水泥混凝土桥面超薄铺装层材料优选及配合比设计

郑金刚

（河北燕峰路桥建设集团有限公司，河北 石家庄 050091）

对于水泥混凝土桥梁的铺装结构而言，当厚度减薄时，对铺装层材料的性能要求更高，为此，本文研究了小粒径沥青混合料、非碾压型沥青混合料、复式微表处混合料和橡胶沥青混合料，以适应不同铺装结构的要求。

1 小粒径薄层铺装材料的性能

小粒径沥青混合料具有性能优良、摊覆厚度小的特点，适用于公路工程预防性养护，亦可作为新建公路桥梁的功能层。本文所指的小粒径沥青混合料是指最大粒径为9.5mm的混合料，由于粒径较小，因此适用于薄层铺装结构。笔者在研究过程中设计了逐级填充贯入阻力试验，试验结果如表1所示。

表1 不同比例集料混合后的贯入阻力

由表1可以得出：

（1）粒径较大的集料对提高集料的内摩擦角的作用比较明显；

（2）在4.75mm颗粒固定时，加入适当比例的2.36mm、1.18mm颗粒可使得剪强度明显提高，而继续添加0.6mm颗粒则强度提高不明显。

由此可以认为，在小粒径沥青混合料中，对外力承受能力最强的是4.75mm，2.36mm和1.18mm；而1.18mm以下的颗粒不受力或只承担很小一部分力，由此可以认为1.18mm以下的颗粒不具有骨架构成能力。

为进一步研究小粒径沥青混合料的级配构成机理，笔者又引进了分形理论来计算级配的分形维数，如式（1） 所示：

利用不同粒径颗粒压碎后的级配数据进行计算，发现分形理论可以有效的预测级配的破碎规律，如表2所示。

表2 不同最大粒径集料压碎计算与实际筛分结果

通过混合料性能的进一步验证，确定小粒径混合料的级配（见表3）。

表3 小粒径沥青混合料的推荐级配

进一步针对不同结构组合的薄层铺装结构的高温性能进行实验研究，实验结果表明，采用双层骨架密实性小粒径混合料铺装结构（2cm+2cm）的高温稳定性，明显高于采用传统的AC结构及骨架空隙结构；并且对防水黏结层的用量有较好的适应性，如表4所示。

表4 双层体系车辙试验结果

2 非碾压型沥青混合料的性能

为进一步提高水泥混凝土桥面薄层铺装的平整度，本研究借鉴传统浇注式沥青混合料性能，通过对胶结料的优选和级配的重新设计，采用不同的原材料制备了8种不同的胶结料，如表5所示。

表5 组合沥青的各组分掺量

通过室内试验研究和混合料性能验证，设计出了一种全新的混合料，如图1所示。

图1 新级配与日本级配下限的对比

该混合料的性能远高于传统的浇注式沥青混合料，如表6和图2所示。

表6 混合料的高温性能检验

该混合料在有效提高温稳定性的基础上，仍然保持传统浇注式沥青料优良的低温、密水及抗疲劳性能，如表7所示。

表7 两种浇注式混合料性能对比

非碾压型混合料经过试验路的试铺和检验，测试结果如表8所示。可以看出，非碾压型沥青混合料现场施工后的孔隙率非常低，且混合料完全不渗水，从芯样也可以看出，非碾压型沥青混合料的结构非常致密。

表8 取芯件空隙率和取芯部位渗水系数

3 桥面铺装用微表处混合料的配合比设计及性能

为进一步减薄铺装层的厚度，笔者进行了微表处铺装结构的研究。针对桥面铺装的高性能要求，分别从乳化沥青和集料两方面加以严格控制，分别研究了乳化剂种类、乳化剂用量、改性剂掺量和集料性质等对乳化沥青性能的影响，如图2和图3所示。

图2 乳化剂用量对可拌和时间的影响

图3 改性剂剂量对剥落的影响

为确保用于桥面铺装的微表处的性能，笔者重点对用于微表处的集料的洁净度进行了研究，通过实验证明采用亚甲蓝值指标可更有效的反应集料的洁净度，其与混合料性能的关系也更好，如图4和图5所示。

结合本文中对于含泥量与亚甲蓝值之间关系的研究和混合料试验的试验，本研究提出MBV＜1.5g/kg的集料为合格。

对于桥面铺装工程，要求微表处铺装层同时满足与下承层的粘接性能、对下承层的找平功能、表面防滑功能、高温稳定性及低温抗裂性等。因此建议采用如图6所示的结构组合。

图4 亚甲蓝值与可拌和时间的关系

图5 亚甲蓝值与试件宽度变化率的关系

图6 双层桥用微表处结构组合

上述结构中，下层采用MS—Ⅱ混合料，由于其级配较细、沥青用量较大，因此具有较好的找平和粘接能力，而上层采用MS—Ⅲ混合料有助于确保铺装层的高温稳定性和路表的防滑性能。同时采用双层结构也有助于提高铺装层的抗裂性能。

4 结论

（1）混合料性能试验表明，小粒径沥青混合料（最大9.5mm）高温稳定甚至于还优混合料性能试验表明，其高温稳定甚至还优于SMA—5和SMA—10混合料，而且路表构造深度介于两者之间，其路用性能可以满足薄层铺装对混合料的要求；双表构造深度介于两者之间，其路用性能可以满足薄层铺装对混合料的要求；双表构造深度介于两者之间，其路用性能可以满足薄层铺装对混合料的要求；双层小粒径沥青混合料的铺装结构动稳定度可达到4 000次/mm。

（2）非碾压型沥青混凝土相对传统浇注式而言可以极大的提高温稳定性，动稳定度可超过5000次/mm；而低温抗裂性、而低温抗裂性、裂缝愈合能力、抗疲劳性能及水稳定性等路用能仍保持与传统浇注式沥青混凝土相近，表明非常适合于水泥混凝，表明非常适合于水泥混凝，表明非常适合于水泥混凝，表明非常适合于水泥混凝土桥面的铺装；

（3）室内试验研究和现场调查表明，双层微表处桥面铺装结构可完全适应高速公路水泥混凝土桥面铺装的要求。

参考`文献：

[1] 罗立峰，钟鸣，黄成造.桥面铺装设计理论的研究[J].华南理工大学学报：自然科学版，2002（4）：91-96.

[2] 付智，李红.桥面铺装新材料与新技术[J].混凝土世界，2010（11）：22-27.

[3] 许涛，黄晓明.桥面铺装材料设计参数对铺装层受力影响[J].公路交通科技，2007（9）：32-36.