1.浇注式沥青混凝土简介
浇注式沥青混凝土是沥青混凝土按照施工工艺作为分类标准确定的一种沥青混凝土。浇注式沥青混凝土属于悬浮式密实型结构的沥青混凝土。
英国、法国以及地中海沿岸的国家对这种材料习惯于用材料特性命名,称之为沥青玛蹄脂(Mastic asphalt,简称MA),采用单层铺装中国沥青网sinoasphalt.com。
浇注式沥青混凝土的德文为Guβasphalt,其中Guβ原是“河流”之意,引申为“浇注流淌”,浇注式沥青混凝土英文为Gussasphalt,简称GA。
按照德国ZTV沥青规范和英国标准BS1447,可以看出英国的浇注式沥青混凝土与德国的浇注式沥青混凝土的原则性区别只是沥青玛蹄脂中的粗集料在大颗粒范围内不使用分等级的颗粒,而几乎是使用单粒径的碎石。
英国单层浇注式沥青混凝土,先拌和沥青、矿粉及3mm以下细集料,再掺加粗集料碎石拌和成品混合料的两阶段拌和工艺,使其级配带有断级配特征且施工效率较低(工期较长)。
而德国、日本等国使用的浇注式沥青混凝土,其混合料采用拌和站拌和,为一阶段拌和工艺;在运输机摊铺设备相匹配情况下,可以连续施工,效率较高。
浇注式沥青混凝土的特点是在较高施工温度(220~250℃)下具有较好的流动性和施工和易性,由于沥青混合料有一定的流动性,只需要用摊铺整平机即可完成施工,不需碾压,并能达到规定的密实度和平整度。
浇注式沥青混合料本身具有细集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高等特点,较多的沥青及矿粉含量使骨料处于悬浮状态。与热碾压沥青混凝土不同,其空隙率很小,而且内部空隙不连续,因而成型的浇注式沥青混凝土不透水,耐冻融、耐油、抗老化。
浇注式沥青混凝土变形能力强,整体性优良,沥青含量高,具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能。
2.国外浇注式沥青混凝土在钢桥面铺装中的应用
由于浇注式沥青混凝土具有独特的防水、抗老化性能、抗疲劳性能以及对钢桥面板优良的追从性和粘结性能,因此,其在国外广泛应用于桥面铺装。
英国道路运输研究协会在20世纪50年代早期时就对钢桥面铺装作了广泛的研究,目的是为了寻找一个合适的钢桥面铺装结构,英国TRRL(运输与道路研究实验室)进行大量试验研究后,结论是采用约38mm厚的单层浇注式沥青混凝土铺装是最合适的,并将结论写入路桥施工手册(1964年),这些结论在福斯桥的钢桥面铺装工程中得到首次采用,经过40多年实际经验的验证,这种铺面结构有超过30年的使用寿命。
德国于1917年开始研发浇注式沥青混凝土,并将浇注式沥青混凝土大量应用于建筑物防水层和铺面工程中。最初,浇注式沥青混凝土在德国钢桥面铺装中的应用也较成功,通过对Oberkasseler、Mulheim、Zoo等钢桥的调查发现浇注式沥青混凝土铺装的性能优异。从德国浇注式沥青混凝土的级配来看,其分为三级(0/5、0/8、0/11(s)),细级配常应用于室内防水层或屋顶防水层,中间级配多应用于屋外停车场,粗级配则应用于磨耗层或其它表面要求较粗糙的地方,因此浇注式沥青混凝土在德国的应用范围非常广泛。
在钢桥面铺装沥青铺装层的选择上,德国更多的是针对防水体系的协调性要求、防水保护要求、桥面铺装温度应力大、铺装内剪切力较大以及铺装承受桥梁动荷载的特点,提出相适应的铺装结构体系;此外还非常重视桥面铺装接缝处以及铺装与构造物之间的防水处置。其铺装防水体系由原来的五种缩减到现在的两种:防水卷材+浇注式沥青混凝土;液态塑料防水层+浇注式沥青混凝土,因此浇注式沥青混凝土在德国广泛应用于钢桥面铺装的下层。
日本使浇注式沥青混凝土及其技术得到了长足和全面深入的发展及推广。1950年日本着手研究钢桥面铺装,并于1955年首先在东京都的新六桥完成两层的沥青混凝土铺装,1956年日本在从德国引进相应的技术后,以多田宏行先生为代表的铺装专家根据日本本国的特点,对德国浇注式沥青混凝土的材料组成及相应的技术标准作了较大的调整,逐步形成了符合日本国情的一整套技术,并且在1961年沥青铺装纲要中公布了相关的钢桥面铺装技术规范。
