华南地区浇筑式钢桥面铺装MA性能

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低温建筑技术2012年第12期(总第174期)櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀

[4]Allen D E,Rainer J H and Pernica G.Vibration Criteria for As-sembly Occupancies[J].Canadian Journal of Civil Engineering,1985,12(3):617-623.

[5]张家华,高承勇,秦卫红,等.大跨度楼面人群荷载作用响应分析[J].建筑结构学报,2011,32(11):177-182.

[6]GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].[7]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[收稿日期]2012-08-08

[作者简介]李敬明(1979-),男,河北巨鹿人,硕士,一级注

册结构工程师,从事建筑结构设计与研究工作。

华南地区浇筑式钢桥面铺装MA性能研究

万涛涛

(华南理工大学,广州510640)

【摘要】浇筑式桥面铺装方案MA是当前钢桥面铺装应用较为广泛的一种铺装方案,然而该铺装方案在我国华南地区应用状况却不是很好。由于目前仍然没有标准的MA混合料设计规范,而MA由于其较小的孔隙率都具有较好的水稳定性。通过大量调查发现MA混凝土在我国华南地区应用的主要破坏形式是车辙和疲劳开裂。通过硬度值、马歇尔试验和车辙试验研究了MA的高温性能,采用四点弯曲试验研究了MA混合料的疲劳性能,结果表明通过调整MA混合料的级配可以改善MA的高温性能和疲劳性能,最后通过试验路段得到验证。

【关键词】浇筑式;桥面铺装;沥青混合料;高温性能

【中图分类号】TU528.42【文献标识码】A【文章编号】1001-6864(2012)12-0066-03 PERFORMANCE STUDY ON CASTING-TYPE STEEL BRIDGE DECK MIXTURE MA

WAN Tao-tao

(South China University of Technology,Guangzhou510640,China)

Abstract:Casting type steel bridge deck pavement scheme MA is a wide range used plan0f the cur-rent steel bridge deck pavement,yet its application situation in China is not very well.According to the investigation of our country’s steel bridge deck applications,the study found the main damage forms of south china steel bridge deck pavement is the rutting and fatigue cracking.Research the high tempera-ture performance of MA through the hardness value test,Marshall test and rutting test.Research the fa-tigue performance of MA through four points bending test.The results show that by adjusting the MA mixture graded can improve the performance of high temperature and fatigue performance of MA.Key words:the cast-type;bridge deck;asphalt mixture;high temperature performance

目前大跨径钢桥面铺装是一个世界性的技术难题,由于我国华南地区特殊的交通、气候等条件导致钢桥面铺装问题尤为突出,钢桥面铺装早期损坏和维修严重影响了大跨径桥梁的交通功能。浇筑式沥青混凝土具有不透水、抗低温开裂性能好、抗老化性能好以及与钢板变形追从性好等主要优点,但是其应用于华南地区往往在高温性能和疲劳性能上表现出很大的不足。

1浇筑式铺装方案概述

浇注式沥青混凝土按照生产工艺可以分为Guss Asphalt (GA)和Mastic Asphalt(MA)两种,GA采用的沥青胶结料主要分为三类:基质沥青、天然沥青复配基质沥青或改性沥青、聚合物改性沥青。MA采用普通沥青[针入度60 80(0.1mm)]与天然湖沥青掺配而成的硬质沥青,湖沥青掺量较高。其中,GA主要应用于德国,MA主要应用于英国,区别在于MA先将硬质沥青与石灰石细集料拌制成沥青玛蹄脂,然后再与40% 50%的粗集料拌制成沥青玛蹄脂混合料,且级配偏向于间断级配。

2高温性能研究

(1)英国MA配比高温性能研究。在英国工程界习惯将浇筑式沥青混合料叫做沥青玛蹄脂(Mastic Asphalt),沥青玛蹄脂由沥青结合料、粗集料、和细集料配置而成。其中沥青结合料由特立尼达和多巴哥产的湖沥青(TLA)和基质沥青(B)按照TLAʒB=65ʒ35的比例掺配。TLA沥青和基质沥青B,以及掺配后的沥青结合料的各项指标见表1,

