2018, Vol. 35
表 1(Table 1)
预拌碎石对GMA浇注式沥青混凝土高温性能的影响
扩展功能
文章信息
- 王志祥, 吴传海, 许新权
- WANG Zhi-xiang, WU Chuan-hai, XU Xin-quan
- 预拌碎石对GMA浇注式沥青混凝土高温性能的影响
- Effect of Pre-mixed Gravel on High Temperature Performance of GMA Cast Asphalt Concrete
- 公路交通科技, 2018, 35(1): 14-21
- Journal of Highway and Transportation Research and Denelopment, 2018, 35(1): 14-21
- 10.3969/j.issn.1002-0268.2018.01.003
-
文章历史
- 收稿日期: 2017-04-20
王志祥, 吴传海, 许新权. 预拌碎石对GMA浇注式沥青混凝土高温性能的影响[J]. 公路交通科技, 2018, 35(1): 14-21.
WANG Zhi-xiang, WU Chuan-hai, XU Xin-quan.
Effect of Pre-mixed Gravel on High Temperature Performance of GMA Cast Asphalt Concrete[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Denelopment, 2018, 35(1): 14-21.
预拌碎石对GMA浇注式沥青混凝土高温性能的影响
1. 广东华路交通科技有限公司, 广东 广州 510420;
2. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064
2. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064
摘要: 为研究预拌沥青碎石对钢桥面铺装结构高温抗车辙性能的影响，依据港珠澳大桥钢桥面铺装实体工程，开展GMA浇注式沥青混凝土的高温性能室内试验研究。首先设计GMA10和SMA13级配沥青混合料，然后制备不同预拌沥青种类（AH70#，SBS）、不同预拌沥青掺量（0.2%，0.4%，0.6%，0.8%）、不同粒径（5~10 mm，10~15 mm，15~20 mm）的单级配碎石，分析不同粒径、撒布量、撒布方式、预拌沥青种类与掺量对单层GMA浇注式沥青混凝土和组合结构（SMA+GMA）高温性能的影响。结果表明：预拌碎石撒布可显著提高GMA浇注式沥青混合料的高温性能；在其他相同条件下，撒布粒径10~15 mm的预拌碎石对提高GMA浇注式沥青混合料的高温性能最为明显，高达30%左右；随着预拌碎石撒布量的增加，GMA浇注式沥青混合料的高温改善作用逐渐增强，撒布量在10~12 kg/m2改善效果最佳；碎石撒布方式和预拌沥青的类型对提高浇注式沥青混合料的车辙动稳定度影响较小；随着预拌沥青掺量的增加，GMA浇注式沥青混合料高温性能改善作用先增强后减弱，预拌沥青掺量0.2%~0.6%较为合理；干拌碎石在浇注式沥青混合料中的的隔热效果优于预拌沥青碎石的；预拌沥青碎石的撒布改善了组合结构的高温抗车辙性能，车辙深度降低10%左右，车辙动稳定提高25%左右；组合结构70℃车辙动稳定度指标更能真实反映南方湿热高温环境下钢桥面铺装结构的高温抗车辙性能。
关键词:
桥梁工程
预拌碎石
室内试验
浇注式沥青混凝土
高温性能
Effect of Pre-mixed Gravel on High Temperature Performance of GMA Cast Asphalt Concrete
1. Guangdong Hualu Transport Technology Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510420, China;
2. School of Highway, Chang'an University, Xi'an Shaanxi 710064, China
2. School of Highway, Chang'an University, Xi'an Shaanxi 710064, China
Abstract:
In order to study the effect of pre-mixed asphalt gravel on the high-temperature anti-rutting performance of steel bridge deck pavement structure, the indoor test of high-temperature performance of GMA cast asphalt concrete is conducted based on the project of steel deck pavement of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge. First, the GMA10 and SMA 13 graded asphalt mixtures are designed. Then, the single graded gravels of different kinds of pre-mixed asphalt (No. AH70, SBS), different contents of pre-mixed asphalt (0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%), different particle sizes (5-10 mm, 10-15 mm, 15-20 mm) are prepared. At last, the effect of different particle sizes, spreading amounts, spreading modes, pre-mixed asphalt types and contents on the high temperature performance of GMA cast asphalt concrete and SMA+GMA composite structure are analyzed. The result shows that (1) the spreading of pre-mixed gravel could significantly improve the high temperature performance of GMA; (2) under the same condition, the improvement of the high temperature performance is more reasonable with 10-15 mm particle gravel, at the top about 30%; (3)with the increase of the spreading amount of pre-mixed gravel, the high temperature performance improvement of GMA is gradually enhanced, the spreading amount is the best in the range of 10-12 kg/m2; (4) the gravel spreading mode and the type of pre-mixed asphalt have less effect on the rut dynamic stability of cast asphalt concrete; (5) the improvement of high temperature performance of GMA is enhanced and then weakened with the increase of the pre-mixed asphalt content, and it is reasonable with the pre-mixed asphalt content of 0.2%-0.6%; (6) the heat insulation effect of dry-mixed gravel in cast asphalt concrete is better than that of pre-mixed asphalt; (7) the spreading of pre-mixed asphalt gravel improved the anti-rutting performance of the composite structure, the rutting depth is reduced by about 10%, and the rutting dynamic stability is improved by about 25%; (8) the index of 70℃ rutting dynamic stability of the composite structure could reflect the high temperature anti-rutting performance of the steel bridge pavement structure more really in the hot and rainy south environment.
