1、第6 期（总第2 9 0 期）2023年6 月D0I:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.033城市道桥与防洪URBANROADSBRIDGES&FLOODCONTROL桥梁结构钢桥面铺装体系材料选型与设计谢胜加1,2,唐冬晔1,程志强1,21.上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市2 0 0 43 3；2.上海绿色路面材料工程技术研究中心，上海市2 0 0 43 3 摘要：结合铺装材料的配合比设计和性能试验，研究分析了典型铺装材料的高温稳定性能、抗疲劳开裂性能和黏结层应用性能。结果表明：环氧沥青混合料EA表现出较好的抗车辙特性，其6 0 最终车辙深度为沥青玛蹄脂碎石混合料S
2、MA的3 0%左右，7 0 最终车辙深度仅为SMA的2 5%左右；对于SMA，在铺装设计时需要考虑一个临界应变水平，并在结构设计时宜控制其实际应变水平低于该临界值；存在最佳黏结材料用量使层间黏结强度达到最大，且拉拔试验和斜剪试验得到的最佳用量一致，2 种试验结果具有一致性。关键词：钢桥面；桥面铺装；材料选型；设计中图分类号：U443.33文献标志码：A文章编号：10 0 9-7 7 16(2 0 2 3)0 6-0 12 1-0 4沥青混凝土（GA），环氧沥青混合料（EA）和沥青玛蹄0 引言脂碎石混合料（SMA）。3 种沥青铺装材料用于钢桥面大跨径桥梁施工工艺和质量要求特殊!,更是路铺装的性能
3、对比7 面图见图1。图1右侧性能（低温网交通的关键节点，保证其交通安全通畅就尤为关键，抗裂性、高温稳定性和抗疲劳性能)为路用性能;左侧因而要求桥面铺装具有更长的使用寿命，路用性能更性能（变形随从性、维护简易、施工简易和损伤自愈性可靠。桥面铺装材料主要采用沥青混合料，易受到交通能)为施工工艺的操作程度。性能对比7 面图中所列环境、结构特点及温度条件等影响 2-4,其设计、施工、维的数字代表着该项性能的评分情况，分值越高表明该修养护一直是一个呕需解决的工程技术难题。项的性能越好；另外，用细直线将3 种混合料的性能钢桥面铺装体系材料一般主要包含桥面铺装层评分围成一个范围，该范围面积越大，说明该混合料
4、材料和防水黏结层材料 5。铺装层材料保护桥面钢板的综合性能越好。总体而言，3 种混合料各有优势。不受交通荷载直接作用，同时为桥面钢板提供保护EA的路用性能表现较好，然而其对生成、施工诸环层，防止外界水分对钢板的侵蚀作用。桥面铺装层和节要求较为严格，因此其可操作性相对较差;SMA的钢板两者通过防水黏结层的黏结形成整体受力。此性能虽然不及EA,但由于我国对SMA的应用和研究外，防水黏结层作为直接涂覆于钢板表面的层次，也已有多年，积累了较为丰富的实践经验，因此其可操是钢板防水的最后一道屏障。作性较好。在工程造价方面，以同样厚度相比较，EA本文重点评价钢桥面铺装体系的铺装层和防水的铺装成本最高，GA铺
5、装次之，SMA比普通沥青费黏结层材料的应用性能，在对铺装材料进行配合比用约增加2 0%3 0%6 。设计的基础上，分析典型铺装材料的高温稳定性能变形随从性和抗疲劳开裂性能，以期为钢桥面铺装材料的选型5维护简易和设计提出适合的试验方法，为钢桥面铺装材料研究提供理论指导。1钢桥面铺装体系材料1.1铺装结构层材料常见的钢桥面铺装结构层材料主要包括浇注式收稿日期：2 0 2 2-0 8-2 6基金项目：上海市交通委员会科研项目（JT2021-KY-016）；交通运输部科研项目（2 0 2 1-ZD1-004）作者简介：谢胜加（19 9 0 一），男，硕士，工程师，主要从事道路工程研究及设计工作。低温抗
