水泥混凝土橋面超薄鋪裝層材料優選及配合比設計

鄭金剛

（河北燕峰路橋建設集團有限公司，河北 石家莊 050091）

對于水泥混凝土橋梁的鋪裝結構而言，當厚度減薄時，對鋪裝層材料的性能要求更高，為此，本文研究了小粒徑瀝青混合料、非碾壓型瀝青混合料、復式微表處混合料和橡膠瀝青混合料，以適應不同鋪裝結構的要求。

1 小粒徑薄層鋪裝材料的性能

小粒徑瀝青混合料具有性能優良、攤覆厚度小的特點，適用于公路工程預防性養護，亦可作為新建公路橋梁的功能層。本文所指的小粒徑瀝青混合料是指最大粒徑為9.5mm的混合料，由于粒徑較小，因此適用于薄層鋪裝結構。筆者在研究過程中設計了逐級填充貫入阻力試驗，試驗結果如表1所示。

表1 不同比例集料混合后的貫入阻力

由表1可以得出：

（1）粒徑較大的集料對提高集料的內摩擦角的作用比較明顯；

（2）在4.75mm顆粒固定時，加入適當比例的2.36mm、1.18mm顆?？墒沟眉魪姸让黠@提高，而繼續添加0.6mm顆粒則強度提高不明顯。

由此可以認為，在小粒徑瀝青混合料中，對外力承受能力最強的是4.75mm，2.36mm和1.18mm；而1.18mm以下的顆粒不受力或只承擔很小一部分力，由此可以認為1.18mm以下的顆粒不具有骨架構成能力。

為進一步研究小粒徑瀝青混合料的級配構成機理，筆者又引進了分形理論來計算級配的分形維數，如式（1） 所示：

利用不同粒徑顆粒壓碎后的級配數據進行計算，發現分形理論可以有效的預測級配的破碎規律，如表2所示。

表2 不同最大粒徑集料壓碎計算與實際篩分結果

通過混合料性能的進一步驗證，確定小粒徑混合料的級配（見表3）。

表3 小粒徑瀝青混合料的推薦級配

進一步針對不同結構組合的薄層鋪裝結構的高溫性能進行實驗研究，實驗結果表明，采用雙層骨架密實性小粒徑混合料鋪裝結構（2cm+2cm）的高溫穩定性，明顯高于采用傳統的AC結構及骨架空隙結構；并且對防水黏結層的用量有較好的適應性，如表4所示。

表4 雙層體系車轍試驗結果

2 非碾壓型瀝青混合料的性能

為進一步提高水泥混凝土橋面薄層鋪裝的平整度，本研究借鑒傳統澆注式瀝青混合料性能，通過對膠結料的優選和級配的重新設計，采用不同的原材料制備了8種不同的膠結料，如表5所示。

表5 組合瀝青的各組分摻量

通過室內試驗研究和混合料性能驗證，設計出了一種全新的混合料，如圖1所示。

圖1 新級配與日本級配下限的對比

該混合料的性能遠高于傳統的澆注式瀝青混合料，如表6和圖2所示。

表6 混合料的高溫性能檢驗

該混合料在有效提高溫穩定性的基礎上，仍然保持傳統澆注式瀝青料優良的低溫、密水及抗疲勞性能，如表7所示。

表7 兩種澆注式混合料性能對比

非碾壓型混合料經過試驗路的試鋪和檢驗，測試結果如表8所示?？梢钥闯?，非碾壓型瀝青混合料現場施工后的孔隙率非常低，且混合料完全不滲水，從芯樣也可以看出，非碾壓型瀝青混合料的結構非常致密。

表8 取芯件空隙率和取芯部位滲水系數

3 橋面鋪裝用微表處混合料的配合比設計及性能

為進一步減薄鋪裝層的厚度，筆者進行了微表處鋪裝結構的研究。針對橋面鋪裝的高性能要求，分別從乳化瀝青和集料兩方面加以嚴格控制，分別研究了乳化劑種類、乳化劑用量、改性劑摻量和集料性質等對乳化瀝青性能的影響，如圖2和圖3所示。

圖2 乳化劑用量對可拌和時間的影響

圖3 改性劑劑量對剝落的影響

為確保用于橋面鋪裝的微表處的性能，筆者重點對用于微表處的集料的潔凈度進行了研究，通過實驗證明采用亞甲藍值指標可更有效的反應集料的潔凈度，其與混合料性能的關系也更好，如圖4和圖5所示。

結合本文中對于含泥量與亞甲藍值之間關系的研究和混合料試驗的試驗，本研究提出MBV＜1.5g/kg的集料為合格。

對于橋面鋪裝工程，要求微表處鋪裝層同時滿足與下承層的粘接性能、對下承層的找平功能、表面防滑功能、高溫穩定性及低溫抗裂性等。因此建議采用如圖6所示的結構組合。

圖4 亞甲藍值與可拌和時間的關系

圖5 亞甲藍值與試件寬度變化率的關系

圖6 雙層橋用微表處結構組合

上述結構中，下層采用MS—Ⅱ混合料，由于其級配較細、瀝青用量較大，因此具有較好的找平和粘接能力，而上層采用MS—Ⅲ混合料有助于確保鋪裝層的高溫穩定性和路表的防滑性能。同時采用雙層結構也有助于提高鋪裝層的抗裂性能。

4 結論

（1）混合料性能試驗表明，小粒徑瀝青混合料（最大9.5mm）高溫穩定甚至于還優混合料性能試驗表明，其高溫穩定甚至還優于SMA—5和SMA—10混合料，而且路表構造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙表構造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙表構造深度介于兩者之間，其路用性能可以滿足薄層鋪裝對混合料的要求；雙層小粒徑瀝青混合料的鋪裝結構動穩定度可達到4 000次/mm。

（2）非碾壓型瀝青混凝土相對傳統澆注式而言可以極大的提高溫穩定性，動穩定度可超過5000次/mm；而低溫抗裂性、而低溫抗裂性、裂縫愈合能力、抗疲勞性能及水穩定性等路用能仍保持與傳統澆注式瀝青混凝土相近，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝，表明非常適合于水泥混凝土橋面的鋪裝；

（3）室內試驗研究和現場調查表明，雙層微表處橋面鋪裝結構可完全適應高速公路水泥混凝土橋面鋪裝的要求。

參考`文獻：

[1] 羅立峰，鐘鳴，黃成造.橋面鋪裝設計理論的研究[J].華南理工大學學報：自然科學版，2002（4）：91-96.

[2] 付智，李紅.橋面鋪裝新材料與新技術[J].混凝土世界，2010（11）：22-27.

[3] 許濤，黃曉明.橋面鋪裝材料設計參數對鋪裝層受力影響[J].公路交通科技，2007（9）：32-36.