Key words:
bridge engineering
pre-mixed gravel
indoor test
cast asphalt concrete
high-temperature performance
0 引言
1.2 矿料 1.2.1 粗集料
1.2.2 细集料
1.3 填料
1.4 纤维
2 级配设计
3 高温性能试验结果及分析
GMA浇注式沥青混凝土借鉴了国外浇注式沥青混合料GA和MA的优势，在港珠澳大桥钢桥面铺装中得到应用。GMA浇注式沥青混合料具有沥青含量高、矿粉含量高、空隙率小的的特点。GMA浇注式沥青混凝土在高温状态(约220~240 ℃)下拌和，摊铺时流动性大，依靠自身的流动便可密实成型，不用碾压，并能达到规定的密实性和平整度；并且浇注式沥青混合料能够与钢桥面板保持很好的黏结性，起到保护钢板作用；能够与钢桥面保持很好的追随性，并且不易疲劳，具有较好的耐久性[1-3]。GMA浇注式沥青混凝土的材料组成的特点决定了其较差的高温稳定性，这是目前浇注式沥青混合料性能研究、配合比设计、施工及应用中需要解决的主要问题之一[4]。
研究[5-9]表明：预拌碎石的撒布可以改善浇注式沥青混凝土的高温抗车辙性能。时建刚、陈仕周[10]等的研究也表明碎石在浇注式沥青混合料中的隔热性能良好。侍冬前[11]的研究表明预拌碎石的撒布量为12 kg/m2时对浇注式沥青混凝土的高温改善作用最佳。鉴于对预拌碎石的研究较少，也缺乏实体工程验证，本研究依据实体工程研究预拌碎石对GMA浇注式沥青混凝土的高温性能影响，为后来钢桥面铺装质量控制提供一定的指导意义。
1 原材料及性能指标 1.1 沥青浇注式沥青结合料采用壳牌AH70#基质沥青+TLA湖沥青(质量比为3:7)配制而成；采用壳牌70#和SBS改性沥青，性能指标满足规范[12-13]要求；其性能指标与检测结果见表 1~3。
表 1 壳牌70#沥青性能指标与检测结果
Tab. 1 Performance indexes and test result of Shell No.70 asphalt
| 试验指标 | 实测值 | 技术要求 |
| 针入度(100 g, 5 s, 25 ℃)/(0.1 mm) | 62 | 60~70 |
| 软化点/℃ | 47.5 | ≥47 |
| 延度(5 cm·min-1, 15 ℃)/cm | ≥150 | ≥100 |
| 60 ℃动力黏度/(Pa·s) | 208 | ≥180 |
| RTFOT后质量损失/% | 0.012 | ≤±0.8 |
表 2 SBS指标要求及检测结果
Tab. 2 SBS index requirement and test result
| 检测项目 | 检测结果 | 技术要求 | 试验方法 | |
| 针入度指数PI | ≥0.01 | 1.121 | JTG E20—2011 | |
| 针入度(25 ℃, 100 g, 5 s)/(0.1 mm) | 51 | 40~60 | ||
| 延度(10 ℃, 5 cm·min-1)/cm | 34 | ≥20 | ||
| 软化点/℃ | 87.8 | ≥70 | ||
| 弹性恢复25 ℃/% | 96.8 | ≥75 | ||
| 黏度(135 ℃)/(Pa·s) | 2.44 | ≤3 | ||
| 储存稳定性163 ℃, 48 h | 0.8 | ≤2.5 | ||
| RTFOT163 ℃ | 25 ℃针入度比/% | 72 | ≥65 | |
| 10 ℃延度/cm | 11 | ≥10 | ||
| 质量变化/% | 0.054 | -1~+1 | ||
表 3 (TLA+A70#)混合沥青指标要求及检测结果
Tab. 3 Index requirement and test result of (TLA+ No. A70) mixed asphalt
| 检测项目 | 检测结果 | 技术要求 | 试验方法 | |
| 密度/(g·cm-1) | 1.087 | — | JTG E20—2011 | |
| 针入度(25 ℃, 100 g, 5 s)/(0.1 mm) | 36 | 25~50 | ||
| 延度(10 ℃, 5 cm·min-1)/cm | 29 | ≥20 | ||
| 软化点/℃ | 94.5 | ≥85 | ||
| 弹性恢复25 ℃/% | 89.7 | ≥75 | ||
| 黏度(135 ℃)/(Pa·s) | 2.49 | ≤3 | ||
| 闪点/℃ | 308 | ≥230 | ||
| RTFOT163 ℃ | 25 ℃针入度比/% | 72 | ≥65 | |
| 10 ℃延度/cm | 11 | ≥10 | ||
| 质量变化/% | 0.054 | -1~+1 | ||
1.2 矿料 1.2.1 粗集料