6、裂性GA一施工简易高温稳定性EA-SMA.损伤自愈性能抗疲劳性能图13 种材料性能对比7 面图通常情况下，桥面铺装材料不会单独采用其中一种，而多采用复合式铺装体系，这样可以充分发挥不同铺装材料的特点，使整个体系达到最佳搭配。如在美国通常采用双层环氧沥青铺装体系，在一些寒冷地.121城市道桥与防洪区则偏向采用双层浇注式沥青混凝土。在我国也有双层SMA的铺装体系。双层体系可以充分考虑各铺装上下层的功能特点，根据不同的情况选择不同的结构层材料以达到预期效果。1.2防水黏结层材料应用于桥面铺装防水层的材料可以分为卷材类防水层和涂料类防水层2 类。卷材类防水层往往包含沥青类、聚合物改性沥青类和合成高分子
7、类（橡胶型、橡塑型、树脂型)3 种。涂料类防水层则包括沥青类和合成高分子类（橡胶型、有机无机复合型、树脂型)2 种。目前，钢桥面铺装的防水层以涂料类为主。主要原因是防水卷材对施工的要求极高，一旦在施工过程中有空气和水分引入卷材与钢板之间，就会使两者的黏结能力下降，在交通荷载与环境高温共同作用下，造成卷材直至铺装的整体滑移。虽然卷材在国内应用不多，但在其他国家确有一定程度的应用。虽然卷材与钢板之间的黏结问题限制了卷材在钢桥面铺装中的应用，但值得注意的是相比防水涂料，卷材在隔绝水分与钢板接触、防止施工机械对防水层的损害等方面具有独特的优势。若能解决卷材与钢板之间的黏结问题，开发新的施工方法来降低卷
8、材的施工难度，卷材应用于钢桥面铺装仍有广阔前景。1.3典型钢桥铺装结构组合我国的钢桥面铺装结构组合基本以双层式铺装为主。该体系充分考虑各铺装层的功能特点，根据不同情况选择不同结构层材料以达到预期的效果。3 种典型的双层铺装结构为：双层SMA、G A+S MA 和双层EA。双层SMA在我国应用较为广泛，19 9 7 年在虎门大桥的应用使改性沥青SMA钢桥面铺装研究在我国迅速成为热点。GA+SMA铺装组合形式在我国应用也较为广泛。为了适应钢板的变形以及防止外界水分对钢板的锈蚀，采用低空隙率、抗疲劳性能优良、变形适应性较好的GA作为铺装下层，上面层则采用抗车辙性能好、耐磨耗高的改性沥青SMA。该结构
9、组合取长补短，充分考虑2 种材料的特点并发挥了各功能层的作用。双层EA在美国应用最为广泛，我国也于2 0 0 1年在南京长江二桥桥面铺装中首次采用双层环氧沥青混合料铺装结构，此结构组合铺装层厚度通常为5 5.5cm。3 种典型铺装结构在钢桥面铺装中的应用情况见表1。谢胜加，等：钢桥面铺装体系材料选型与设计（主跨8 8 8 m钢箱梁悬索桥）武汉白沙洲大桥（主桥为双塔双索斜拉桥）重庆鹅公岩长江大桥(210m+600m+210m钢箱梁悬索桥）湖北宜昌长江公路大桥（主跨9 6 0 m钢箱梁）上海卢浦大桥(主径7 50 m拱桥）东海大桥江阴长江大桥重庆菜园坝大桥（主跨420m钢箱梁拱桥）重庆朝天门长江大
10、桥上海闵浦二桥南京长江二桥舟山桃天门大桥南京长江三桥润杨长江双桥苏通长江大桥2铺装材料配合比设计2.1 SMA-10本研究的高弹改性沥青SMA-10采用玄武岩作为粗骨料，石灰岩作为细集料及填料，添加0.3%聚酯纤维，黏结料为高弹改性沥青。SMA-10沥青混合料性能指标见表2，路用性能试验结果见表3。试验按照设计级配，分别采用4种油石比成型马歇尔试件，并测试马歇尔试件的体积参数和相应力学指标。根据表3 的试验结果可得出，当空隙率为3%时，油石比为6.9%，在此油石比下，试件的饱和度为7 5.5%，矿料间隙率为17%，各项体积参数指标均满足表2 中的要求，故SMA-10沥青混合料的最佳油石比选择为
11、6.9%。2.2GA-10浇筑式沥青混合料是一种在高温状态下浇筑式施工的特殊沥青混合料，因此其配合比设计与马歇尔设计方法有着显著差别。GA-10混合料性能要求见表4。其中对于GA的施工和易性和低温抗裂性等有着具体要求。1222023年第6 期表1钢桥面铺装应用情况摊铺桥名年份广东虎门大桥19973040mm改性SMA+3040mm2003改性SMA45 mm SMA-13+200030mmSMA-102000双层改性SMA2001双层改性SMA3040mm改性SMA+3040mm2003改性SMA2005浇注式GA+改性SMA25mm浇注式GA+35mm环氧2004沥青混合料EAElinmin
