國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術(shù)的發(fā)展和比較分析

國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術(shù)的發(fā)展和比較分析陳仕周研究員重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院一澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程二我國(guó)與日本的澆注式瀝青混凝土比較三建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)四我國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的主要問(wèn)題及解決方法的思考五ERS鋪裝方案存在的問(wèn)題及解決辦法建議一澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的使用現(xiàn)狀澆注式瀝青混凝土+SMA的鋪裝結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用效果良好，作為鋪裝底層的澆注式瀝青混凝土以其優(yōu)良的防水性能、低溫性能及抗疲勞性能倍受建設(shè)單位和研究者的推崇，在江陰長(zhǎng)江大橋?qū)崢蛟囼?yàn)鋪裝改性瀝青澆注式混凝土鋪裝取得了比美國(guó)進(jìn)口環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝更長(zhǎng)壽命的使用效果。

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程澆注式瀝青混凝土在我國(guó)應(yīng)用的初期，借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，采用的是單層的英國(guó)MasticAsphalt澆注式瀝青混凝土，膠結(jié)料由天然湖瀝青TLA（70%）與硬質(zhì)瀝青（30%）復(fù)合而成，期間建設(shè)的橋有香港青馬大橋和江陰長(zhǎng)江大橋，青馬大橋至今使用效果良好（初期有出現(xiàn)鼓包，經(jīng)處理目前情況良好），但江陰長(zhǎng)江大橋通車后即出現(xiàn)大量的車轍、開(kāi)裂，江陰長(zhǎng)江大橋除防水層外，其余鋪裝材料與青馬大橋完全相同。第一階段（1997～2002年）

第一階段橋梁鋼橋面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅漆+粘結(jié)劑+3mm橡膠瀝青防水層+44mmMasticAsphalt瀝青混凝土鋼橋面噴砂除銹+電弧噴鋅防腐層+2.0mmEliminator防水粘結(jié)體系+38mmMasticAsphalt瀝青混凝土江陰長(zhǎng)江大橋香港青馬大橋

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程在此期間，總結(jié)了上一階段澆注式瀝青混凝土的應(yīng)用情況，結(jié)合我國(guó)鋼橋的使用條件以及氣候環(huán)境，這一階段澆注式瀝青混凝土的應(yīng)用形式是以德國(guó)/日本澆注式瀝青混凝土作為下層，改性瀝青SMA作為鋪裝上層的鋪裝結(jié)構(gòu)。

膠結(jié)料由聚合物改性瀝青與TLA（稱為T(mén)LA改性瀝青）摻配而成，并且提高了混合料的高溫性能，即提高了貫入度及貫入度增量的試驗(yàn)溫度。第二階段（2003～2007年）

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程這一階段鋪裝的典型橋梁有山東勝利黃河大橋（維修）、天津子牙河大橋、安徽安慶長(zhǎng)江大橋、重慶石板坡長(zhǎng)江大橋、湖南長(zhǎng)沙三汊磯大橋等，這些橋梁至今效果良好。第二階段（2003～2007年）

第二階段橋梁2004年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10，該圖為2010年4月拍攝，目前表層SMA有出現(xiàn)車轍，但未發(fā)現(xiàn)其他病害天津子牙河大橋勝利黃河大橋維修2003年對(duì)該橋進(jìn)行維修，鋪裝層為35mmSMA10+35～40mmTLA改性GA10，2005發(fā)現(xiàn)鋪裝表層SMA曾出現(xiàn)縱向裂縫，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋪裝下層GA完好，主要是由于SMA的抗裂性不足引起的開(kāi)裂，經(jīng)灌縫處理后，至今使用狀況良好天津子牙河大橋

第二階段橋梁2006年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10天津子牙河大橋長(zhǎng)沙三汊磯大橋重慶朝天門(mén)大橋2009年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程第二階段所用的TLA改性瀝青的高溫性能與低溫性能不能很好地匹配，熱穩(wěn)性良好的TLA改性瀝青，低溫抗裂性不足，反之亦然，不易尋找二者的平衡點(diǎn)。因此，為了使?jié)沧⑹綖r青混凝土能適應(yīng)我國(guó)大部分區(qū)域的使用條件、降低施工難度，必須開(kāi)發(fā)出便于操作的同時(shí)兼具優(yōu)良高、低溫性能的改性瀝青。這也是第三階段的主要研究?jī)?nèi)容，現(xiàn)在仍在進(jìn)行。第三階段（2008年～至今）

澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程這一階段開(kāi)發(fā)出在具有優(yōu)良熱穩(wěn)性的前提下，兼顧優(yōu)良低溫抗裂性的聚合物改性澆注式瀝青混凝土，而不再采用TLA改性瀝青。聚合物改性澆注式瀝青混凝土應(yīng)用的橋梁主要有沈陽(yáng)尚小橋、貴州北盤(pán)江大橋、江陰長(zhǎng)江大橋維修、南京過(guò)江隧道右汊夾江大橋、福州鼓山大橋及上海閔浦二橋等。第三階段（2008年～至今）

