橋梁非機動車道澆筑式瀝青混合料性能參數研究

閆東波，盧現林，劉 艷

（重慶特鋪路面工程技術有限公司，重慶市 400026）

0 引 言

澆筑式瀝青混凝土起源于歐洲，在我國已有近20 年的應用歷史。澆筑式瀝青混合料具有一定的流動性，攤鋪后無須碾壓，冷卻成型后就能抵抗車輛荷載作用。因其施工簡易、極其致密、耐久性好等特點，被廣泛應用于鋼橋面鋪裝工程。目前，我國鋼橋面鋪裝應用澆筑式瀝青混凝土方案的結構組合基本上是“防水黏結層+ 澆筑式瀝青混凝土下面層+ 碾壓式瀝青混凝土上面層”。然而，非機動車道、中分帶、檢修道、人行道等部位，往往由于寬度不足、存在拉索等障礙、無法承受重型施工設備等原因，給碾壓式瀝青混凝土的施工帶來困難。因此，采用全厚式澆筑式瀝青混凝土鋪裝是一個比較好的選擇。我國地域寬廣，經濟發展和基礎設施建設迅速，除了鋼橋面鋪裝附屬部位外，還有大量的人行天橋、公園步道的建設，為澆筑式瀝青混凝土的應用提供了更廣闊的空間。

澆筑式瀝青混凝土用于橋梁非機動車道、人行道、人行天橋、公園步道等非機動車通行的場合，能夠解決構造、施工、路用性能等方面的問題。（1）無須碾壓的澆筑式瀝青混凝土對基面的平整度狀態要求不高，具有找平功能。（2）無須大型攤鋪、碾壓設備進入施工區域，能夠解決這些場合對空間和承載力的限制。（3）澆筑式瀝青混凝土不透水和空氣，耐久性好，作為一種柔性材料，變形能力強，無須設置接縫，能夠解決人行天橋或人行道常見的局部脫層、接縫唧漿、坑洞等弊病。因此，歐洲發達國家在非機動車通行場合應用澆筑式瀝青混凝土鋪裝十分普遍。

目前在橋梁非機動車道、中分帶、檢修道、人行道等場合應用澆筑式瀝青混凝土時，由于工程體量較小，并未單獨進行性能要求和配合比設計，而是直接采用車行道澆筑式瀝青混凝土的性能和材料。目前，我國已形成鋼橋面鋪裝澆筑式瀝青混凝土的行業標準[1]，其技術性能要求未對車行道和非機動車道進行區分。如果非機動車道的澆筑式瀝青混凝土鋪裝工程體量增加，采用非必要的高標準，就會造成較大浪費。為此，有必要針對橋梁非機動車道的澆筑式瀝青混合料性能參數進行研究。

1 性能參數

由于國內外使用環境條件的極大差異，澆筑式瀝青混凝土在歐洲已經成熟的技術性能參數并不能完全適用于我國。我國一些學者也針對我國的具體情況對澆筑式瀝青混合料的性能評價指標進行了研究[2-7]，但根據大量工程項目的應用經驗和行業標準的推薦[1]，普遍采用劉埃爾流動性試驗來評價澆筑式瀝青混合料的施工和易性，采用貫入度試驗來評價高溫穩定性。澆筑式瀝青混合料的瀝青含量較高，低溫柔韌性通常能夠滿足使用要求。本文基于施工和易性和高溫穩定性兩項性能參數，分析橋梁非機動車道澆筑式瀝青混凝土的施工和使用條件，確定其性能要求。

澆筑式瀝青混合料的施工和易性和高溫穩定性是相互制約的兩項參數。對澆筑式瀝青混合料的施工和易性貢獻的主要因素為瀝青用量和混合料溫度，瀝青用量越高、混合料溫度越高，施工和易性越好；反之亦然。對澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性貢獻的主要因素為瀝青性能和瀝青用量，瀝青的高溫性能越好、瀝青用量越低，混合料的高溫穩定性越好；反之亦然。瀝青用量對澆筑式瀝青混合料的施工和易性和高溫穩定性均產生影響，但影響的方向相反。因此，在研究和確定澆筑式瀝青混合料的性能參數和技術指標時，必須平衡施工和易性和高溫穩定性兩項指標。

與機動車通行的情況不同，非機動車通行的場所多數無法采用大型設備進行施工作業，對澆筑式瀝青混合料要求有更好的施工和易性。從非機動車通行和人行方面來看，對澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性要求則偏低?；谶@些特點，對非機動車道的澆筑式瀝青混合料性能參數研究，宜首先保證施工和易性，在良好的施工和易性基礎上再研究混合料的高溫穩定性。

2 施工和易性

橋梁非機動車道、人行道、檢修道或中分帶等區域受到空間限制，碾壓式瀝青混凝土的施工較困難，采用澆筑式瀝青混凝土具有明顯優勢。但是，同樣由于空間或荷載限制，上述區域的澆筑式瀝青混合料一般無法采用機械方式攤鋪，而多采用人工抹平，如圖1 所示。這要求澆筑式瀝青混合料具有比車行道澆筑式瀝青混合料更好的流動性。