采用玄武岩碎石粗集料，物理指标满足要求，其中5~10 mm碎石的筛分结果见表 4。
表 4 粗集料颗粒筛分检测结果
Tab. 4 Test result of coarse aggregate particle screening
| 集料规格/mm | 通过下列各筛孔质量的百分率/% | ||||||||
| 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
| 5~10 | 100 | 97.4 | 3.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
1.2.2 细集料
采用石灰岩细集料，分为A(2.36~0.6 mm)、B(0.6~0.212 mm)、C(0.212~0.075 mm)3档，细集料物理设计指标检测结果如表 5所示。
表 5 细集料物理指标要求及检测结果
Tab. 5 Physical index requirement and test result of fine aggregate
| 检测项目 | A | B | C | 指标要求 | 试验方法 |
| 表观相对密度 | 2.720 | 2.718 | 2.718 | ≥2.5 | JTG E42—2005 |
| 坚固性(>0.3mm部分)/% | 3 | 3 | — | ≤12 | |
| 砂当量/% | 98 | 89 | — | ≥60 | |
| 亚甲蓝值/(g·kg-1) | 0.5 | 0.8 | 2.0 | ≤2.5 | |
| 棱角性(流动时间)/s | 50 | 34 | 37 | ≥30 |
1.3 填料
采用石灰石矿粉，技术指标要求及检测结果见表 6。
表 6 矿粉技术指标与检测结果
Tab. 6 Technical indexes and test result of mineral powder
| 检测项目 | 矿粉 | 指标要求 | 试验方法 | |
| 表观密度/(g·cm-3) | 2.740 | ≥2.5 | JTG E42—2005 | |
| 含水率/% | 0.2 | ≤1 | ||
| 通过率/% | 0.6 mm | 100 | 100 | |
| 0.15 mm | 98.6 | 95~100 | ||
| 0.075 mm | 92.9 | 85~95 | ||
| 亲水系数 | 0.7 | ＜1 | ||
| 塑性指数/% | 2 | ＜4 | ||
| 外观 | 无团粒结块 | 无团粒结块 | — | |
1.4 纤维
木质素纤维技术指标与检测结果要求见表 7。
表 7 木质素纤维标准
Tab. 7 Lignin fiber criterion
| 试验项目 | 试验结果 | 技术指标 | |
| 方法A | 冲气筛分析纤维长度/mm | 3 | < 6 |
| 通过0.15 mm筛/% | 72 | 70土10 | |
| 方法B | 普通筛分析纤维长度/mm | 3 | < 6 |
| 通过0.85 mm筛/% | 80 | 85土10 | |
| 通过0.425 mm筛/% | 62 | 65土10 | |
| 通过0.106 mm筛/% | 31 | 30土10 | |
| 灰分含量/% | 20 | 18±5，无挥发物 | |
| pH值 | 7.0 | 7.5±1.0 | |
| 吸油率/% | 5.5 | 质量的(5.0土1.0)倍 | |
| 含水率/% | 3 | < 5(以质量计) |
2 级配设计
GMA10级配，首先进行ME设计，以25 ℃的硬度为评价指标，以可溶沥青含量为控制影响，ME曲线见图 1，最佳可溶沥青含量14.3%；然后进行GMA设计，粗骨料含量为48%，GMA10目标配合比如表 8所示，以为马歇尔稳定度、流动性、硬度、车辙动稳定度为评价指标，试验结果见表 9；SMA13级配曲线见图 2，指标满足规范。
|
| 图 1 ME级配曲线 Fig. 1 ME gradation curves |
| |
表 8 GMA-10配合比设计(单位：%)
Tab. 8 GMA-10 mix proportion design(unit:%)
| GMA总量 | 5~10 mm骨料含量 | ME含量 | ABC+矿粉含量 | ME含量可溶沥青含量 | 沥青含量 |
| 100.0 | 48 | 52 | 40.9 | 14.3 | 11.1 |
表 9 GMA10混合料性能检测结果
Tab. 9 Test result of GMA10 mixture performance
| 检测项目 | 技术要求 | 检测结果 |
| 60 ℃马歇尔稳定度/kN | FL=5 mm时，≥4 FL=15 mm时，≥8 |
5.70 (FL=5 mm) |
| 240 ℃流动性/s | ≤20 | 5.2 |
| 35 ℃硬度/(0.1 mm) | 5~20 | 8.6 |
