鋼橋面鋪裝技術的比較范文

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《北方交通》2014年第五期

1鋼橋面鋪裝的主要形式

國外大跨徑鋼橋建設歷時較長，對鋼橋面鋪裝的研究開展得較早，目前，國外橋面鋪裝方案主要有以下四種:以英國為代表的MA鋪裝體系;以日本為代表的澆筑式瀝青混凝土+SMA鋪裝體系，這種鋪裝型式在歐洲應用也較為普遍;雙層SMA鋪裝體系，在歐洲、美國、日本均有應用;環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝體系，主要在美國、澳大利亞應用較多。我國從1995年開始修建鋼橋以來，開始了鋼橋面鋪裝技術的引進、研究與實踐。由于雙層鋪裝體系能夠對鋪裝上下層材料分別進行設計，充分利用和發(fā)揮材料特性，發(fā)展到目前，我國大部分鋼橋面鋪裝都采用雙層鋪裝體系，應用較多的有三種結構形式:澆筑式瀝青混凝土+SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料、雙層SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料、環(huán)氧瀝青混合料+SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料。由于SMA表面行駛功能性良好，這三種結構形式中，都選擇了SMA作為表面層。

1.1澆筑式瀝青混凝土GA我國的澆筑式瀝青混凝土是從日本引入的，經(jīng)過長期實踐，發(fā)現(xiàn)使用天然湖瀝青加硬質瀝青作為膠結料的澆筑式瀝青混凝土低溫抗裂能力較差，為兼顧高低溫性能，我國的澆筑式改用聚合物改性瀝青，瀝青含量一般在7%～10%之間，改性瀝青指標如表1所示，級配范圍如表2所示。澆注式瀝青混合料鋪裝層的主要優(yōu)點是:澆筑式瀝青混合料本身細集料、礦粉、瀝青膠結料含量高，其內(nèi)部空隙率很小(0～1%)，且空隙均為不連通的封閉空隙，防滲水性能極佳;膠漿含量高，又使其有極好的粘結性和韌性。實踐表明，澆筑式瀝青混合料具有優(yōu)良的防水性能，可有效防止鋼橋面水損害，同時不會發(fā)生脫層病害，對鋼板的追從性較好，適用于大中型橋梁，尤其是大跨度的斜拉橋和懸索橋的鋼橋作橋面鋪裝。此外，澆筑式瀝青混合料施工溫度較高，一般在210～250℃之間，因此，擁有良好的流動性和施工和易性，只需要攤鋪整平即可。澆筑式瀝青混合料鋪裝層的主要缺點是:澆筑式瀝青混凝土由于粗集料較少，細集料、礦粉填料、瀝青含量高，因而高溫穩(wěn)定性差，易形成車轍，不適于高溫地區(qū)的鋼橋面鋪裝;施工時，必須在相對濕度小于80%的條件下進行，需要使用專用機械進行施工，例如運輸拌和車以及專用刮平機等，還需要綜合考慮氣溫與空氣濕度等因素，施工組織比較復雜。

1.2SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料使用SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料進行橋面鋪裝時，級配型式多采用SMA－10和SMA－13。SMA瀝青混合料使用SBS改性瀝青作為膠結料，瀝青含量一般在6%～8%之間，使用玄武巖或者輝綠巖等抗磨耗性能好的巖石作為骨架集料，使用堿性石灰?guī)r機制砂作為細集料，使用石灰?guī)r礦粉作為填料，并添加3%～4‰的木質素纖維作為穩(wěn)定劑。表3為我國橋面鋪裝SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料改性瀝青指標范圍，表4為SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料的級配范圍。SMA的主要優(yōu)點是:SMA為骨架密實結構，粗骨料含量達到70%以上，經(jīng)合適工藝壓實后，間形成嵌擠，抗高溫能力較強，而且表面構造深度大，摩擦力強，適合于做表面行駛功能層。SMA的主要缺點是:SMA由于粗骨料含量較高，需使用高頻低幅的壓實工藝進行壓實，但是這種壓實工藝對鋼橋影響較大，碾壓對SMA鋼橋面鋪裝來說是一個難點;SMA空隙率在3%～4%之間，在實際的使用過程中，有滲水現(xiàn)象產(chǎn)生。此外，SMA由于粗骨料多，與鋼橋面貼合較差，因此與鋼橋面的粘結性不佳。從目前的使用效果來看，SMA不適用于鋼橋面鋪裝的下層。

