翔安大橋鋼橋面鋪裝澆筑式瀝青混合料施工技術

張建忠，周 樂，劉 攀

(1.福建省交通建設工程質量安全中心,福建 福州 350001; 2.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司,重慶 401336)

1 工程概況

1.1 項目概況

廈門第二東通道起自廈門市湖里區枋鐘路與金尚路交叉點,接海滄隧道(第二西通道)本島連接線,向東跨越本島東部海域,止于廈門市翔安區翔安大道,接已建翔安南路劉五店(翔安南)互通式立交,路線全長12.37 km,其中鋼箱梁段長3.27 km。

1.2 鋼橋面鋪裝結構

考慮翔安大橋的預期應用狀態,除了要求鋪裝層具有良好的基本路用性能,并且其鋪裝層應與鋼板之間具有良好的層間結合能力外,對鋼橋面板等結構也起到良好的防護效果。因此采用澆筑式鋪裝結構,具體結構及材料類型與用量見表1。

表1 翔安大橋鋼橋面鋪裝結構

1.3 原材料的選擇

1.3.1 瀝青

澆筑式瀝青混合料GA-10采用高強度改性瀝青,其技術要求及檢測結果見表2。高強度改性瀝青的軟化點超過100 ℃,5 ℃延度超過30 cm,針入度比超過80%,表明該瀝青具有十分優異的高溫穩定性、低溫延性和抗老化性能,其綜合性能明顯優于湖瀝青復合改性瀝青和普通澆筑式聚合物改性瀝青,更能適應翔安大橋鋼橋面鋪裝的服役狀況。

表2 高強度改性瀝青技術要求及檢測結果

1.3.2 集料及礦粉

粗、細集料分別采用輝綠巖,礦粉采用石灰巖,集料及礦粉的技術要求同檢測結果見表3—表5。

表3 粗集料技術性能指標及檢測結果

表4 細集料技術性能指標及檢測結果

表5 礦粉技術性能指標及檢測結果

1.3.3 生產配合比

生產配合比設計級配為3號倉(7 mm～11 mm)∶2號倉(4 mm～7 mm)∶1號倉(0 mm～4 mm)∶礦粉=27.0∶10.0∶34.0∶29.0,級配曲線見圖1。

按設計的GA-10型礦料級配進行配料,選擇油石比7.4%,7.6%,7.8%,8.0%和8.2%進行試驗,結果見表6。可以看出,油石比為7.8%,8.0%的澆筑式瀝青混合料流動性、60C貫入度及60C貫入度增量指標均滿足規范及設計文件中的要求。通過混合料的高溫穩定性和施工和易性綜合考慮,故采用最佳油石比7.8%為最佳油石比。

表6 不同油石比GA-10混合料性能試驗結果

2 澆筑式瀝青混合料GA-10實施過程

2.1 GA-10的生產

拌和全過程使用計算機系統完成監控,由拌和站集料系統完成計量標定,以保證測量數據的準確性。同時,嚴格控制瀝青和集料的加熱溫度及混合料出料溫度,集料升溫至290 ℃～320 ℃,瀝青加熱溫度170 ℃～185 ℃。將加熱后的集料稱重后加入礦粉,干拌15 s使礦粉充分拌和均勻。再加入改性瀝青,濕拌90 s,加上瀝青延時及放料時間總拌和時間約為120 s。

2.2 GA-10的運輸

采用專用澆筑式Cooker升溫攪拌運輸車進行裝運。在Cooker初次進料之前,將其溫度預熱至130 ℃～140 ℃左右,混合料溫度控制在220 ℃～240 ℃,不超過250 ℃,保持對裝入Cooker中混合料的攪拌,攪拌時間根據溫度控制在4 h～6 h。

2.3 GA-10施工前準備

翔安大橋試驗段整體施工環境要求環境溫度不低于10 ℃,嚴禁于下雨天施工。在澆筑式瀝青混合料攤鋪之前,必須保證黏結層的清潔干燥以及伸縮縫完成安裝和保護措施,避免輪胎對伸縮縫的污染。設置專人對Cooker的輪胎進行清潔,確保所有車輪清潔完畢后才能駛入作業面,施工過程中隨時保證工作面和車輛輪胎保持干凈狀態。根據測量組繪制的邊線擺放鋼模和軌道板,并在鋼模表面涂刷隔離劑。

2.4 GA-10的攤鋪

施工前確保攤鋪機處于良好運行狀態并對攤鋪機在不小于200 ℃條件下進行預熱0.5 h以上。待GA-10混合料在Cooker車內攪拌達到規定時間后進行攤鋪,速度約1.5 m/min～2 m/min。

