地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究

曹兴松，杨晓强，段宝东，刘世雄

（1重庆对外建设（集团）有限公司，重庆401112；2公路创新工程技术研究中心，北京100088；3江苏交通控股有限公司，江苏宿迁21002）

地毯式沥青混合料结构在小西冲大坡度弯道钢桥的创新研究

曹兴松1，杨晓强2，段宝东3，刘世雄1

（1重庆对外建设（集团）有限公司，重庆401112；2公路创新工程技术研究中心，北京100088；3江苏交通控股有限公司，江苏宿迁21002）

可卷曲和延展性沥青混合料结构在安徽小西冲大坡度弯道钢桥的首次应用研究，地毯式沥青混合料创新了钢桥面的铺筑结构类型。混合料具有较高的耐疲劳性、反复弯曲应变性、抗高温变形和抗低温抗裂的复合性能。通过室内混合料的理论行为研究与现场铺筑工艺行为特征的演变过程，对今后特殊钢桥面的设计结构类型奠定了理论与实践基础。

地毯式沥青；材料结构；特种钢桥面；创新研究

0　引言

安徽省合肥市京台高速公路与合肥绕城高速公路转换的小西冲枢纽D匝道钢桥，设计为三联35m+43m+43m+35m钢箱梁，下部结构为桩柱式桥墩，钢箱梁桥面板厚度为14mm，顶板采用U形肋，设置了横隔板，厚度为12mm。横坡为4%，纵坡极值从+2.43%到-3.54%，组合坡度约5.3%～7.8%，在重载车辆多与平、纵、横坡度组合下，钢桥面受力工况复杂。

原桥面设计40mm的高粘度沥青黏结层+高粘度改性沥青SMA路面结构铺装。2008年通车不久即发生较严重损坏。局部路面脱落导致车辆直接作用在钢板上，每次修复后很快再次发生损坏，基本处于不可治愈的程度，建设单位已制定拆除重新修建的预案。损坏形式为推移和拥包、层间脱离和混合料松散。

地毯沥青路面（Carpet asphalt pavement）是最早由荷兰代尔夫特大学提出的概念。主要通过高聚合物沥青、连续纤维稳定剂和导热金属源等优化组合的沥青混合料。具备较高的反复弯曲变形、裂纹恢复和快速再生等综合能力。简称CA。可预制成卷曲的实体路面成品，也可将可卷曲的混合料设计技术用于现场施工成型。

该项目在大量室内研究成果的基础上，将地毯式沥青混合料技术体系应用在小西冲大坡度、弯桥和减速路段的钢桥面铺装，为特殊条件下的钢桥面铺装结构提高可靠的实体应用基础，为我国创新了复杂体系下的钢桥面铺装典型结构。

1　总体设计方案

小西冲钢桥的面板厚度偏薄，钢桥面入口为长上坡路段，重载车辆需要加速冲坡，到达坡顶时，马上进入弯道和钢桥路段，重载车辆连续在钢桥面上刹车减速，钢桥面受到侧向和纵向的剪切和共振的作用。加之，钢桥的钢面板竖向柔度较大，形成层底拉应变的疲劳开裂，横隔板和纵隔板与钢面板焊接部位将受到负弯矩的拉应变疲劳裂纹［1］。

小西冲钢桥面预防性病害设计主要解决以下几点。

（1）钢面板与沥青混合料的剪应力和震动的层间粘结疲劳性

该项目钢面板采用喷砂打毛，粗糙度达到Sa2.5，喷洒0.4kg/m2的特种改性环氧树脂，特种改性环氧树脂具备高抗拉性能，高抗剪强度，高抗变形性能，且具备在铺装上层沥青混合料时，受热二次软化和固化能力，提高钢板与上层混合料的黏附能力。在刚喷洒的作业面撒布2.36～4.75mm集料，撒布量为满铺率50%～70%作为层间剪力碎石钉，提高因减速造成的剪切破坏。

（2）下面层层底拉应变

考虑项目的钢板厚度14mm偏薄，下面层层底拉应变与正常路面的层底拉应变增加大约1.5～3.0倍。常规改性沥青体系无法达到预防，结合应力防水黏结层的特种改性材料的特点，对下面层CA-10混合料材料采用特种改性环氧树脂与SBS改性相结合的复合改性沥青混合料。提高路面抵抗竖向变形能力，通过高柔性环氧树脂提高层底拉应变的延展变形性能，最佳油石比7.5%。考虑到粗集料粒径大小对荷载应力的分散影响，又得考虑下面层的二次防水功能，该次CA-10配合比级配为下细上粗的特点。

（3）下面层与表面层的层间粘结

为了实现层间荷载传递的连续性，原设计采用双层摊铺机工艺，因桥面工程量太少，调动一台双层摊铺机的成本和周期困难，调整为“冷+热”的工艺组合，并在层间采用具备二次加热固化的特种改性环氧树脂材料。

（4）表面层的负弯矩拉应变

横隔板和纵隔板与钢面板焊接部位将受到负弯矩的拉应变影响，项目采用高聚合物改性沥青体系下的地毯式路面技术，初定改性沥青聚合物含量为12%，试拌过程临时调整为聚合物含量15%，高聚合物改性采用“直投式”拌和改性体系。钢桥面铺装总体设计如图1所示。