| 60 ℃动稳定度/(次·mm-1) | 300~800 | 379 |
|
| 图 2 SMA13合成级配曲线图 Fig. 2 Curves of SMA13 synthetic gradation |
| |
3 高温性能试验结果及分析
依据港珠澳大桥钢桥面铺装结构(38 mm SMA+30 mm GMA)，成型不同的车辙试件[14]，研究预拌碎石对GMA浇注式沥青混合料和组合结构高温性能的影响。
3.1 混合料的拌和与成型浇注式沥青混合料GMA的制备首先将定量的集料、沥青在230 ℃的Cooker车中搅拌2~3 h，然后按质量倒入车辙试模中自流成型，然后在混合料的表面均匀撒布预拌单级配碎石，最后用模具把碎石完全压入GMA浇注式沥青混合料中，冷却成型50 mm厚的车辙试件，进行标准车辙试验[15]。
组合试件的制备首先制备30 mm厚的GMA浇注式混凝土，然后压入定量预拌沥青碎石，等冷却成型后在上部倒入热拌SMA沥青混合料，厚度为38 mm厚的，按照规范要求碾压成型，进行车辙试验。
3.2 粒径预拌碎石分成采用单一粒径5~10 mm，10~15 mm，15~20 mm的玄武岩石料，撒布量为10 kg/m2，预拌沥青采用SBS改性沥青，掺量为级配碎石质量的0.4%的，进行60 ℃标准车辙试验，结果见表 10和图 3。
表 10 粒径对高温性能影响
Tab. 10 Effect of particle size on high temperature performance
| 碎石类型 | 车辙动稳定/(次·mm-1) | 平均值/(次·mm-1) | 变异系数/% | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 无 | 383 | 341 | 416 | 396 | 359 | 379 | 7.8 |
| 5~10 mm | 394 | 467 | 439 | 385 | 380 | 413 | 9.2 |
| 10~15 mm | 467 | 491 | 453 | 501 | 501 | 472 | 4.9 |
| 15~20 mm | 506 | 503 | 525 | 493 | 493 | 493 | 6.6 |
|
| 图 3 粒径对高温性能影响 Fig. 3 Effect of particle size on high temperature performance |
| |
分析看出：碎石的撒布对GMA浇注式沥青混合料的高温性能改善作用较大；对比不撒布预拌碎石的浇注式沥青混合料，撒布5~10 mm，10~15 mm，15~20 mm粒径的碎石的浇注式沥青混合料车辙动稳定度分别提高8.9%，24.5%，30.0%，随着粒径的增大，高温性能改善作用增大；15~20 mm碎石粒径已经远大于GMA浇注式沥青混合料中最大碎石的粒径，在混合料中处于悬浮状态，而且GMA浇注式沥青混凝土厚度只有30 mm，15~20 mm碎石较大，造成车辙动稳度变异系数较大，而撒布10~15 mm粒径的碎石的浇注式沥青混合料车辙动稳度变异系数最小，故推荐撒布10~15 mm粒径的碎石。
3.3 撒布量预拌碎石分成采用15~20 mm的玄武岩石料，采用SBS改性沥青，掺量为配碎石质量的0.4%，不同碎石撒布量的60 ℃标准车辙试验结果见表 11和图 4。
表 11 撒布量对高温性能影响
Tab. 11 Effect of spreading quantity on high temperature performance
| 撒布量 | 车辙动稳定/(次·mm-1) | 平均值 | 变异系数 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 无 | 383 | 341 | 416 | 396 | 359 | 379 | 7.8 |
| 8 kg/m2 | 420 | 452 | 468 | 398 | 452 | 438 | 6.4 |
| 10 kg/m2 | 467 | 491 | 453 | 501 | 501 | 472 | 4.9 |
| 12 kg/m2 | 505 | 523 | 468 | 473 | 556 | 512 | 7.2 |
|
| 图 4 撒布量对高温性能影响 Fig. 4 Effect of spreading quantity on high temperature performance |
| |