第三階段橋梁沈陽(yáng)沈北新區(qū)尚小橋鎮(zhèn)勝公路貴州北盤(pán)江大橋2008年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA102008年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10

第三階段橋梁2009年建成通車，鋪裝層為30mmSMA10+30mm聚合物改性GA102010年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10南京過(guò)江橋隧夾江大橋福州鼓山大橋二我國(guó)與日本的澆注式瀝青混凝土比較

澆注式瀝青混凝土在日本日本是少數(shù)制定了鋼橋面鋪裝技術(shù)規(guī)范的國(guó)家之一，并且已建成的橋梁鋼橋鋪裝使用良好，因此，我國(guó)第一批鋼橋面鋪裝技術(shù)人員在20世紀(jì)90年代末至日本進(jìn)行鋼橋面鋪裝技術(shù)的研修。澆注式瀝青混凝土起源于德國(guó)，但是日本卻使?jié)沧⑹綖r青混凝土及其技術(shù)得到了長(zhǎng)足和全面深入的發(fā)展及推廣。

澆注式瀝青混凝土在日本日本鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多為澆注式瀝青混凝土底層+改性密級(jí)配瀝青混凝土表層的結(jié)構(gòu)形式，在江陰長(zhǎng)江大橋采用英國(guó)單層MA澆注式瀝青混凝土失敗后，我國(guó)借鑒了日本的澆注式瀝青混凝土鋪裝，從2003年的山東勝利黃河大橋維修開(kāi)始已在全國(guó)的數(shù)十座鋼橋得到應(yīng)用，而我國(guó)鋼橋面鋪裝的使用條件卻比日本更加苛刻，因此，為使?jié)沧⑹綖r青混凝土在我國(guó)擁有更長(zhǎng)久的使用壽命，須根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。后文將日本目前常用的澆注式瀝青混合料和我國(guó)的聚合物改性澆注式瀝青混合料作了較為全面的對(duì)比。

主要是以下三方面進(jìn)行對(duì)比：膠結(jié)料的要求混合料級(jí)配混合料性能要求

膠結(jié)料的要求—日本在日本通常采用針入度20～40的硬質(zhì)直餾瀝青與湖瀝青摻配，湖瀝青的添加有利于提高混合料的熱穩(wěn)性，但也會(huì)使混合料的低溫性能有所降低，直溜瀝青與湖瀝青的摻配比例一般為75：25或70：30，日本對(duì)混合瀝青并無(wú)低溫性能及變形能力等要求，詳見(jiàn)下表。

日本瀝青技術(shù)規(guī)范的要求技術(shù)指標(biāo)類型試驗(yàn)方法直餾瀝青湖瀝青混合瀝青（TLA改性瀝青）針入度（25℃）/0.1mm20～401～415～30JISK2207軟化點(diǎn)/℃55～6593～9858～68溶解度（三氯乙烯）/%＞99.052.5～55.586～91閃點(diǎn)/℃＞260＞240＞240JISK2274密度（25℃）/g．cm-3＞11.38～1.421.07～1.13JISK2249蒸發(fā)質(zhì)量變化率/%＜0.3—＜0.5JISK2207

我國(guó)GA用改性瀝青的要求試

驗(yàn)

項(xiàng)

目指標(biāo)要求試驗(yàn)方法針入度（25℃）

10～50JTJ052-2000T0604延度

(5℃)cm≥30JTJ052-2000T0605軟化點(diǎn)

℃≥80JTJ052-2000T0606彈性恢復(fù)率（25℃）

%≥90JTJ052-2000T0662動(dòng)態(tài)剪切流動(dòng)性能（60℃）

Pa·s≥20000AASHTO-TP5閃點(diǎn)(克利夫蘭開(kāi)口杯)℃≥250JTJ052-2000T0611TFOT（或RTFOT）質(zhì)量變化，不大于％±0.5JTJ052-2000T0610或T0609延度(5℃)cm≥20針入度比(25℃)%≥65彈性恢復(fù)率（25℃）

%≥85PG等級(jí)82-22AASHTO-TP1/TP5

膠結(jié)料的要求—中國(guó)我國(guó)的澆注式瀝青混凝土用聚合物改性瀝青取代TLA改性瀝青是更加適合的，與日本所用的瀝青相比，我國(guó)的聚合物改性瀝青主要是提高了軟化點(diǎn)指標(biāo)，增加了低溫延度和彈性恢復(fù)率指標(biāo)，并且須滿足PG82-22的要求，原因在于：我國(guó)各地的氣溫差異大；同一區(qū)域的環(huán)境溫差較大；重載車比例高、超載嚴(yán)重的橋梁比比皆是。為延長(zhǎng)澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的使用壽命，提高其熱穩(wěn)性、低溫抗裂性、強(qiáng)度及變形能力等性能是必要的。