圖1 人行道澆筑式瀝青混合料人工抹平

《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》（JTG T3364-02—2019） 規定，實驗室拌制時，溫度在230～240℃劉埃爾流動性宜控制在5～20 s，現場流動性可適當降低要求，未對非機動車通行情況的施工和易性做明確要求。

首先確定判斷非機動車道澆筑式瀝青混合料施工和易性的基本準則。（1）試驗條件與JTG T3364-02—2019 的規定一致，即混合料溫度為230 ～240℃。（2）劉埃爾流動性數值越低越好，以滿足不使用大型攤鋪設備的需要，人工即可抹平。實驗室成型澆筑式混合料試件時，以無須人工輔助、混合料能夠自流平為準。（3）混合料在喪失流動性之前，需保持均勻狀態，不能出現明顯的離析現象。實驗室對離析現象的判斷方法為：將已經拌制好的澆筑式瀝青混合料在攪拌鍋中靜置5 min，觀察表面狀況，碎石和瀝青明顯分離，碎石下沉、瀝青上浮為離析。

車行道澆筑式瀝青混凝土一般采用高強度聚合物改性瀝青，瀝青的針入度小、軟化點高，價格一般比較高?？紤]非機動車道對澆筑式瀝青混合料高溫穩定性要求降低，這里除了按JTG T3364-02—2019技術指標要求采用高強度改性瀝青進行試驗外，還采用常規的SBS 瀝青進行試驗。兩種改性瀝青的性能檢測結果如表1 所示。

表1 改性瀝青主要性能檢測結果

根據表1 所示數據來看，高強度改性瀝青的高溫性能明顯優于SBS 改性瀝青。

采用玄武巖碎石、石灰石礦粉，擬合至JTG T3364-02—2019 中澆筑式瀝青混合料建議級配范圍的中值級配，拌制澆筑式瀝青混合料，進行劉埃爾流動性試驗，然后將混合料在230～240℃下靜置5 min 后，觀察表面狀況。不同流動狀況如圖2 所示，試驗檢測結果如表2 所示。

圖2 澆筑式瀝青混合料狀態

根據表2 所示試驗結果，可以分析得到如下結論或規律：

表2 不同瀝青的混合料流動性試驗結果

（1）高強度改性瀝青和SBS 改性瀝青均可用于拌制澆筑式瀝青混合料。

（2）當澆筑式瀝青混合料的劉埃爾流動性接近或超過20 s 時，混合料難以自流平，但可以通過人工輔助方式抹平，混合料無離析現象，是適宜機械方式攤鋪的澆筑式瀝青混合料。

（3）當澆筑式瀝青混合料的劉埃爾流動性低于5 s時，混合料迅速自流平，但存在明顯離析現象。

（4）澆筑式瀝青混合料的劉埃爾流動性為5～15 s時，混合料能夠自流平，且無離析現象，符合非機動車道、橋梁人行道或檢修道等區域對澆筑式瀝青混合料施工性能的要求。

3 高溫穩定性

JTG T3364-02—2019 規定，澆筑式瀝青混合料的貫入度應為1～4 mm（試驗溫度為：夏炎熱區60℃，夏熱區55℃，夏涼區50℃），相應試驗溫度條件下貫入度增量的要求不大于0.4 mm。澆筑式瀝青混合料用于中央分隔帶或人行道等時，貫入度和貫入度增量技術要求可酌情降低，但未給出具體技術要求值。

標準貫入度試驗設備的主要參數為[1]：加載砝碼和貫入桿的總荷載為515.0±9.81 N，貫入桿直徑為25.2 mm。據此換算澆筑式瀝青混合料試件的加載壓力為1.03±0.02 MPa。

非機動車通行與機動車通行的主要區別是所承受的荷載不同，在各自相應的荷載作用下，貫入度不大于4 mm、貫入度增量不大于0.4 mm 時，可以認為混合料性能滿足路用要求。理論上，應該按照非機動車道的常規荷載（考慮一定超載）對澆筑式瀝青混合料進行貫入度試驗，以貫入度不大于4 mm、貫入度增量不大于0.4 mm 為技術標準。但為了試驗方法的統一，應將對應于非機動車道荷載壓力下滿足貫入度不大于4 mm、貫入度增量不大于0.4 mm 的混合料性能要求轉換為標準壓力（1.03±0.02 MPa）下的貫入度試驗結果。