分析看出：撒布8，10，12 kg/m2粒径的碎石的浇注式沥青混合料车辙动稳定度分别提高15.6%，24.5%，33.2%，随着粒径撒布量的增加，高温性能改善作用逐渐增强；撒布量在12 kg/m2时，车辙板基本处在满布状态，考虑预拌碎石的撒布对其他路用性能的影响，撒布量在10~12 kg/m2最佳，此时浇注式沥青混合料车辙试验数据变异性最小；较大粒径碎石的撒布在一定程度上改善了浇注式沥青混合料的高温抗车辙性能，但是提高是有限的，碎石的撒布仅仅是增加了粗集料层，形成了看似稳定的骨架结构，但并不能改变钢桥面的铺装结构，再加上浇注式沥青混合料本身的属性，即使在预拌满布状态下，车辙动稳定也仅仅为512次/mm，因此仅仅靠撒布预拌碎石来大幅提高浇注式沥青混合料的高温性能是不科学的[16-17]。
3.4 撒布方式采用SBS改性沥青预拌15~20 mm的玄武岩石料，掺量为其质量的0.4%，撒布量为10 kg/m2。为了研究采预拌碎石撒布方式对浇注式沥青混合料高温性能的影响，试验除了制备先成型浇注式沥青混凝土后压入碎石的试件(称为后入碎石法)，还制备了将预拌碎石直接添加到Cooker车随集料一起搅拌然后冷却成型的试件(称为先入碎石法)，在60 ℃进行标准车辙试验，结果如表 12和图 5所示。
表 12 撒布方式对高温性能影响
Tab. 12 Effect of spreading methods on high temperature performance
| 撒布方式 | 编号 | 车辙深度/mm | 车辙动稳定度/(次·mm-1) | 动稳定度平均值/(次·mm-1) | |
| 45 min | 60 min | ||||
| 无 | 1 | 7.465 | 9.205 | 362 | 385 |
| 2 | 9.627 | 11.262 | 385 | ||
| 3 | 8.130 | 9.670 | 409 | ||
| 先入碎石法 | 1 | 7.741 | 8.999 | 501 | 473 |
| 2 | 8.429 | 9.703 | 495 | ||
| 3 | 8.294 | 9.786 | 422 | ||
| 后入碎石法 | 1 | 8.053 | 9.516 | 431 | 458 |
| 2 | 8.152 | 9.424 | 495 | ||
| 3 | 7.770 | 9.173 | 449 | ||
|
| 图 5 撒布方式对高温性能影响 Fig. 5 Effect of spreading modes on high temperature performance |
| |
分析可以看出：两种碎石撒布均可以提高GMA浇注式沥青混合料车辙动稳定度25%左右，说明两种碎石撒布方式对稳定度的提高影响不大；车辙试验时，嵌挤在浇注式沥青混合料中的预拌碎石受到荷载压力而推挤浇注式沥青混合料，从而把力传给试模的侧壁，在侧向的反作用力下，浇注式沥青混合料的动稳定度有所提高；浇注式沥青混合料较大的车辙深度，引起了较大粒径的预拌碎石在60 min中已经被挤出，所以，虽然不同方式碎石层下浇注式沥青混合料厚度的不同，但最后用于车辙计算的浇注层中预拌碎石基本是一样的，因此不同撒布碎石的方式对动稳定度的影响不大。
3.5 预拌沥青预拌碎石分成采用15~20 mm的玄武岩石料，碎石撒布量采用10 kg/m2，研究不同种类和掺量预拌沥青碎石对GMA浇注式沥青混合料的高温以及隔热性能影响。
3.5.1 高温性能不同种类和掺量预拌沥青的碎石浇注式沥青混合料标准车辙试验[18]结果如表 13和图 6所示。
表 13 不同预拌沥青碎石对车辙性能影响
Tab. 13 Effect of different premixed asphalt gravels on rutting performance
| 沥青种类 | 掺量/% | 车辙动稳定/(次·mm-1) | 平均值 | 变异系数/% | ||
| 1 | 2 | 3 | ||||
| 无 | 0 | 362 | 385 | 348 | 365 | 6.1 |
| AH70# | 0.2 | 438 | 429 | 453 | 440 | 2.7 |
| 0.4 | 470 | 412 | 483 | 455 | 8.3 | |
| 0.6 | 465 | 453 | 462 | 460 | 1.3 | |
| 0.8 | 435 | 420 | 438 | 431 | 2.2 | |
| SBS | 0.2 | 439 | 462 | 428 | 443 | 3.9 |
| 0.4 | 431 | 495 | 448 | 458 | 7.2 | |
| 0.6 | 490 | 441 | 455 | 462 | 5.4 | |
| 0.8 | 395 | 450 | 445 | 430 | 7.0 | |
|
| 图 6 不同预拌沥青碎石对车辙性能影响 Fig. 6 Effect of different premixed asphalt gravels on rutting performance |
| |
