【技术】浅谈浇注式沥青混凝土在桥面铺装中的应用
摘要：本文针对桥梁在铺装使用期内出现高温车辙、层间推移、疲劳开裂等结构性损坏等亟待解决的技术问题，以某大桥桥面铺装为工程依托，介绍了GMA浇注式沥青混凝土的原材料要求、配合比的设计、生产制备、施工工艺等内容，为今后浇注式沥青混凝土在桥面铺装中的应用提供了参考。
关键词：浇注式沥青混凝土；桥面铺装；应用
18世纪初，天然沥青被大规模用来铺装道路路面，当时将天然沥青粉碎后与石料在高温条件下拌和，由于沥青与细集料含量特别多且是高温铺筑，因此呈流淌状态，此为最早的浇注式沥青混凝土。浇注式沥青在欧洲的应用始于1890年，主要是在德国跟法国。国外最早采用特立尼达湖沥青浇注式沥青混凝土的桥面铺装是1929年修建的苏丹尼罗河大桥，浇注式沥青在本世纪初才开始在俄罗斯得到应用。我国上世纪90年代引进浇注式沥青混凝土，主要应用在钢桥面铺装中。台湾1997年引进日本下层为浇注式沥青混凝土、上层为改性沥青密级配的铺装结构方案，并完成了新东大桥和高屏溪大桥2座钢桥的桥面铺装。
目前国际上通用的钢桥面浇注式沥青混凝土施工分为MA（MastiocAsphalt）和GA（GussAsphalt）工艺。香港地区采用英国MA类浇注式沥青混凝土技术，MA具有天然湖沥青含量高、细集料级配严格的技术特点，使得MA混合料性能较为稳定；但其生产工艺是先拌和沥青、矿粉和细集料，生成沥青胶砂，再掺加粗集料拌和成品混合料，拌和时间较长(4～6h)，施工效率较低，不能很好地满足项目工程量大、施工期紧的要求。以德国、日本为代表的GA浇注式沥青混凝土技术，采用沥青拌和楼集中拌和生产，可连续供给施工，施工效率较高；在配合比设计中，天然湖沥青用量较少，细集料级配要求较宽松，GA混合料性能的稳定性不及MA混合料。港珠澳大桥桥面在考虑充分发挥MA性能稳定的优势和GA工艺的工效优势后，采用了GMA的全新工艺，即用GA生产工艺拌和MA浇注式沥青混合料的施工方案，简称GMA工艺。GMA集合了以上两种技术的优点，既能做到高效率，又能保证混合料的性能稳定。
１.原材料及配合比设计
１.1原材料
粗集料采用广州桂田石场生产的优质花岗岩集料。细集料和矿粉采用广东云浮石场专门加工生产的石灰岩集料。根据欧盟标准BSEN13108-6，矿粉级配必须满足要求，同时石灰岩细集料及矿粉中CaCO3的含量不小于85%。石灰岩细集料分A、B、C三档。其中，A是粒径在0.075～2.36mm之间的细集料、B是粒径在0.075~0.6mm之间的细集料，C是粒径在0.075～0.212mm之间的细集料。传统的浇筑式沥青结合料通常是由TLA（特立尼达天然湖洁沥清）与道路石油沥青按一定比例掺配而成，在本研究中，TLA与基质沥青的掺配比例为TLAA-70=73。根据英国BS1447-1988标准规定和安达臣沥青有限公司提供的MA基质沥青的技术指标，对基质沥青进行性能检测。
１.2配合比设计
GMA的配合比设计是研究GMA混合料的基础。本文依据BSEN13108-6的技术要求及相关试验方法，综合考虑中国《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》的相关要求进行MA混合料的级配设计。目标配合比为：10～15mm5～10mmA细集料B细集料C细集料矿粉TLA湖沥青AH-70基质沥青=3.15%41.85%7.7%11.6%14.2%9.4%3.62%8.94%。由于GMA混合料是采用沥青拌和站集中生产，为了模拟混合料在拌缸中的搅拌过程，港珠澳大桥自行加工生产了模拟拌缸设备，采用双卧轴搅拌方式，搅拌速度为0～60转·min、可调，设有加热及控温装置，拌缸内温度可在1h内升至180℃，下部设出料口，搅拌完成的混合料可从出料口倒出。