3.1 荷載分析

非機動車道的主要通行對象為行人和非機動車輛（自行車、三輪車、電動自行車等）。實際使用時，摩托車和電動三輪車也經常通行，且比行人和非機動車輛對鋪裝影響更大。在做鋪裝受力設計時，應按照較不利情況來考慮和分析，本文按照摩托車荷載分析。目前，我國尚未對自行車、摩托車、三輪車等車型的外形參數和載重量參數做出統一規定，部分省市出臺了一些具體的要求，車輛生產廠家一般都制定有企業標準。這里根據摩托車輪胎規格及其負荷能力[8]進行荷載分析，并假設輪胎接地長度等于輪胎寬度，車輛荷載通過輪胎對路面產生的荷載壓力如表3所示。

表3 車輛荷載壓力計算

根據表3 可知，一般摩托車輪胎理論接地壓力達到0.30～0.42 MPa。取其均值0.36 作為代表值，非機動車道貫入度試驗所用壓力值需在此基礎上進行適當提高?？山梃b車行道澆筑式瀝青混合料標準貫入度試驗所用壓力與車輛荷載壓力之間的對應關系。

《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）對車輛荷載標準值所采用的參數為：后軸重2×140 kN，后輪著地寬度和長度為0.6 m×0.2 m，計算車輛輪胎的理論接地壓力為0.58 MPa。

標準貫入度試驗所用壓力為1.03 MPa，據此推算非機動車道非標準荷載貫入度試驗的壓力值為：0.36×（1.03÷0.58）=0.64 MPa。

3.2 貫入度試驗

按照非機動車道的實際荷載需要，采用0.64 MPa的壓力對澆筑式瀝青混合料進行貫入度試驗。當貫入度為1～4 mm、貫入度增量不大于0.4 mm 時，認為混合料滿足路用性能要求。本研究采用夏炎熱區的試驗溫度（60℃），試驗結果如表4 所示。

表4 非標準荷載貫入度試驗結果

根據表4 的試驗結果可知，達到相同高溫性能要求的澆筑式瀝青混合料，采用高強改性瀝青時，油石比高于采用SBS 改性瀝青。對于相同的改性瀝青，隨著油石比的提高，高溫穩定性呈下降趨勢。當油石比分別為9.0%（高強度改性瀝青）和8.0%（SBS 改性瀝青）時，0.64 MPa 壓強下的貫入度試驗結果剛好滿足路用性能要求。以這個狀態的澆筑式瀝青混合料作為高溫性能滿足要求的最低標準。

為將非標準荷載滿足高溫性能要求的最低標準轉換為標準荷載下的數值，將油石比為9.0%高強度改性瀝青澆筑式混合料和油石比為8.0%的SBS 改性瀝青澆筑式混合料分別在標準荷載（1.03 MPa）作用下進行貫入度試驗。試驗結果如表5 所示。

分析表5 的試驗數據可知，隨著試件承受荷載的增加，在相同溫度和相同時間下，澆筑式瀝青混合料試件的貫入深度明顯增加。更換改性瀝青種類時，同種瀝青具有相同規律。無論采用高強度改性瀝青還是SBS 改性瀝青，標準荷載下的貫入度試驗數據已經遠超JTG T3364-02—2019 對車行道澆筑式瀝青混合料貫入度值的要求，但在非機動車道荷載作用下能夠滿足要求，說明非機動車通行場合可以采用較低的技術標準。根據高強度改性瀝青和SBS改性瀝青的澆筑式瀝青混合料性能試驗結果，按照標準貫入度試驗壓力，可以對混合料高溫性能要求取值為：貫入度不大于5.8 mm，貫入度增量不大于0.55 mm。在這樣的技術標準要求下，對于非機動車道的澆筑式瀝青混合料鋪裝，采用SBS 改性瀝青作為結合料，不僅能夠滿足路用性能要求，還降低了瀝青用量，從而從瀝青用量和單價兩方面降低工程造價。

表5 標準荷載貫入度試驗結果

4 結 語

本文研究了橋梁非機動車道澆筑式瀝青混合料的性能參數，對機動車道和非機動車道車輛荷載和施工環境進行差異分析，通過劉埃爾流動性試驗和貫入度試驗提出了用于橋梁非機動車道澆筑式瀝青混合料的性能參數和技術標準，得出以下結論：

（1）對非機動車道的澆筑式瀝青混合料性能參數進行分析，采用劉埃爾流動性和貫入度性能作為評價參數。

（2）非機動車道的澆筑式瀝青混合料對施工和易性要求高，要求混合料能夠自流平，混合料的劉埃爾流動性宜控制在5～15 s。

（3）對非機動車道的交通荷載情況進行分析，電動三輪車雖劃分為機動車類別，卻是非機動車通行道面的較不利荷載，非標準荷載貫入度試驗壓力可采用0.64 MPa。

（4）非機動車道澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性可以采用標準荷載貫入度試驗方法進行試驗和評價，技術標準可以確定為：貫入度不大于5.8 mm，貫入度增量不大于0.55 mm。

（5）SBS 改性瀝青能夠用于非機動車道的澆筑

式瀝青混合料，滿足路用性能要求。