配置專職的放料員進行Cooker車的放料工作,放料時Cooker車距攤鋪機熨平板不大于1.5 m。攤鋪過程中,用插針法測量實際攤鋪厚度,及時調節鋪裝厚度。作業中觀測與側限間連結情況,不密實時人工做好抹邊,以保證GA-10邊部平順、飽滿。安排專人負責采用帶尖頭的工具刺破產生的氣泡,使之充分密實,并做好記錄。

使用1臺林泰閣預拌碎石撒布機,緊跟攤鋪機撒布,距離保持約在10 m,預拌碎石撒布量以4 kg/m2,6 kg/m2分段式撒布,粒徑為5 mm～10 mm,沉入2/3體積,邊側預留10 cm～15 cm作為下一幅銜接位置。為確保預拌碎石良好嵌入于澆筑式瀝青混合料中,當溫度達到120 ℃～150 ℃時,采用小型壓路機進行碾壓。當溫度小于100 ℃時,拆除邊側鋼模限制,使鋪裝層冷卻,留下一個輪廓清晰的邊側連接[3]。

3 澆筑式瀝青混合料GA-10性能檢測

3.1 GA-10流動性

澆筑式瀝青混合料的施工和易性由流動性進行表征,現場檢測結果如表7所示。

表7 澆筑式瀝青混合料GA-10流動性現場檢測結果

可以看出,在設計油石比和施工溫度下,澆筑式瀝青混合料GA-10具有良好的流動性。一般來說,溫度越高,混合料的流動性越好。同時又要盡量保證施工安全性以及防止混合料由于高溫而老化。綜合考慮,控制澆筑式瀝青混合料的施工溫度在225 ℃～240 ℃。

3.2 GA-10高溫性能

在靜載情況下,澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性由貫入度和貫入度增量表征,項目首次使用全自動貫入度儀(如圖2所示)進行試驗檢測,試驗溫度60 ℃,檢測結果如表8所示。

表8 澆筑式瀝青混合料GA-10貫入度試驗結果

可以看出,GA-10的60 ℃貫入度及其增量較小,完全滿足設計要求,且相比傳統澆筑式瀝青混合料(貫入度350～380,貫入度增量30～35),其高溫性能更為優異[4]。

進一步分析澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性,進行車轍試驗,溫度60 ℃,結果見表9。

表9 澆筑式瀝青混合料GA-10車轍試驗結果

翔安大橋GA-10瀝青混合料的60 ℃動穩定度達到1 101次/mm,較傳統澆筑式瀝青混合料大幅提升,驗證了特種改性高強度瀝青可有效提高澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性。

采用車轍試驗評價預拌碎石對澆筑式瀝青混合料高溫穩定性,溫度60 ℃,結果見表10。

表10 預拌碎石澆筑式瀝青混合料GA-10車轍試驗結果

結果表明,預拌碎石的壓入能進一步提高澆筑式瀝青混合料的高溫穩定性,但是碎石的壓入并沒能改變混合料的結構類型,因此提高效果也相對有限。

3.3 GA-10低溫性能

采用彎曲小梁試驗測試澆筑式瀝青混合料GA-10的低溫彎曲應變,試驗溫度-10 ℃,加載速度50 mm/min,現場檢測結果如表11所示。

表11 澆筑式瀝青混合料GA-10低溫小梁試驗結果

可以看出,澆筑式瀝青混合料GA-10的低溫彎曲應變超過了3 500 με,大于規范要求的3 000 με,表明高強度改性瀝青可有效提高傳統澆筑式瀝青混合料GA-10低溫變形性能。

3.4 GA-10與防水黏結層黏結性能

準備若干30 cm×60 cm的預制鋼板,按照現場工藝噴砂除銹、涂布底漆、防水層和黏結層,成型澆筑式瀝青混合料GA-10。測試混合料GA-10與防水黏結層的拉拔強度,試驗溫度25 ℃,測試結果如表12所示。拉拔試驗結果表明,GA-10與防水黏結層間的拉拔強度平均值可達1.55 MPa,黏結性能良好,滿足設計文件及規范要求[5]。

表12 GA-10與防水黏結層拉拔試驗結果

4 結語

通過對試驗段混合料生產情況及現場試驗檢測情況的研究,試驗段澆筑式瀝青混合料施工工藝良好,配合比設計滿足要求,生產質量穩定。同時,高強度改性瀝青拌制的澆筑式瀝青混合料具備較好的流動性、低溫性能和優異的高溫性能,與防水黏結層黏結性能良好,滿足翔安大橋橋面鋪裝的使用條件。試驗段的成功鋪裝為翔安大橋主橋的鋪裝提供了有效的技術支撐,并為相同鋪裝類型的高溫重載鋼箱梁鋪裝工程應用積累了經驗。