钢桥面铺装技术的比较范文

《北方交通》2014年第五期

1钢桥面铺装的主要形式

国外大跨径钢桥建设历时较长，对钢桥面铺装的研究开展得较早，目前，国外桥面铺装方案主要有以下四种:以英国为代表的MA铺装体系;以日本为代表的浇筑式沥青混凝土+SMA铺装体系，这种铺装型式在欧洲应用也较为普遍;双层SMA铺装体系，在欧洲、美国、日本均有应用;环氧沥青混凝土铺装体系，主要在美国、澳大利亚应用较多。我国从1995年开始修建钢桥以来，开始了钢桥面铺装技术的引进、研究与实践。由于双层铺装体系能够对铺装上下层材料分别进行设计，充分利用和发挥材料特性，发展到目前，我国大部分钢桥面铺装都采用双层铺装体系，应用较多的有三种结构形式:浇筑式沥青混凝土+SMA沥青玛蹄脂碎石混合料、双层SMA沥青玛蹄脂碎石混合料、环氧沥青混合料+SMA沥青玛蹄脂碎石混合料。由于SMA表面行驶功能性良好，这三种结构形式中，都选择了SMA作为表面层。

1.1浇筑式沥青混凝土GA我国的浇筑式沥青混凝土是从日本引入的，经过长期实践，发现使用天然湖沥青加硬质沥青作为胶结料的浇筑式沥青混凝土低温抗裂能力较差，为兼顾高低温性能，我国的浇筑式改用聚合物改性沥青，沥青含量一般在7%～10%之间，改性沥青指标如表1所示，级配范围如表2所示。浇注式沥青混合料铺装层的主要优点是:浇筑式沥青混合料本身细集料、矿粉、沥青胶结料含量高，其内部空隙率很小(0～1%)，且空隙均为不连通的封闭空隙，防渗水性能极佳;胶浆含量高，又使其有极好的粘结性和韧性。实践表明，浇筑式沥青混合料具有优良的防水性能，可有效防止钢桥面水损害，同时不会发生脱层病害，对钢板的追从性较好，适用于大中型桥梁，尤其是大跨度的斜拉桥和悬索桥的钢桥作桥面铺装。此外，浇筑式沥青混合料施工温度较高，一般在210～250℃之间，因此，拥有良好的流动性和施工和易性，只需要摊铺整平即可。浇筑式沥青混合料铺装层的主要缺点是:浇筑式沥青混凝土由于粗集料较少，细集料、矿粉填料、沥青含量高，因而高温稳定性差，易形成车辙，不适于高温地区的钢桥面铺装;施工时，必须在相对湿度小于80%的条件下进行，需要使用专用机械进行施工，例如运输拌和车以及专用刮平机等，还需要综合考虑气温与空气湿度等因素，施工组织比较复杂。

1.2SMA沥青玛蹄脂碎石混合料使用SMA沥青玛蹄脂碎石混合料进行桥面铺装时，级配型式多采用SMA－10和SMA－13。SMA沥青混合料使用SBS改性沥青作为胶结料，沥青含量一般在6%～8%之间，使用玄武岩或者辉绿岩等抗磨耗性能好的岩石作为骨架集料，使用碱性石灰岩机制砂作为细集料，使用石灰岩矿粉作为填料，并添加3%～4‰的木质素纤维作为稳定剂。表3为我国桥面铺装SMA沥青玛蹄脂碎石混合料改性沥青指标范围，表4为SMA沥青玛蹄脂碎石混合料的级配范围。SMA的主要优点是:SMA为骨架密实结构，粗骨料含量达到70%以上，经合适工艺压实后，间形成嵌挤，抗高温能力较强，而且表面构造深度大，摩擦力强，适合于做表面行驶功能层。SMA的主要缺点是:SMA由于粗骨料含量较高，需使用高频低幅的压实工艺进行压实，但是这种压实工艺对钢桥影响较大，碾压对SMA钢桥面铺装来说是一个难点;SMA空隙率在3%～4%之间，在实际的使用过程中，有渗水现象产生。此外，SMA由于粗骨料多，与钢桥面贴合较差，因此与钢桥面的粘结性不佳。从目前的使用效果来看，SMA不适用于钢桥面铺装的下层。