1.3環(huán)氧瀝青混合料環(huán)氧瀝青混凝土是通過在瀝青中添加熱固性環(huán)氧和固化劑，經(jīng)固化反應而形成的一種強度高、韌性好的瀝青混凝土，油石比一般在8%～11%之間。環(huán)氧瀝青膠結料技術要求如表5所示，環(huán)氧瀝青混合料級配范圍如表6所示。環(huán)氧瀝青混凝土的主要優(yōu)點是:高溫性能好，與鋼橋面粘結性能好，粘結性能優(yōu)良。環(huán)氧瀝青混凝土的主要缺點是:在施工過程中施工工藝極為嚴格，施工過程中，混合料內(nèi)部不能混入任何雜質，否則即使是較小的缺陷，在使用期內(nèi)也會發(fā)展成為嚴重的病害，而且一旦發(fā)生病害，無法進行維修;環(huán)氧瀝青混凝土需要一定的固化時間，因此施工周期較長，一般需要在施工后15d左右，才可通車。此外，目前環(huán)氧瀝青的技術被美國、日本等國外公司掌握，成本較高。環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝表面光滑，構造深度小，抗滑性能不足，不適于作表面行駛層。低溫性能差。低溫時材料變脆，破壞應變較小，在－15℃的條件下，破壞微應變僅為200左右，是同條件下SMA瀝青混合料的四分之一左右。因此，環(huán)氧瀝青混合料在寒區(qū)鋼橋面鋪裝應用的適用性需進一步驗證。

2鋼橋面鋪裝的技術性能對比與分析

對澆筑式瀝青混凝土鋪裝、SMA、環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝三類技術的變形協(xié)調性、防水性能、高溫性能、低溫性能、與鋼板的粘結性能、初期建設成本以及施工復雜程度進行了比較，如表7所示。在實際應用中，澆筑式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土在與鋼板的變形協(xié)調性、粘結性、材料本身的防水性方面表現(xiàn)較好，在這三個方面病害出現(xiàn)較少，而SMA與鋼板的粘結性能一般、防水性能一般，在使用過程中，容易出現(xiàn)這兩個方面的問題;對高溫性能進行比較，環(huán)氧瀝青混凝土高溫性能極佳，SMA高溫性能優(yōu)異，使用過程中，這兩種混凝土較少出現(xiàn)高溫病害，而澆筑式瀝青混凝土高溫性能較差，出現(xiàn)高溫病害的情況較多;對低溫性能進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，澆筑式瀝青混凝土低溫彎曲性能優(yōu)異，一般破壞微應變均達到4000以上，從實際的使用情況來看，澆筑式鋪裝下層較少出現(xiàn)低溫開裂情況，SMA低溫性能較好，而環(huán)氧瀝青混凝土低溫性能與澆筑式混凝土或者SMA相比較差，尤其溫度更低的情況下，環(huán)氧瀝青混凝土會變脆，破壞微應變一般會低于300，容易發(fā)生低溫開裂情況;環(huán)氧瀝青混凝土的初期建設成本最高，幾乎是SMA的3倍，澆筑式瀝青混凝土較SMA大約高30%左右;在施工復雜程度方面，環(huán)氧瀝青混合料施工難度最大，施工時混合料上不得滴上任何水滴或者雜質，施工后，需15d方可通車，而澆筑式、SMA等第二天即可通車，維修時，環(huán)氧瀝青混合料處理耗時較長，一般需要封閉交通1個月時間，社會影響大，而澆筑式瀝青混凝土、SMA等一般3d左右即可完成，對社會影響小。

3結語

(1)澆筑式瀝青混凝土高溫性能差，不適于高溫地區(qū)鋼橋面鋪裝，環(huán)氧瀝青混凝土低溫性能差，不適宜用在低溫寒冷地區(qū)。(2)SMA高溫抗車轍能力強，低溫性能強于環(huán)氧瀝青混凝土，對SMA高溫性能和低溫性能進行綜合改進，例如借鑒澆筑式瀝青混凝土的配合比組成特點，可使SMA獲得更強的適用性。(3)澆筑式瀝青混凝土鋪裝、SMA、環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝三類技術各有優(yōu)缺點，在進行剛橋面鋪裝技術選擇時應該綜合考慮工程所在位置的氣候、交通荷載情況、鋼橋結構受力特點等因素。

作者：高明單位：遼寧省交通科學研究院