摘要：桥面沥青混凝土铺装是高架桥施工的重要组成部分，关系到工程建设效益。本研究针对高架桥面沥青铺装避免振动碾压的要求，在不增加特种设备的情况下，研究了一种适合静碾压实的沥青混合料，并介绍其施工工艺，供同类桥梁施工参考。
关键词：桥面铺装；沥青混凝土铺装；聚酯纤维；压实工艺
城市高架桥具有消除新建道路与其他线路平面交叉、节省城市用地、减少路基沉陷等优点，在国内大中城市被广泛采用。桥面铺装作为桥面板的防护部分，是桥梁的重要组成。其中，沥青混凝土铺装结构防水性能好、抗变形能力强、整体性好、耐久性优良，可显著延长桥面铺装的使用寿命，降低行车噪声，提高桥梁结构的耐久性，作为目前桥面铺装的主流形式，其施工技术越来越受到重视。
1.试验与机理
1.1 级配与材料
选择常用的SMA- 13 级配，考虑到传统的SMA在施工碾压时，采用静碾工艺难以满足压实度要求，因此本研究在材料组成上做了2 个方面的改进。
1.1.1 结合料的改进
RST 改性沥青具有施工黏度低，低温黏度高的特点，低温黏度高保证了混合料的性能，而施工黏度低则提高了混合料的施工和易性，这为静碾压实提供条件。本研究采用RST 改性沥青取代SBS 改性沥青。RST 的掺量占结合料的8%，换算成混合料约占0.45%。RST 改性沥青与SBS 改性沥青的性能对比见表1。
表1 RST 改性沥青与SBS 改性沥青性能对比
由表1 可知RST 改性沥青具有更优越的高低温性能，其60 ℃动力黏度（低温黏度）10 倍于SBS改性沥青，而同时135 ℃施工黏度却明显更低，成为静碾施工的先决条件。
1.1.2 纤维的改进
作为稳定剂，木质素纤维中空多孔，吸收沥青的能力强，具有增稠作用，能明显提高混合料性能，但同时形成的沥青玛蹄脂变硬，稠度增加，施工时必须采用振动碾压。而聚酯纤维提炼于石油中，且非中空结构，根据相似相容原理，对沥青具有较强的吸附作用但吸收不明显，因此沥青胶浆的稠度明显低于木质素胶浆，在混合料揉搓时更易起到润滑作用，有利于静碾压实。本研究采用聚酯纤维取代木质素纤维。
1.2 成型方式
马氏成型形式为冲击荷载，模拟现场可以近似理解为振动碾压，为了与静碾工艺保持一致，室内试验时混合料的成型方式采用了旋转压实法。旋转压实法是一种静碾揉搓的成型试验方法，旋转压实角1.25°，旋转速率30 r/min，压力加载头对试件实施的竖直压力为600 kPa。
2.结果分析
2.1聚酯纤维掺量的选择
纤维掺量是指纤维占沥青混合料的质量百分比。为了研究聚酯纤维的最佳掺量，分别按照0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5% 5 种掺量评价SMA混合料的性能变化，RST 掺量固定为混合料的0.45%。分析结果见表2、图1。
表2 不同掺量聚酯纤维对SMA混合料的影响
图1 掺量与性能关系曲线
由图1 可知添加聚酯纤维后，混合料的高温动稳定度和低温弯曲应变都有显著提高。由于聚酯纤维在沥青混合料中的分布形态由数个弯曲转折组成，当混合料承受外力作用使纤维受拉时，在纤维弯曲的凹侧便会产生纤维对矿料颗粒的压力与摩擦力，相当于增大了混合料的内摩擦角，从而起到了加筋作用。当掺量达到0.3%时，SMA 混合料的高低温性能达到最高值，随着掺量继续增加，性能出现衰减。这是由于聚酯纤维长度较长，且在沥青混合料中无序分布，形成多个交织点和三维网络结构，起到桥接作用，当掺量过高时，聚酯纤维在混合料的搅拌过程中相互抱团缠绕而形成孤球状，减少了对沥青的吸附面积，造成游离态沥青增加，导致沥青坠流，从而影响混合料性能。因此本研究中，聚酯纤维的最佳掺量确定为0.3%。
2.2压实可行性
为了确定无振动碾压的可行性，分别测试了传统SMA 混合料与静碾SMA 混合料在旋转压实圈数达到40 圈、50 圈、60 圈、70 圈、80 圈时的空隙率。对比结果见表3、图2。
表3 不同圈数下2 种SMA混合料的空隙率变化%
图2 空隙率与圈数关系
由图2 可知静碾SMA- 13 在压实到60 圈时，空隙率降至3.45%，此后即便圈数继续增加，空隙率变化不大，这说明60 圈时静碾SMA- 13 已实现压实；而传统SMA- 13 在80 圈前，空隙率持续降低，80 圈后稳定，实现压实。所以静碾SMA- 13实现压实，比传统SMA- 13 节省了25%的压实功，显然更容易达到目标压实度，因此理论上改进后的SMA- 13 采用静碾工艺实现压实度是可行的。
3.现场压实工艺的确定
适合静碾的沥青混合料是基础，现场的静碾施工工艺则是目标的实现的体现。表4 为采用无核密度仪对SMA 路面现场压实度的实时监控数据，压实度的发展变化过程见图3。由表4 和图3 可知混合料在经历3 次钢轮静态碾压后，压实度趋于稳定，但不足98%，此为第一阶段碾压；再经3 次胶轮碾压后，实现第二阶段稳定，且压实度达到99%；在终碾收光后，监测压实度达到99.4%的理想压实状态。这说明改进后的SMA- 13 经过3
次钢轮压路机静碾、3 次胶轮压路机静碾并收光后，实现了目标压实度，解决了高架桥面铺装不振动碾压的难题。
表4 静碾工艺压实度监测结果
图3 静压工艺混合料压实度发展过程
根据现场碾压和压实度监测，总结了两点重要经验：
（1）提早胶轮压路机的作用时机，使胶轮压路机碾压结束后，混合料仍具有较高的压实潜力，即材料具有较高的温度，以便为后续的压实操作创造条件；
（2）待胶轮压路机碾压结束后，钢轮压路机应紧跟着进行收光碾压，并将该阶段作为压实度过程控制的重要阶段。
4.结语
综上，桥面铺装是桥梁工程中的关键技术环节，本研究开发出一种适合静碾的SMA沥青混合料；从室内测试结果看，静碾SMA- 13 实现压实所需要的压实功，比传统SMA- 13 减少25%，此为实现静碾压实提供理论基础；经过工程验证，3 遍钢轮压路机静碾、3 遍胶轮压路机静碾的顺序碾压组合可以使SMA 路面的压实度达到99.6%，满足目标压实度，实现静碾压实。
参考文献：
[1]刘郁贞.沥青混凝土桥面铺装材料与技术研究[D].太原理工大学，2009.
[2]张逸琳.城市高架桥沥青铺装结构受力特征及其粘结层受力研究[D].西南交通大学，2017.
论文作者:杨建文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/16
标签：压实论文; 沥青论文; 聚酯纤维论文; 桥面论文; 压路机论文; 黏度论文; 胶轮论文; 《基层建设》2018年第1期论文;