1.3环氧沥青混合料环氧沥青混凝土是通过在沥青中添加热固性环氧和固化剂，经固化反应而形成的一种强度高、韧性好的沥青混凝土，油石比一般在8%～11%之间。环氧沥青胶结料技术要求如表5所示，环氧沥青混合料级配范围如表6所示。环氧沥青混凝土的主要优点是:高温性能好，与钢桥面粘结性能好，粘结性能优良。环氧沥青混凝土的主要缺点是:在施工过程中施工工艺极为严格，施工过程中，混合料内部不能混入任何杂质，否则即使是较小的缺陷，在使用期内也会发展成为严重的病害，而且一旦发生病害，无法进行维修;环氧沥青混凝土需要一定的固化时间，因此施工周期较长，一般需要在施工后15d左右，才可通车。此外，目前环氧沥青的技术被美国、日本等国外公司掌握，成本较高。环氧沥青混凝土铺装表面光滑，构造深度小，抗滑性能不足，不适于作表面行驶层。低温性能差。低温时材料变脆，破坏应变较小，在－15℃的条件下，破坏微应变仅为200左右，是同条件下SMA沥青混合料的四分之一左右。因此，环氧沥青混合料在寒区钢桥面铺装应用的适用性需进一步验证。

2钢桥面铺装的技术性能对比与分析

对浇筑式沥青混凝土铺装、SMA、环氧沥青混凝土铺装三类技术的变形协调性、防水性能、高温性能、低温性能、与钢板的粘结性能、初期建设成本以及施工复杂程度进行了比较，如表7所示。在实际应用中，浇筑式沥青混凝土与环氧沥青混凝土在与钢板的变形协调性、粘结性、材料本身的防水性方面表现较好，在这三个方面病害出现较少，而SMA与钢板的粘结性能一般、防水性能一般，在使用过程中，容易出现这两个方面的问题;对高温性能进行比较，环氧沥青混凝土高温性能极佳，SMA高温性能优异，使用过程中，这两种混凝土较少出现高温病害，而浇筑式沥青混凝土高温性能较差，出现高温病害的情况较多;对低温性能进行比较，可以发现，浇筑式沥青混凝土低温弯曲性能优异，一般破坏微应变均达到4000以上，从实际的使用情况来看，浇筑式铺装下层较少出现低温开裂情况，SMA低温性能较好，而环氧沥青混凝土低温性能与浇筑式混凝土或者SMA相比较差，尤其温度更低的情况下，环氧沥青混凝土会变脆，破坏微应变一般会低于300，容易发生低温开裂情况;环氧沥青混凝土的初期建设成本最高，几乎是SMA的3倍，浇筑式沥青混凝土较SMA大约高30%左右;在施工复杂程度方面，环氧沥青混合料施工难度最大，施工时混合料上不得滴上任何水滴或者杂质，施工后，需15d方可通车，而浇筑式、SMA等第二天即可通车，维修时，环氧沥青混合料处理耗时较长，一般需要封闭交通1个月时间，社会影响大，而浇筑式沥青混凝土、SMA等一般3d左右即可完成，对社会影响小。

3结语

(1)浇筑式沥青混凝土高温性能差，不适于高温地区钢桥面铺装，环氧沥青混凝土低温性能差，不适宜用在低温寒冷地区。(2)SMA高温抗车辙能力强，低温性能强于环氧沥青混凝土，对SMA高温性能和低温性能进行综合改进，例如借鉴浇筑式沥青混凝土的配合比组成特点，可使SMA获得更强的适用性。(3)浇筑式沥青混凝土铺装、SMA、环氧沥青混凝土铺装三类技术各有优缺点，在进行刚桥面铺装技术选择时应该综合考虑工程所在位置的气候、交通荷载情况、钢桥结构受力特点等因素。

作者：高明单位：辽宁省交通科学研究院