分析看出：相同掺量AH70#，SBS改性沥青预拌碎石对提高浇注式沥青混合料的高温性能基本相同，均高于不用沥青预拌碎石的；随着沥青掺量的增加，浇注式沥青混合料的车辙动稳定先增加而后降低，当掺量为预拌碎石质量的0.6%时，高温性能提高最大；预拌沥青增加了碎石与原来浇注式沥青混合料的黏附性，其高温性能得到提高，但是随着沥青掺量的增加，多余的沥青增加了碎石的流动性，高温性能反而提高较小。
3.5.2 隔热性能在38 mm SMA +30 mm GMA组合试件车辙试件底面中央钻取20 mm深的微孔，将温度探测器埋在里面，密封包裹，放置在室外测试其2 h内部温度测试，测试结果见表 14和图 7。
表 14 不同预拌沥青和撒布方式的碎石对隔热性能影响
Tab. 14 Effect of gravels with different premixed asphalts and spreading methods on insulation performance
| 预拌沥青 | 方式 | 不同时间(min)试件内部温度/℃ | ||||||
| 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 90 | 120 | ||
| 无 | 无 | 31 | 37 | 42 | 46 | 50 | 53 | 56 |
| 无 | 干撒 | 31 | 35 | 39 | 42 | 45 | 47 | 50 |
| 0.4%AH70# | 预拌 | 31 | 36 | 40 | 44 | 49 | 52 | 55 |
| 0.4%SBS | 预拌 | 31 | 36 | 41 | 45 | 49 | 52 | 56 |
|
| 图 7 不同预拌沥青和撒布方式的碎石对隔热性能影响 Fig. 7 Effect of gravels with different premixed asphalts and spreading methods on insulation performance |
| |
分析看出：撒布预拌沥青碎石跟不撒布的浇注式沥青混合料内部温度变化趋势基本一致，预拌碎石对降低浇注式沥青混合料内部温度的效果不明显，而直接撒布碎石的降温效果最明显，降温可达10%左右；黑色的沥青在光照的左右下，吸收外部的热量，在碎石孔隙中形成了一种网状的导热通道，并不能像干撒碎石那样能较好地阻碍热量在浇注式沥青混凝土内部的传递，因此干拌碎石的隔热性能优于预拌碎石的。
3.6 对组合试件高温性能影响制作38 mm SMA+30 mm GMA组合车辙试件，研究预拌碎石对不同温度下组合车辙试件高温性能的影响，试验结果见表 15和图 8。
表 15 预拌碎石对组合试件高温性能影响
Tab. 15 Effect of premixed gravel on high temperature performance of composite specimen
| 预拌方式 | 试验温度 | 编号 | 车辙深度/mm | 车辙动稳定度/(次·mm-1) | 动稳定度平均值/(次·mm-1) | 变异系数/% | |
| 45 min | 60 min | ||||||
| 无 | 60 ℃ | 1 | 2.012 | 2.210 | 3 005 | 3 005 | — |
| 预拌 | 1 | 1.888 | 2.053 | 3 818 | 4 187 | 9.3 | |
| 2 | 1.908 | 2.045 | 4 598 | ||||
| 3 | 1.746 | 1.898 | 4 144 | ||||
| 预拌 | 70 ℃ | 1 | 2.121 | 2.388 | 2 368 | 2 416 | 10.5 |
| 2 | 2.38 | 2.613 | 2 692 | ||||
| 3 | 2.258 | 2.546 | 2 188 | ||||
|
| 图 8 预拌碎石对组合试件高温性能影响 Fig. 8 Effect of premixed gravel on high temperature performance of composite specimen |
| |
分析看出：对于60 ℃标准车辙试验，撒布预拌碎石的车辙深度降10%左右，车辙动稳定提高25%左右，预拌碎石的撒布改善了组合试件的高温性能，降低了钢桥面铺装结构的高温受损害的风险；70 ℃的车辙动稳定度比60 ℃的降低了一半，高温与行车荷载的耦合作用大大降低了桥面铺装的抗高温车辙性能，对于高温多雨的环境下，70 ℃的车辙动稳定度指标更能真实反映路面实际高温抗车辙性能。
4 施工工艺依据港珠澳大桥钢桥面铺装预拌碎石的制备和摊铺情况以及成功经验，总结其施工工艺和技术如下：
(1) 在拌和楼中拌和碎石质量0.3%~0.5%的SBS改性或者AH70#沥青和单级配碎石，出料后撒水降温处理，干燥后袋装以备后用。
(2) 人工辅助碎石摊铺机摊铺，撒布量控制在8~12 kg/m2，摊铺跟随浇注式摊铺速度，距离浇注式摊铺机10~20 m。
