寒区沥青混凝土桥面铺装研究报告.pdf

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1、部省联合科技支撑黑龙江省公路建设行动计划项目 交通编号：合同号：H 1006 单位编号：密 级：公开 分 类 号：U443.33 寒区沥青混凝土桥面铺装技术 研 究 报 告 黑龙江省交通科学研究所 2017年 08 月 寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 1 中文题名 寒区沥青混凝土桥面铺装技术 英文题名 Cold asphalt concrete deck paving technology 交通编号 项目来源 黑龙江省交通运输厅 单位编号 合 同 号 H 1006 分 类 号 U443.33 项目起止年限 2015.04 2017.12 第一完成单位 黑龙江省交通科学研究 密级 公开 项目

2、负责人 项目主要 参 加 人 主题词 寒区、沥青混凝土、桥面铺装技术 寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 2 报告摘要：项目所推广的桥面铺装技术针对黑龙江交通与环境特点，在正确分析桥面铺装病害产生原因的基础上，提出几种公路桥梁桥面铺装的合理结构形式和简便实用的设计方法，并给出适宜于我省自然条件的桥面铺装材料及相应的施工技术。该技术的推广将切实解决我省公路桥梁建设的关键问题，并降低公路建设的寿命周期成本，为我省公路建设的科学发展提供技术支持。本项目技术重点在于：在我省季冻气候条件下，合理设计桥面系防水黏结层材料及工艺方法，不同跨径的桥梁采用不同的防黏设计方案，从经济和技术角度全面提升黑龙江省公路

3、桥面铺装的使用品质。英文摘要：Project promotion of deck pavement technology in Heilongjiang traffic and environmental characteristics,in the correct analysis of the defects of bridge deck pavement has in the reason foundation,proposed several kinds of deck pavement of highway bridge structure form and simple and p

4、ractical design method suitable for our province,and given the natural conditions of the bridge deck pavement material and the corresponding construction technology.The promotion of the technology will solve our province highway bridge construction is the key problem in highway construction,and redu

5、ce the life cycle cost,as the highway construction of our province scientific development to provide technical support.The project focuses on:in my province seasonal climate conditions,the rational design of bridge deck waterproof adhesive layer material and technology method,different of long-span

6、bridges using different sticking prevention design,from the economic and technical point of view to enhance the Heilongjiang province highway bridge deck pavement using quality.寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 目 录 1.项目的背景、必要性及目的 1 1.1 项目背景 1 1.2 项目推广的必要性和目的 2 2.项目的主要研究内容 4 3.依托工程同集高速工程概况 5 4.桥面铺装层结构设计 7 4.1 铺装层防水粘

7、层的设计原则与个性化设计 7 4.1.1 桥面防水粘层材料的选择 7 4.1.2 桥面铺装防水层个性化设计 11 4.1.3 防水层设计方案的比选原则 12 4.1.4 桥面防水层的技术要点 13 4.1.4.1 桥面防水层材料洒布量的标定 13 4.1.4.2 桥面防水层基面的处理 15 4.1.4.3 桥面防水层施工要求 15 4.2 桥面铺装下面层生产配合比设计及性能验证 15 4.2.1 工程现场的粗集料性能验证 15 4.2.2 铺装层下面层生产配合比设计 15 4.2.2.1 生产配合比级配调试 16 4.2.2.2 铺装层下面层性能验证 19 4.2.2.3 铺装层下面层设计结论

8、 23 4.3 桥面铺装上面层生产配合比设计及性能验证 23 4.3.1 桥面铺装层上面层的生产配合比设计 23 寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 4.3.1.1 生产配合比级配调试 24 4.3.2 最佳油石比的确定 26 4.3.3 性能验证 28 4.3.4 铺装层上面层设计结论 31 4.4 桥面铺装聚酯纤维层的施工控制要点 31 4.4.1 聚酯纤维拌合的技术要点 31 4.4.2 聚酯纤维层的摊铺与碾压 32 5.寒区改性沥青聚酯纤维混凝土桥面铺装工艺方法 33 5.1 施工准备 33 5.2 基层的处理 33 5.3 桥面防水层的施工 34 5.4 桥面铺装层材料的拌合 35

9、5.5 桥面聚酯纤维层的摊铺 35 5.6 铺装层的压实及成型 36 5.7 开放交通及其他 38 6.寒区改性沥青聚酯纤维混凝土桥面铺装的工后效果观测 39 6.1 桥面渗水系数检验 39 6.2 桥面构造深度测试 40 6.3 平整度测试 40 6.4 三米直尺测桥面车辙深度 40 6.5 现场试验报告 41 7.结论 42 附 录 43寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 1 1.项目的背景、必要性及目的 1.1 项目背景 桥面铺装是桥梁的重要组成部分，是桥梁体现其使用功能的唯一通道。铺装层建设质量的好坏不仅直接影响到行车的安全性、舒适性和路桥结构的耐久性，也影响着其价值投资的经济效益和社