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万涛涛:华南地区浇筑式钢桥面铺装MA性能研究

其中技术规范要求按英国有关规范提出。粗集料采用国产

玄武岩,细集料采用英国产石灰岩,预拌石屑细集料均满足

相关规范要求。

表1沥青结合料的性能指标

特性量测值技术要求试验方法

针入度(25ħ)/0.1mm1410 25BS2000:49

密度(25ħ)/g.cm-3 1.257 1.17 1.30—

软化点/ħ68.160 70BS2000:58

矿物质(灰份)含量/%25.118 27BS2000:223

溶解度/%68.966 70ASTMD2042

薄膜加热试验后质量损失0.25<2ASTMD1754

按照英国相关规范配置沥青玛蹄脂,配比为:沥青结合

料:粗集料:细集料=8.25%ʒ45.00%ʒ46.75%,对配置好的

玛蹄脂进行车辙试验,其试验结果见表2。

表2沥青玛蹄脂车辙性能指标

性能指标试验方法测定值备注

40ħ轮辙试验,车辙深度/mm DS598 2.6

75ħ轮辙试验,车辙深度/mm BS598>1510min后大于15

45ħ轮辙试验,车辙率/mm·h-1BS598 2.3

75ħ轮辙试验,车辙率/mm·h-1BS598-

由表2数据分析可以看出当试验条件为75ħ时试验均失败,大量研究调查表明我国华南地区钢桥面在夏季的时候,钢板表面温度超过70ħ,故认为75ħ时为华南地区钢桥面浇筑式沥青混凝土的路用性能车辙试验温度,为此MA应用在我国华南地区的桥面铺装工程中必须对英国的配比进行改进,否则不能达到使用应满足的高温稳定性要求。

(2)提高MA高温稳定性的研究。基于对英国浇筑式桥面铺装材料MA的配比分析,认为其高温稳定性不理想的主要因素有3点:①沥青用量高,可溶沥青用量占8.25%;②混合沥青中的TLA所占比例偏少,为65%;③6 10mm的主骨料含量偏少,为35%。

为了寻求提高混合料高温稳定性的最有效的途径,提出了以下几个主要的改进措施,即:①沥青结合料的配比改为TLAʒB=70ʒ30;②可溶性沥青总量由原来的8.25%改为7.5%和8.0%;③调整6.0 10.0mm主骨料用量。

为此我们确定了A、B、C、D、E、F6个方案与英国配比(称之为G方案)进行对比,其比较结果见表3。

对以上7种不同方案进行硬度和标准马歇尔试验,其结果见表4。为进一步验证硬度和马歇尔试验结果对于上述7种方案分别成型试件6块,然后进行2个不同温度下(60ħ和75ħ)的车辙试验,其结果列于表5。

由表4的数据,可以看出,经过对级配的改进级配的硬度增量均小于英国方案G,初步显示各改进级配的高温性能得到改善;通过表5的进一步数据验证表明,除了E方案外其他对比的5种方案60ħ的动稳定度均在1500次/mm以上,比G方案高出了2 6倍,75ħ动稳定度大部分在500 1000次/mm不等,其中A、D方案75ħ时提高效率不大,故淘汰,保留B、C、F3个方案。

表3各组级配及沥青用量

级配

名称

各级筛孔(mm)通过百分率/%沥青用量

14.010.0 6.0 3.350.075TLA/B用量/%

备注

A1009550502270/307.5

B1009555502270/307.5

C1009560502270/307.5

D1009870502270/308.0

E1009880502270/307.5

F1009880502270/308.0

G100956050.422.965/358.25英国方案表4各组沥青玛蹄脂硬度和马歇尔试验数据

级配

名称

成型

方式

硬度试验马歇尔试验

硬度值35ħ

(0.1mm)

稳定度/

kN

流值/

0.1mm

A浇筑16.420.4370

B浇筑13.221.9572

C浇筑14.522.0873

D浇筑17.818.5467

E不成型---

F碾压10.724.4656

G浇筑19.318.1573

表5各组沥青玛蹄脂动稳定度试验数据

试件

编号

成型

条件

60ħ75ħ

动稳

定度

比G提高

百分比

动稳

定度

比G提高

百分比A浇筑2998367650105

B浇筑2857345818158

C浇筑2857345948199

D浇筑191220040929

E不成型----

F碾压47646421858486

G浇筑642-317-

3疲劳性能研究

(1)疲劳试验方法介绍。目前室内小梁疲劳试验(也称试件疲劳试验)方法众多,包括有旋转法、扭转法、简支三点或四点弯曲法等。著名的美国SHRP计划于1994年发布的题为“沥青混合料的疲劳响应”的沥青混合料疲劳性能研究报告中(编号:SHRP-A-404),建议采用控制应变模式的四点弯曲疲劳试验作为室内疲劳试验的标准试验,同时制订

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