高弹高粘SMA沥青混凝土在钢箱梁桥面的应用

李旭东

1概述

桥面铺装是桥梁行车的重要组成部分，桥面沥青混凝土铺装的质量与效果将直接影响到车辆行驶的安全性和舒适性、投资效益及社会效益。对于钢箱梁桥面铺装，由于其直接承受着交通荷载的反复荷载作用，钢箱梁的受压弯矩变形也较混凝土桥梁大，施工及使用中的钢箱梁变形都造成沥青铺装层处于极其不利的环境之中，因此也就要求钢箱梁铺装沥青混凝土具有一般沥青混凝土路面或混凝土桥面所没有的特点：①不具备混凝土桥面的刚性底层支撑，不具备道路那样坚固的路基与基层结构的支撑。钢桥面铺装处于随时都在变形的基础之上；②大跨度钢箱梁本身的变形、位移、振动都将直接影响沥青铺装层的工作状态；③钢箱梁在不同季节气候的温度变化影响下更大，钢箱梁桥跨结构的季节性温度变化会严重影响沥青铺装层的变形；④在某些荷载作用下，钢箱梁将产生负弯矩，使沥青铺装层表面承受拉伸荷载；⑤桥面铺装一旦发生破损，对交通的影响和危害大，维修更困难；⑥钢箱梁易生锈。

目前钢箱梁桥面铺装使用较多的为浇筑式沥青混凝土面层，例如成都市二环路高架桥，浇筑式沥青混凝土虽然无须长时间养护，但其必须使用专用设备，其高昂的单次设备使用费也不适应小跨度钢桥面。同时，其铺装时温度高达210～260℃，钢板受热变形，冷却时钢板与混合料收缩速度不一，秋冬季施工尤其容易造成结构缺陷。另外，该材料虽然有着良好的低温抗裂性能，但不适应我国南方夏季持续高温的大陆季节性气候与严重超载情况。浇筑式沥青混凝土的高温稳定性不足，易产生车辙，混合料易产生流淌，不适于大坡度桥梁。

SMA（StoneMasticAsphalt）混凝土是一种骨架密实结构型沥青混凝土，因其良好的抗车辙、抗剪强度、良好的抗疲劳开裂能力被广泛用于道路面层铺装。

相对浇筑式沥青混凝土铺装方案，传统SMA沥青混凝土铺装具备施工工艺成熟，工期短，造价低等特点。但其一般都基于普通改性沥青，在没有严格的质量保证措施下易出现层间滑移，引起臃包、开裂、车辙等问题。在钢桥面的施工过程中，因振动碾压使桥面共振，会引起压实度不足，造成强度不足，密水性较差。

究其原因，除了道路承受超重荷载外，SMA铺装层自身抗高温性能不足、与钢箱梁界面的结合及抗推移性能等也是形成病害的重要原因。为使SMA沥青混合料能满足大跨度钢箱梁桥面铺装层的性能要求就必须对SMA沥青混合料进行性能改进。

2高弹沥青SMA结构设计

高弹高粘SMA钢箱梁沥青铺装层采用3层结构体系设计，其中底层为防腐层、中层为防水粘结层、面层为高弹高粘SMA钢箱梁沥青铺装层。

2.1钢桥面板的处理

钢桥面板须要经过喷砂除锈到规定等级，喷砂除锈前应对钢板表面凸起、焊缝、吊装工序残留结构进行彻底打磨修整，以避免造成防腐层、防水粘结层和铺装层局部缺陷。并采用环氧富锌漆作防腐层以保护钢板。

2.2防水粘结层

防水粘结层采用环氧沥青涂刷，起到防水层与粘结层的作用，在环氧沥青固化前撒布3～5mm规格硬质集料。

2.3沥青混合料铺装层

高弹高粘SMA钢箱梁沥青铺装层采用双层特种沥青混合料铺装，具有良好的变形适应性及抗疲劳特性。

使用RST高粘度改性沥青方案使高弹高粘SMA钢箱梁沥青铺装层具有优异的综合物理力学性能，同时大幅度改善了沥青混合料的施工和易性，实现实现静碾压实，避免因振动碾压造成压实度降低。

沥青混合料同时还采用聚酯纤维进一步增强抗拉、抗裂、抗疲劳特性。

3高弹高粘SMA钢箱梁沥青铺装层原材料

3.1沥青混合料原材料要求

粗集料：粗集料应使用硬质石料轧制而成，应严格控制针片状颗粒含量；

细集料：可采用石灰岩，应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配；

填料：矿粉采用石灰岩中的强基性岩石经磨细制成。

纤维稳定剂选用聚酯纤维，质量符合《沥青路面用聚合物纤维》（JT/T534）规范要求。

沥青改性剂及改性沥青：沥青混合料使用直接投放式沥青改性剂RST®进行改性。RST(RoadScienceTechnology)是由上海市浦东建设采用创新技术研发的一种高粘度直投式沥青改性剂。RST在170℃左右能够完全熔融，可以直接投放到集料和基质沥青中拌合，在较短时间内便可均匀分散在沥青中，改性效果显著。RST改性沥青混合料具有优良的高低温、抗水损性能，同时也大大降低了成本和简化了操作工艺。适用于排水性路面（RST-P）、钢桥面（RST-B）、水泥路面加罩沥青混凝土应力吸收结构层（RST-G）等路面结构。