cooker运输车是浇筑式沥青混凝土施工的重要设备，集运输、二次搅拌、控温等功能于一体，关系着浇注式沥青混凝土施工的成败。为了使室内试验能更有效地模拟实际搅拌工艺，自行加工生产了模拟cooker设备，即小型cooker设备。搅拌方式为单卧轴搅拌，搅拌速度为0～50转·min1可调，设有加热及温控装置，可实现0～300℃之间的准确控温。上部设有开口，拌和容器可绕轴转动，可将上部开口转到向下的位置，方便搅拌完成的混合料顺利倒出。
沥青SMA混凝土的流动性试验主要用于评价沥青SMA混凝土的施工和易性，适用于实验室和现场配合比的设计和品质管理。流动性差则无法施工；流动性太高，混合料可能发生离析并且无法获得所需的坡度，并且一般情况下流动性太高，混合料的沥青含量较大，混合料的热稳性比较差。对沥青SMA混凝土的流动性测试采用刘埃尔流动性试验方法。
2混凝土的制备
2.1制备流程
（1）试验前将TLA湖沥青加热至180℃，A-70基质沥青加热至160℃，按照试验的比例和用量在160℃下搅拌3min。搅拌采用STLJ-5型沥青混合料搅拌机进行。
（2）自制双卧轴搅拌设备预热至180℃，然后加入已加热至240℃的粗集料、细集料和矿粉，设定转速为50转·min1，干拌1min。
（3）将已制备的混合沥青加入自制双卧轴搅拌设备中，转速保持在50转·min－1，湿拌1min。
（4）混合料在双卧轴设备中搅拌完成后，转入小cooker中，继续搅拌。
（5）每30min进行流动度值检测，并在设定的时间成型硬度试件和车辙试件。
2.2搅拌工艺和时间、温度参数
GA施工工艺与MA施工工艺的区别主要在于搅拌工艺。利用模拟拌和缸、小cooker精确模拟拌和楼搅拌工艺和cooker搅拌工艺，通过在实验室对不同工况的模拟，对混合料的流动度、硬度和动稳定度进行检测，主要确定各阶段适宜的时间和温度。
暂定工况如下：设定拌和温度为200℃，模拟拌和站搅拌时间2min，模拟cooker搅拌时间1、1.5、2、2.5、3h，测定200℃对应的适宜搅拌时间及变化曲线；设定拌和温度为220℃、240℃，搅拌时间一致，测定各温度对应的适宜搅拌时间及变化曲线；从上述温度中选取性能最佳者为设定温度，搅拌站搅拌时间为2、3、4、5min，cooker搅拌时间为1、1.5、2、2.5、3h，测定该温度对应的适宜搅拌时间及变化曲线，并选取性能最佳者测定动稳定度。拌和温度和时间为初定，可根据实际情况作调整。
3.混凝土施工
3.1混凝土的运输
运输工具全使用搭载汽车成自行式的加热拌和保温罐运输。加热拌和保温罐一方面把混合料温度提升，另一方面还不能因搅拌把高温的混合料离析，这样才可以获得高质量的浇筑式沥青商品混凝土混合料。运输过程对温度要严格控制，到达现场要检查确认混合料无异常时方可使用。
3.2混凝土的摊铺
摊铺地段预先应仔细清扫，表面若有水分应充分吹干，在具体摊铺地段固定与摊铺厚度相同的木板或导轨，用做摊铺的基准。把加热保温罐中的混合料排出倾入专用机械—浇筑式沥青商品混凝土摊铺机。按预先设置的基准进行摊铺，随后立即将黑色石屑用碎石撒布机均匀撒布，并用1t左右的小型钢光轮压路机把黑色石屑压入表面即成。应注意的是，一切辅助性的操作都不能在新摊铺的沥青面层上进行。
4.结语
随着我国钢桥面铺装技术的持续改进和完善，浇注式沥青混合料的性能得到了很大提高，其所具有的性能优势是其他类型混凝土无法媲美的，在道路或其他工程特别是桥面铺装工程中，具有很强的适用性。