12、ator防水黏结体系+2007GA+SMA2009浇注式GA+改性SMA2010浇注式GA+改性SMA200150mm双层环氧沥青混合料EA200355mm双层环氧沥青混合料EA200550mm双层环氧沥青混合料EA200550mm双层环氧沥青混合料EA200750mm双层环氧沥青混合料EA铺装结构60mm改性SMA-132023年第6 期谢胜加，等：钢桥面铺装体系材料选型与设计城市道桥与防洪表2 SMA-10沥青混合料性能指标要求技术指标技术要求马歇尔试件击实次数/次双面50 或7 55JTJ0522000T0702空隙率VV/%2.03.0矿料间隙率VMA/%17粗集料骨架间隙率VCAmi
13、nVCADRC1%沥青饱和度VFA/%稳定度/kN流值/mm肯塔堡飞散试验的混合料损失（浸水飞散试验）/%析漏量/%残留稳定度1%冻融劈裂强度比/%车辙动稳定度（6 0）/(次mm-l)低温弯曲极限应变（-10，50 mm*min-l)/(mml)渗水系数/(mLmin-)表3 SMA-10沥青混合料路用性能技术指标SMA-10空隙率VV/%3.0矿料间隙率VMA/%17.0稳定度/kN8.76流值/mm4.7肯塔堡飞散试验的混合料损失/%4.13析漏量1%0.05残留稳定度/%94冻融劈裂强度比/%91车辙动稳定度（6 0）/（次mm=l）7120低温弯曲极限应变（-10，732150 mm
14、min-l)/(mm-l)表4GA-10混合料性能要求试验项目要求流动性(2 40)/s20贯人度(50 )/mm14贯人度增量（50）/mm0.4弯曲极限应变（-10）/8000JTJ0522000T0715(mm-)根据所选用的级配曲线和各种矿料的筛分结果，计算各种矿料所需用量。在沥青混合料油石比7%8%范围内，以0.3%的增量递增制备3 组试件，每组平行试件5个，并测试其性能（见表5）。由表5可知，油石比为7.6%和7.9%时，GA-10混合料的流动性、贯入度及其增量均满足性能要求；当油石比从7.9%增加到8.2%时，GA-10混合料的流动表5GA-10混合料性能试验结果试验方法油石比/
15、%贯入度/mm贯人度增量/mm刘埃尔流动性/s7.63.38JTJ 0522000T07057.9JTJ0522000T07058.2JTJ0522000T0705要求7585JTJ0522000T07056.0JTJ 0522000 T070925JTJ 0522000 T070915JTJ 0522000 T07330.1JTJ 0522000 T073280JTJ 0522000 T070980JTJ0522000T07296 000JTJ 0522000 T07197000JTJ 0522000T071550JTJ0522000T0730技术要求2.03.0176.025150.180
16、806 0007000试验方法1230.213.490.273.730.35140.4性明显改善，而热稳定性的降低并不明显。根据既有经验，在一定范围内油石比越大，混合料的低温性能越好。因此，确定7.9%为GA-10混合料的最佳油石比。3铺装体系材料性能分析3.1高温稳定性能分析高温稳定性能作为铺装材料的基本路用性能在桥面铺装材料性能评价中应予以考虑。我国目前评价沥青混合料高温稳定性的常用试验方法为轮辙试验，本研究也采用该方法来评价钢桥面铺装的高温抗车辙性能。对于浇筑式沥青混凝土，由于其车辙深度超过了仪器的传感器测试范围,因此在这里不予考虑。试验通过成型3 0 0 mm300mm50mm的车辙试件，分别在6 0（规范值）和7 0 条件下进行。试验中施加的轮压为0.7 MPa。不同温度下车辙试验变形与时间关系曲线见图2。由图2 可知,EA表现出较好的抗车辙特性，6 0 最终车辙深度为SMA的3 0%左右，7 0 最终车辙深度仅为SMA的2 5%左右。这主要是由环氧沥青混凝土的热固性所决定的。从现役钢桥面铺装车辙深度的调查结果来看，双层EA的车辙深度与GA+SMA的车辙深度基本相同，两者的不