日本1987年建成的东关东公路利根川叠合梁斜拉桥桥面下层,就是采用40 mm厚浇注式沥青铺装。日本对几座大桥(如尾道大挢、广岛大桥、幌向川桥、第2寝屋川桥等) 下层采用浇注式沥青铺装进行调查发现,在经过若干年使用后,尽管上层桥面出现裂缝,但下层浇注式沥青铺装层却未见异常现象。
浇注式沥青混凝土在国外应用于桥面铺装已有70年的历史,世界上最早采用特立尼达湖沥青修筑浇注式沥青混凝土桥面铺装的是1929年修建的苏丹尼罗河大桥。
表2.1 浇注式沥青混凝土在国外桥面铺装的应用举例
序号 | 国家 | 桥名 | 建成时间 | 备注 |
1 | 苏丹 | 苏丹尼卡土莫罗河大桥 | 1929年 | 世界上最早采用GA修筑桥面 |
2 | 德国 | Mulheim Bridge | 1951年 | 双层浇注式沥青混凝土 |
3 | 英国 | River Severn Bridge | 1960年 | 进行了多重铺装材料试验,最终采用了单层浇注式沥青混凝土 |
4 | 英国 | 英国福斯路桥 | 1964年 | 英国五十年代浇注式研究成果的首次运用,即单层浇注式沥青混凝土铺装。该铺装结构被证明拥有超过30年的使用寿命 |
5 | 德国 | Oberkasseler Bridge | —— | 双层浇注式沥青混凝土 |
6 | 土耳其 | 土耳其博斯普鲁斯海峡大桥 | 1973年 | 从73年至91年,GA铺装层18年基本未维修保养,91年采用同样的材料配比进行整修,至今铺装仍然完好如初 |
7 | 德国 | 德国莱茵桥桥面高速公路和重交通街道 | 1975年 | 使用效果良好 |
8 | 英国 | Humber Bridge | 1981年 | 该桥07年拍摄的图片显示,桥面使用效果良好 |
9 | 瑞士 | 瑞士国道N6号线 | —— | 使用效果良好 |
10 | 奥地利 | 奥地利干线道路 | —— | 使用效果良好此外,浇注式沥青还在法国广泛的应用于城市街道人行道的铺面,在巴黎许多街道的人行道就是铺设的浇注式沥青混凝土,虽然朴实无华,但坚固耐用。 |
3.国内浇注式沥青混凝土在钢桥面铺装中的应用
近年来,我国在大跨度的桥梁建设中,越来越多的采用纵横加劲梁的正交异性钢板体系作为桥面系结构,因其具有自重轻、箱梁侧向抗风能力强的优点,在现代桥梁建设特别是大跨径桥梁建设中被广泛采用。现代意义的钢桥面是指在桥面板的底面用纵肋和横肋补强的钢桥面板,它直接承受汽车轮胎的荷载,同时作为主梁、横肋、纵肋的组合体而发挥作用,是一种效率很高的结构,因主梁、横肋、纵肋在垂直方向互相交织,形成网络状承重结构物,与上部的钢板共同称为正交异性钢箱梁桥面板。由于钢桥面板是焊接固定在正交异性结构梁和纵肋上,在荷载作用下的变形和受力特点与普通水泥混凝土桥梁具有非常明显的区别,在同一桥梁的不同部位,变形和受力也具有非常明显的区别。
钢桥面分为钢箱梁桥正交异性钢桥面板和钢桁架梁桥正交异性钢桥面板。
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由于浇注式沥青混凝土密实不透水,耐久性好,同时又有极好的粘韧性,适应变形能力强,与钢桥桥面变形有很好的随从性、因而适刷于大中型桥梁,尤其是大跨度的斜拉桥和悬索桥及拱桥钢桥面铺装。
根据桥梁的结构类型、受力特点、交通量与组成、气候环境条件等因素,分为以下几种典型结构。
“特殊的涂膜类粘结剂+GA+SMA”的铺装结构是日本常用的铺装结构形式,在钢板喷砂除锈后不涂布任何防腐层,只用涂膜类粘结剂纵横各涂布一遍进行封闭(粘结层),也不再设防水层。这与欧洲的桥面铺装体系有显著区别。该铺装结构充分利用了GA的防水性、整体性等特点,但在铺装层有损坏后,不能确保桥面板不生锈。该结构适宜于非重载交通下的钢桥面铺装,目前已成功应用于国内大桥。