(3) 使用小型压路机将预拌碎石全部压入浇注式沥青混合料中。
(4) SMA摊铺前，清理没有压入的预拌碎石。
5 结论(1) 随着粒径的增大，GMA浇注式沥青混合料高温性能改善作用逐渐增大，综合考虑各因素建议撒布10~15 mm粒径的预拌碎石。
(2) 随着粒径撒布量的增加，浇注式沥青混合料的高温性能改善作用逐渐增强，撒布量在10~12 kg/m2改善效果最佳。
(3) 撒布方式和沥青种类对浇注式沥青混合料的动稳定度的影响较小。
(4) 干拌碎石在浇注式沥青混合料中的的隔热效果优于预拌碎石的。
(5) 预拌碎石的撒布改善了组合结构的高温性能，随试验温度的升高组合结构的车辙动稳定度大幅降低，但70 ℃的车辙动稳定度指标更能真实反映路面实际高温抗车辙性能。
参考文献
| [1] |
周丽丽. 浇注式沥青混凝土热稳定性研究[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2012. ZHOU Li-li. Study on Thermal Stability of Cast Asphalt Concrete[D]. Chongqing: Chongqing Jiaotong University, 2012. http://industry.wanfangdata.com.cn/yj/Detail/Thesis?id=Thesis_Y2104397 |
| [2] |
王民. 橡胶粉复合改性沥青浇筑式沥青混凝土性能研究[J]. 交通科学与工程, 2012, 28(1): 21-24. WANG Min. Performance Research on Composite Rubber Crumb-based Modified Gussasphalt Concrete[J]. Journal of Transport Science and Engineering, 2012, 28(1): 21-24. |
| [3] |
聂文, 张肖宁, 吴志勇. 不同工艺对浇筑式沥青混合料疲劳性能的影响[J]. 交通科学与工程, 2013, 29(4): 8-12. NIE Wen, ZHANG Xiao-ning, WU Zhi-yong. The Effect of Different Construction Technologies on Fatigue Performances of Gussasphalt Mixtures[J]. Journal of Transport Science and Engineering, 2013, 29(4): 8-12. |
| [4] |
杨锡武. CRP改性浇注式沥青混凝土路用性能试验研究[J]. 公路, 2016(5): 15-19. YANG Xi-wu. Test and Research on the CRP Modified Gussasphalt Pavement Performance[J]. Highway, 2016(5): 15-19. |
| [5] |
CHEN X H, HUANG W, WANG J W. Permanent Deformation and Deformation Compliance of Guss-asphalt for Orthotropic Steel Deck Plate Surfacing[J]. |
| [6] |
李华. 预拌沥青碎石下封层应用初探[J]. 科技创新导报, 2010(9): 67-67. LI Hua. Preliminary Study on Application of Ready Mixed Asphalt Macadam Bottom Seal[J]. Science ﹠ Technology Innovation Herald, 2010(9): 67-67. |
| [7] |
张旭. 水泥混凝土桥面铺装材料性能研究[D]. 西安: 长安大学, 2010. ZHANG Xu. Study on Performance of Cement Concrete Bridge Deck Pavement Material[D]. Xi'an: Chang'an University, 2010. |
| [8] |
孙健. 适用于钢桥面铺装的橡胶环氧碎石防水粘结过渡层研究[D]. 南京: 东南大学, 2015. SUN Jian. Study on Rubber Epoxy Macadam Waterproof and Adhesive Transition Layer for Steel Deck Pavement[D]. Nanjing: Southeast University, 2015. |
| [9] |