图1　小西冲大坡度弯道钢桥设计

2　应力防水黏结层

旧桥面的沥青混凝土脱层严重，清理相对简单。局部车辆未荷载的边缘防水黏结层保持较好，过程中使用人工铲除和明火加热等组合工艺清除。

两台美国佰锐泰抛丸除锈刻纹，表面粗糙度达到60～100μm。为避免空气中的水分与喷砂打毛完成后的钢板发生氧化反应，应边打毛边清洁边涂刷特种环氧树脂，随后立刻撒布2.36～4.75mm剪力碎石钉。抛丸作业环境应满足表1的要求。

表1　喷砂打毛作业环境要求

项目特种改性环氧树脂材料应满足表2的要求。

表2　特种改性环氧树脂材料检测结果

3　地毯式沥青混合料原材料

项目粗集料采用专用精加工的0～0.60mm、0.60～1.18mm、1.18～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm，压碎值2.7%，针片状小于1.8%，软石含量0.2%，洛杉矶磨耗损失10%，石灰岩加工矿粉，德国颗粒纤维稳定剂，韩国双龙SBS改性沥青（SBS含量4.5%），特种高柔性环氧树脂添加剂，国产高粘度添加剂。

4　排水沥青路面施工工艺

下面层CA-10采用SBS改性沥青与特种环氧树脂复合改性比例为1∶1的胶浆材料，拌和站出料温度按照185～190℃，不得超过195℃，不得低于180℃。按照常规改性沥青体系摊铺碾压。胶轮搓揉碾压的防粘不得涂刷油类隔离剂，碾压时胶轮应进行除油清洁。因为，层间黏结层采用特种环氧树脂材料，不得接触油类物质，防止层间出现不黏结或粘结能力下降病害。收缩缝和两则防撞墙的接头位置，应采用纯特种环氧树脂浇筑进行预防性病害处理。

上面层CA-10采用SBS改性沥青与高粘度改性添加剂复合改性，复合改性沥青混合料聚合物含量为15%，拌和站出料温度按220～240℃控制，不得超过260℃，不得低于200℃。实测出场温度在220℃左右。摊铺碾压和人工辅助应快速。胶轮搓揉碾压可涂刷油类隔离剂。由于出场温度控制偏低，出现局部的碾压不密实和缺陷。采用纯特种环氧树脂浇筑收缩缝、两则防撞墙的接头和局部缺陷位置，完工后进行了全部段落的超前改性乳化沥青预养护。

5　地毯式沥青混合料特性

项目下面层的SBS改性沥青与特种环氧树脂复合改性地毯式沥青混合料CA-10级配见表3。

为提高钢桥面的竖向变形和层底拉应变的能力，采用的高模量、高柔性和可弯曲的地毯式CA-10沥青混合料性能见表4，最佳油石比7.5%。

表3　CA-10环氧树脂复合改性地毯式沥青混合料的级配

表4　CA-10环氧树脂复合改性地毯式沥青混合料性能结果

地毯式混合料上面层CA-10的最佳油石比7.3%。标准级配及混合料性能见表5和表6所示。

表5　CA-10高聚合物复合改性地毯式沥青混合料的级配

表6　CA-10高聚合物复合改性地毯式混合料性能检验结果表

6　结论

地毯式沥青混合料的研究成果，首次在条件复杂的大坡度、弯道和减速段的钢桥面成功应用，充分论证了地毯式沥青混合料成套技术的可靠性和先进性，运营2年后无任何明显的损坏潜在迹象。地毯式沥青路面结构适合大型悬索桥和耐久性特别高的钢桥面。

［1］CAO Xinsong，YANG Xiaoqiang，DUAN Baodong，etc. Performance evaluation of a novel high durability epoxy asphalt concrete for bridge deck pavements［J］.Applied Mechanics& Materials，2014，488-489∶550-553.

责任编辑：孙苏，李红

区县建设

重庆璧山绿色建筑推进工作又上新台阶

今年璧山区将继续推动绿色建筑发展，计划新增绿色建筑面积30万㎡。早在今年7月，璧山区政府就发布了《重庆市璧山区推进绿色建筑发展实施细则》，将御湖新区核心区384公顷划为绿色建筑重点实施范围，以推动璧山区国家级绿色生态城区建设。区城乡建设委员会相关科室负责人介绍，相较于传统建筑，绿色建筑的优势在于既能减少能源消耗，又能提高舒适度。目前璧山区正大力发展绿色建筑，坚持以绿色为向导转变建筑发展模式，以现有绿色建筑项目为核心打造低碳社区和示范建设样板，完善建筑节能和绿色建筑规划、设计、施工验收监管机制，多举措推动既有建筑节能改造和绿色建筑发展。（璧山区城乡建委）

Innovation Study of Carpet Asphalt Mixture Structure in Xiaoxichong Large-slope Bend Steel Bridge

The application of rollable and scalable asphalt mixture structure in Xiaoxichong large-slope bend steel bridge is studied for the first time，carpet asphalt mixture innovates the pavement structure of steel bridge surface.Mixture has the composite properties of high fatigue resistance，repeated bending strain resistance，high anti-high temperature deformation and anti-low temperature cracking.The study on indoor mixture theory and pavement techniques can provide some theoretical and practical basis for future special steel deck design.

carpet asphalt；material structure；special steel bridge surface；innovative study

TU535

A

1671-9107（2016）09-0034-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.09.034

2016-07-18

曹兴松（1972-），男，天津人，博士，教授级高级工程师，主要从事公路桥梁、隧道、道路路面工程、边坡植被防护工程等相关领域的科研工作。