，各方面性能達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期值，這表明現(xiàn)場拌和工藝是合理可行的，同時(shí)，為進(jìn)一步驗(yàn)證其低溫性能，還進(jìn)行了-34℃的低溫彎曲試驗(yàn)，采用空氣浴6h，從表中數(shù)據(jù)可以看出，在-34℃的條件下，GG-5混合料的破壞應(yīng)變?nèi)阅芨哂诟男詾r青混合料-10℃的水平，表明GG-5瀝青混合料擁有良好的低溫柔韌性。從抗滑性能的試驗(yàn)結(jié)果來看，GG-5混合料表面構(gòu)造深度較小，而從擺值試驗(yàn)結(jié)果來看，其抗滑性能與SMA相當(dāng)，這表明，GG-5混合料具有用作表面層的適用性，但有待于進(jìn)一步深入研究。

2.3 GG-5混合料的施工溫度分析

由于高模量高韌性瀝青混合料GG-5摻加了大量的高分子聚合物材料，并且這些材料都是常溫加入的，因此混合料拌和時(shí)會發(fā)生較大的熱量交換，其溫度控制必然與普通瀝青混合料有較大差別，為了實(shí)現(xiàn)對GG-5混合料施工溫度的準(zhǔn)確控制，進(jìn)行了三次不同溫度水平的拌和試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)材料配比及溫度檢測結(jié)果如表3、表4所示。

表3 試驗(yàn)時(shí)材料比例

表4 施工時(shí)溫度參數(shù)

從表中數(shù)據(jù)可以看出，石料經(jīng)過烘干加熱、通過篩分進(jìn)入熱料倉后，溫度分別降低了44℃、50℃以及45℃。第三次測量時(shí)，雖然烘干后石料溫度較高，但是溫度損失卻較小，應(yīng)該與第3次測量時(shí)已經(jīng)是第5鍋料、拌和站預(yù)熱情況良好有關(guān)，但是總體上烘干后的熱料進(jìn)入熱料倉后溫度降低50℃左右。此外，從表中數(shù)據(jù)可以看出，從拌和完畢到攤鋪完畢，混合料降溫為7～10℃，而室內(nèi)試驗(yàn)表明，GG-5混合料的壓實(shí)溫度需要達(dá)到175℃以上，因此，GG-5混合料出料溫度應(yīng)不低于185℃。

在外加劑與礦粉摻加比例與瀝青溫度恒定的條件下，GG-5混合料的出料溫度與熱料倉骨料溫度直接相關(guān)，而骨料在烘干筒加熱后，進(jìn)入拌和樓并進(jìn)行篩分、稱量、拌和時(shí)均會與所接觸的管壁、篩片、骨料秤、拌和葉片以及空氣等進(jìn)行熱交換而導(dǎo)致?lián)p失一部分熱量，因此，分析時(shí)，首先利用兩次測量結(jié)果對損失熱量進(jìn)行了分析，其它溫度條件下的熱量損失率按直線擬合求得，并基于以上三次的試驗(yàn)測量結(jié)果，針對編號1混合料比例，利用能量守恒原理對骨料烘干溫度、熱料倉溫度與混合料出料溫度變化規(guī)律進(jìn)行了分析，分析時(shí)，瀝青初始溫度按照175℃計(jì)算，各材料的比熱與初始溫度如表5所示，結(jié)果如圖1所示。

表5 各材料比熱參數(shù)

由圖1可以看出，隨著出料溫度的提高，烘干后骨料溫度與熱料倉骨料溫度均需相應(yīng)提高，提高幅度約為50～60℃。并且分析結(jié)果表明，熱料倉骨料經(jīng)過拌和、溫度降低為出料溫度的過程中，其熱量一部分傳遞給混合料中高分子聚合物1、高分子聚合物2以及瀝青與礦粉等其它材料，另有少部分熱量由于與空氣、拌和鍋壁以及攪拌葉片接觸而散失，拌和散失熱量占熱料倉骨料熱量散失總量的21%、39%和37%?；旧媳憩F(xiàn)為溫度較高熱量散失比例也較高。

依據(jù)計(jì)算分析的結(jié)果，對混合料的各階段施工溫度進(jìn)行分析，如果碾壓溫度按照175～185℃控制，并假設(shè)攤鋪后混合料溫度降低10℃，那么出料溫度應(yīng)該按照185～195℃控制，熱料倉骨料溫度應(yīng)該按照235～255℃控制，骨料應(yīng)該加熱至285～305℃。