3.2SMA沥青混合料技术要求

3.2.1级配范围

SMA-13沥青混合料的级配范围应符合下表的规定。

3.2.2技术要求

SMA-13沥青混合料的设计技术要求应符合下表的规定。

SMA-13钢桥面铺装施工质量应符合下表规定。

4SMA高弹高粘钢桥面铺装体系总体工艺流程

4.1总体工艺流程图

4.2环氧富锌漆

1）桥面板经喷砂除锈后，4h内喷涂100μm以上厚的环氧富锌防腐蚀涂层。

2）喷涂施工环境温度应不低于10℃，相对湿度不大于80%，尽可能选择无风天气。

3）喷涂施工采用高压无气喷涂设备，以获得厚浆型涂料优良的成膜质量和较高的作业效率。

4）喷涂之前将涂料的两种组分混合充分搅拌均匀，配好的涂料必须在规定的时间内用完，因此每次配料的数量要根据喷涂速度和涂料在施工环境温度下的固化速度而定。

4.3防水粘结层施工

1）防水粘结层采用环氧沥青，待防腐施工完成，环氧富锌底漆完全固化之后，进行防水粘结层施工。

2）防水粘结层采用环氧沥青，施工厚度为1.0～1.5mm。

3）紧接环氧沥青施工之后，撒布3～5mm规格的硬质石屑，覆盖率50～60%。

4）侧面防水要求：在环氧沥青施工完成之后，SMA沥青混合料摊铺前，于桥梁边缘处倚墙粘贴自粘性防裂贴或涂刷环氧沥青（厚度1.0～1.2mm），具体位置如下图所示。

4.4粘层油

1）上下两层SMA铺装之间施工改性乳化沥青粘层，喷洒量为0.2～0.3kg/㎡，以增加层间结合能力。如上下层SMA施工间隔时间较短，表面无污染，可不喷洒粘层油。

2）粘层油的施工要遵循“均匀洒布、不漏洒、少重叠”的原则。乳化沥青用量及稠度应通过试洒来确定，路面雨后不得施工。喷洒的粘层油必须成均匀雾状，在路面全宽度内均匀分布成一薄层，不得有洒花漏空或成条状，也不得有堆积。

5铺装层界面抗剪切性能分析

为模拟传统铺装方法与本文铺装方案及不同沥青种类对于面层SMA-13抗推移能力的影响，设计剪切试验模具测试钢板或轻集料混凝土与SMA沥青混合料间60℃及70℃时抗剪切强度，评价SMA铺装层的抗推移能力。剪切试验模具如图4，钢板与SMA铺装层组合试件采用特别设计的车辙轮碾模具制成，试验前对下粘结面钢板或轻集料混凝土均进行必要的粗糙化处理，试验后必须测试SMA混合料残块的压实度，在96%～104%范围内则为有效，试验结果见表6。

测试结果表明，通过采用新的铺装方案，SBS改性沥青配制的SMA沥青混合料的60℃抗剪强度提高了约3倍，70℃的抗剪强度更是达到与钢板直接接触的约5倍，显著提高了高温抗剪能力，同时采用高粘度改性沥青制备的SMA比用SBS制备的SMA有进一步提高，70℃抗剪强度达到了1.12MPa，对于改善界面粘结性、提高剪切强度非常有益。

6钢桥面铺装施工效果

通过实地考察对桥面铺装方案的优选及材料施工过程的有效控制，本工程2013年3月通车至今无任何病害，有效解决了钢箱梁桥桥面铺装层材料普遍存在的推移、壅包、开裂等技术难题。

7技术及经济对比

目前成都钢箱梁铺装主要采用浇筑式沥青面层，例如成都新建二环路钢箱梁、火车东站钢箱等。高弹高粘性SMA沥青混凝土与浇筑式沥青混凝土的技术经济对比见下表：

通过铺筑方式、经济对比及技术性能的对比，改性高弹高粘性沥青混合料造价低、施工方便、技术性能优异，明显优于浇筑式沥青。

9结论

（1）采用高粘度高弹性改性沥青配制SMA混合料，路用性能显著改善，其中70℃动稳定度达5000次mm左右，抗拉伸断裂强度也得到一定提高，明显优于SBS改性沥青。

（2）采用新的桥面铺装方案后，SMA铺装层不与钢板直接接触，界面抗剪切性能明显提高。采用高粘度高弹性改性沥青制的SMA混合料70℃环境抗剪切强度达到1.12MPa以上，是直接接触钢板的约5倍，显著提高了高温抗剪能力。

（3）高粘度高弹性改性沥青配制SMA混合料与高韧性纤维增强轻质混凝土组合铺装技术成功应用于成都金芙蓉大道钢箱梁桥面铺装工程中，通车至今未出现任何病害，该技术完全适用于钢箱梁桥面铺装工程。

（4）高弹高粘性沥青混合料采用普通摊铺设备，只需对沥青材料进行改性及采取骨架型级配矿料，因此其成本低、施工方便，其技术性能通过改性后完全满足钢箱梁桥面的苛刻使用条件条件，实用性要优于浇筑式沥青混合料。

作者简介：李旭东（1983年～）男，四川省平昌县人，毕业于西华大学，工程师，从事水利水电、市政、高速公路、高铁项目技术及管理工作，担任项目总工程师。