江门市政企业集团有限公司广东江门529000
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1RST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30r/min,压力加载头对试件实施的竖直压力为600kPa。
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.