從現(xiàn)場試驗(yàn)以及計(jì)算結(jié)果來看，GG-5混合料要達(dá)到理想的出料溫度，熱料倉骨料的溫度要高于出料溫度60℃左右，這與傳統(tǒng)的瀝青混凝土是不同的，傳統(tǒng)瀝青混凝土集料的加熱溫度一般高于出料溫度20～35℃即可，產(chǎn)生這種不同的主要原因是GG-5混合料中高分子聚合物1、高分子聚合物2以及礦粉等常溫材料的質(zhì)量比例較大，達(dá)到了13%左右，并且其中兩種高分子聚合物改性材料的比熱還較高。因此，與傳統(tǒng)瀝青混合料相比，GG-5混合料施工時(shí)，熱料倉骨料需要加熱至更高的溫度，這點(diǎn)要尤其注意。

綜合以上分析，并按照材料從烘干完畢至到達(dá)熱料倉中溫度損失50℃計(jì)，考慮到設(shè)備產(chǎn)量的不同以及天氣條件等因素，給出高模量高韌性瀝青混合料GG-5的溫度控制建議值為：攤鋪溫度175～185℃；出料溫度185～195℃；熱料倉骨料溫度245～255℃；骨料烘干加熱溫度295～305℃。具體工程施工時(shí)，由于氣溫條件、拌和設(shè)備、配比等方面的原因，可能會與本分析結(jié)果有所不同，具體溫度控制應(yīng)根據(jù)具體情況試驗(yàn)確定。

此外，由于溫度對GG-5混合料的施工影響非常關(guān)鍵，因此，建議在GG-5混合料實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為確保GG-5混合料達(dá)到理想溫度狀態(tài)，應(yīng)在正式拌和前至少先走4鍋熱骨料，將設(shè)備整體預(yù)熱至穩(wěn)定狀態(tài)，并待熱料倉中的骨料溫度穩(wěn)定之后再開始正式生產(chǎn)。

2.4 GG-5混合料的攤鋪與碾壓

試驗(yàn)路現(xiàn)場施工時(shí)，攤鋪設(shè)備使用福格勒2100，碾壓時(shí)使用維特根HD-130型鋼輪壓路機(jī)靜壓。根據(jù)現(xiàn)場情況，一般3～4個(gè)往返即可壓實(shí)，這表明，GG-5瀝青混合料是容易壓實(shí)的，大型壓路機(jī)不易壓實(shí)的邊部使用小型壓路機(jī)DYNAPAC CC900G補(bǔ)壓，由于GG-5混合料容易壓實(shí)且粘附力較強(qiáng)，因此，不建議使用膠輪壓路機(jī)碾壓，同時(shí)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)也表明使用輪胎壓路機(jī)時(shí)，粘輪嚴(yán)重?，F(xiàn)場通過全站儀監(jiān)測同一點(diǎn)處的高程而確定松鋪系數(shù)，最終確定松鋪系數(shù)為1.20。

3 結(jié)語

通過對高模量高韌性瀝青混合料GG-5施工工藝的分析，得出以下結(jié)論：

(1)高模量高韌性瀝青混合料GG-5拌和時(shí)，干拌15s、濕拌40s可確?；旌狭习韬途鶆?，并且可保證外加劑分散均勻、發(fā)揮作用，混合料各方面性能可達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

(2)各環(huán)節(jié)溫度控制是確保高模量高韌性瀝青混合料GG-5施工質(zhì)量的關(guān)鍵，要注意出料溫度、運(yùn)輸過程中的保溫、攤鋪機(jī)預(yù)熱、攤鋪溫度、碾壓溫度等各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度控制，具體生產(chǎn)時(shí)各環(huán)節(jié)溫度控制參考值為：熱料倉骨料溫度250℃、改性瀝青175℃、出料溫度185～195℃、攤鋪175～185℃，初壓溫度控制在175℃以上。

(3)GG-5混合料的松鋪系數(shù)可按照1.20控制。碾壓時(shí)應(yīng)使用鋼輪壓路機(jī)或者水平震蕩壓路機(jī)，不宜使用輪胎壓路機(jī)。