魏袆. 复合浇注式沥青钢箱梁桥面铺装设计研究[D]. 南京: 东南大学, 2015. WEI Yi. Composite Casting Type Asphalt Steel Deck Pavement Design[D]. Nanjing: Southeast University, 2015. |
| [10] |
时建刚, 陈仕周, 王良艳. 钢桥面浇注式沥青混凝土铺装层隔热性能研究[J]. 中外公路, 2009, 29(3): 245-247. SHI Jian-gang, CHEN Shi-zhou, WANG Liang-yan. Study on Thermal Insulation Performance of Cast Steel Deck Asphalt Concrete Pavement[J]. China & foreign Highway, 2009, 29(3): 245-247. |
| [11] |
侍冬前. 浇注式沥青混合料高温性能研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2013. SHI Dong-qian. Study on High Temperature Performance of Castable Asphalt Mixture[D]. Nanjing: Nanjing Forestry University, 2013. https://wenku.baidu.com/view/40bd8752ad02de80d4d840fc.html |
| [12] |
JTG E42-2005, 公路工程集料试验规程[S]. JTG E42-2005, Test Methods of Aggregate for Highway Engineering[S]. |
| [13] |
JTG E20-2011, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. JTG E20-2011, Standard Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixtures for Highway Engineering[S]. |
| [14] |
黄卫, 胡光伟, 张晓春. 大跨径钢桥面沥青混合料特性研究[J]. 公路交通科技, 2002, 19(2): 53-55. HUANG Wei, HU Guang-wei, ZHNAG Xiao-chun. Study on Asphalt Concrete Paving Performance on Long-span Steel Bridge[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2002, 19(2): 53-55. |
| [15] |
李洪涛. 大跨径悬索桥新型钢桥面铺装结构研究[D]. 南京: 东南大学, 2006. LI Hong-tao. Study on New Steel Deck Pavement Structure of Long Span Suspension Bridge[D]. Nanjing: Southeast University, 2006. http://industry.wanfangdata.com.cn/dl/Detail/Thesis?id=Thesis_Y1040745 |
| [16] |
陈先华, 黄卫, 李洪涛. 钢桥面浇注式沥青混合料铺装的高温稳定性研究[J]. 重庆交通学院学报, 2003, 22(1): 32-35. CHEN Xian-hua, HUANG Wei, LI Hong-tao. Studies on High Temperature Stability of Guss-asphalt Used for Steel Deck Paving[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University, 2003, 22(1): 32-35. |
| [17] |
陈先华. 润扬大桥钢桥面铺装结构试验研究[D]. 南京: 东南大学, 2003. CHEN Xian-hua. Experimental Study on Runyang Bridge Deck Pavement Structure[D]. Nanjing: Southeast University, 2003. |
| [18] |
JTG F40-2004, 公路沥青路面施工技术规范[S]. JTG F40-2004, Technical Specifications for Construction of Highway Asphalt Pavements[S]. |