混合料級(jí)配要求

日本研究認(rèn)為過(guò)細(xì)的級(jí)配會(huì)使混合料的流動(dòng)性過(guò)大，不利于其高溫抗車轍，因此，日本對(duì)澆注式瀝青混凝土給定了級(jí)配范圍。我國(guó)的配合比設(shè)計(jì)參照了日本澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)流程，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，根據(jù)設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行集料級(jí)配的調(diào)整并測(cè)定集料空隙率，使之滿足VMA介于14～22之間，選擇了適用的級(jí)配。

混合料級(jí)配要求篩孔尺寸/mm1913.24.752.360.60.30.150.075通過(guò)百分率/%10095～10065～8545～6235～5028～4225～3420～27篩孔尺寸/mm13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過(guò)百分率/%10080～10063～8048～6338～5232～4627～4024～3620～30日本澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍我國(guó)澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍

混合料性能要求日本澆注式瀝青混合料性能要求試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求流動(dòng)性試驗(yàn)流動(dòng)性（240℃），s≤20貫入量試驗(yàn)貫入量（40℃），mm1～4車轍試驗(yàn)

動(dòng)穩(wěn)定度（60℃），次/mm≥350彎曲試驗(yàn)極限應(yīng)變（-10℃）≥8.0×10-3

混合料性能要求我國(guó)澆注式瀝青混合料性能要求試驗(yàn)項(xiàng)目要求試驗(yàn)方法流動(dòng)性（240℃），s≤20《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》附錄F貫入度（60℃），mm≤4《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》附錄G貫入度增量（60℃），mm≤0.4彎曲極限應(yīng)變（-10℃）試件尺寸-大梁≥7×10-3JTJ052-2000T0715

混合料性能要求的不同之處貫入度試驗(yàn)方法起源于德國(guó)，在德國(guó)主要利用“貫入度及貫入度增量試驗(yàn)”來(lái)評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝土的力學(xué)性能，所采用的試驗(yàn)設(shè)備及方法與日本是相一致的，而日本只有貫入度的要求，沒(méi)有增量的要求。澆注式瀝青混凝土的貫入度試驗(yàn)主要是用于評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形的能力。在德國(guó)及日本試件的試驗(yàn)溫度為40℃，考慮到我國(guó)大部分地區(qū)鋼橋面鋪裝的使用溫度比德國(guó)和日本高，試驗(yàn)溫度從40℃調(diào)整到60℃進(jìn)行試驗(yàn)。貫入度的試驗(yàn)溫度不同，日本只有貫入度要求無(wú)貫入度增

量要求

不同結(jié)合料及其用量貫入度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比結(jié)合料類型結(jié)合料含量(%)貫入度(mm)貫入度增量(mm)備注復(fù)合瀝青（基質(zhì)瀝青70%+TLA30%）7.13.240.452%Sasobit7.43.620.707.74.390.73聚合物改性瀝青7.12.380.302%Sasobit7.43.160.327.74.210.67注：混合料類型為GA-10

貫入度試驗(yàn)結(jié)果分析從上頁(yè)表格可以看出隨著結(jié)合料含量的上升，二種瀝青的貫入度和貫入度增量隨之上升，但總體而言，聚合物改性瀝青含量在7.4和7.7的是滿足要求的，而日本復(fù)合瀝青的60℃貫入度和貫入度增量較大，抗高溫60℃變形能力較差。

混合料性能要求的不同之處

根據(jù)實(shí)體工程的使用效果，澆注式瀝青混合料的高溫抗變形性能與動(dòng)穩(wěn)定度的結(jié)果相關(guān)性較差，動(dòng)穩(wěn)定度值低的澆注式瀝青混合料在使用過(guò)程中并未表現(xiàn)出因高溫性能不足引起的病害，因此，我國(guó)只采用德國(guó)的貫入度和貫入度增量試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)澆注式瀝青混合料的高溫抗變形能力，刪去車轍試驗(yàn)。日本有提出車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的要求

混合料性能要求的不同之處日本大部分區(qū)域的冬季氣溫較我國(guó)要低，這也體現(xiàn)在日本對(duì)低溫彎曲應(yīng)變的要求上，為此，筆者進(jìn)行了低溫彎曲試驗(yàn)：在對(duì)目前使用的聚合物改性瀝青混合料和日本的復(fù)合瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，其結(jié)果如下業(yè)表格所示。低溫彎曲應(yīng)變的要求不同

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果-10℃低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果（混合料類型為GA-10）結(jié)合料類型結(jié)合料含量（%）彎拉強(qiáng)度（Mpa）彎拉應(yīng)變（×10-3）勁度模量（Mpa）聚合物改性瀝青7.418.4110.131816復(fù)合瀝青（基質(zhì)瀝青70%+TLA30%）7.417.229.401938

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)上頁(yè)表格所列的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，聚合物改性澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變達(dá)到10.13×10-3，具有很好的低溫變形能力，復(fù)合瀝青澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變?yōu)?.