10、会效益。长期以来，对于水泥混凝土桥面的沥青铺装层，人们只是把铺装层当作普通路面结构来设计和施工，但是普遍出现的一些铺装层过早损坏，引起了各界的高度关注。据调查，桥面铺装破坏的主要原因包括：水泥混凝土桥面板或调平层施工质量差，致使沥青层与水泥混凝土铺装层黏结不良；水泥混凝土桥面板平整度差，未设调平层，致使沥青面层厚薄不均，压实度不一致，铺装层薄处的混合料产生严重离析；水泥混凝土桥面板或调平层顶面，尚未完全干燥时铺筑防水粘结层和沥青混合料，水分遇热可以变成水汽，使防水粘结层产生鼓包、脱皮等现象；寒冷地区冬季撒盐除雪与重复冻融的作用等，对桥面板（梁）及混凝土铺装层造成部分腐蚀。因此对桥面板和铺装层必

11、须进行相应设计才能保证铺装层的质量。我省地处寒冷地区，铺装层的早期损坏表现的尤为突出，因此我省围绕寒冷地区的气候特点，对桥面系的相关技术进行了较深入的专项研究并取得了一些突破性成果，具体包括：）首先明确了寒区桥面铺装应具有如下的技术性能：（1）桥面铺装必须满足基本的抗车辙、抗裂、抗滑性能优良、平寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 2 整等基本使用性能要求。（2）桥面铺装必须具有良好的防水性，防止水渗入到桥面板，引起结合界面的破坏及对桥梁结构造成腐蚀。（3）桥面粘结层具有良好的的层间粘结力、抗渗性能、高温稳定性，低温抗裂性和抗腐蚀的能力等。（4）桥面铺装沥青混凝土本身必须具有良好的抗冻融水损害能

12、力，以确保铺装具有良好耐久性。）通过研究，确定了适合于高寒区公路环境和工程特点的 4 大类不同结构形式公路梁桥的 18 种桥面铺装的合理结构形式；）提出了高性能桥面铺装材料的设计理念和设计方法。以上的研究成果，在使用中取得了显著成效，铺装层的早期病害得到了有效控制，但由于桥梁结构本身存在着个性化和地域化的差异，因此在推广应用过程中应遵循具体问题具体分析的原则，根据工程的具体特点进行个性化设计。本项目拟推广应用的就是上述研究成果的部分内容，应用的依托工程是同江集贤高速公路。1.2 项目推广的必要性和目的 目前，正值我省公路交通“三年决战”时期，大规模的基础设施尤其是大跨径桥梁建设蓬勃发展，我们面

13、临着时间紧、任务重、技术难度大、优质的筑路材料短缺等一系列问题，如何在我省现有的建设寒区沥青混凝土桥面铺装技术研究报告 3 环境下，保证公路和桥梁结构的使用寿命和耐久性是最为重要和关键的问题，也是迫切需要解决的问题。由于时间紧迫，再开展大量的试验研究对现实工程指导意义不大。本项目宗旨在于充分利用好我省已取得的研究成果，将新成果和新技术应用到工程建设实际中去，结合工程现场的实际情况进行系统化的个性设计，使我省寒区沥青混凝土桥面铺装技术的实用性得到进一步完善和提高，为今后桥面铺装的建设与维修提供理论指导。同时，通过保证桥梁长期使用性能，还可以实现提高交通运输效益，创造巨大的经济与社会效益的目的。第

14、 2 章 项目的主要研究内容 4 2.项目的主要研究内容（1）沥青桥面铺装结构层设计，重点是桥面防水粘层的个性化设计；（2）桥面铺装层施工配合比设计及使用性能检验，包括高温稳定性（车辙）、水损害稳定性（浸水马歇尔、冻融劈裂）、低温抗裂性（小梁弯曲试验）和沥青混合料渗水试验及构造深度验证；（3）桥面铺装施工工艺及质量控制；（4）应用效果观测、技术总结。主要技术指标：桥面铺装层渗水系数小于 120ml/min；铺装层改性沥青混凝土的动稳定度 DS3000 次/mm；铺装层改性沥青混凝土的冻融劈裂强度80%；铺装层的马歇尔残留稳定度85%；铺装层沥青混合料低温弯曲试验破坏应变2800。第 3 章 依

15、托工程同集高速工程概况 5 3.依托工程同集高速工程概况 同集高速公路是我省公路“三年决战”的重点建设项目之一。根据当地气候条件其气候分区属夏热冬严寒湿润（2-1-2），交通条件为重载，应按照公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004的相关要求确定相应的设计指标。该路线起于我省重要的煤炭工业基地双鸭山市（集贤），途经二九一农场，富锦市，建三江农垦分局（二龙山），终点至同江市的哈鱼岛疏港路口，路线全长 167.7公里，于 2010年5月开工建设，投资规模 40 亿元。全线沥青混凝土面层 361万平方米。沿线有大桥 210，52m/2座，上部构造采用预应力混凝土空心板结构，下部采用柱式桥墩、

16、肋板式桥台、桩基础。中桥 422.48m/5座，上部构造全部采用预应力混凝土空心板结构，下部采用柱式墩、肋板式桥台、柱式桥台、座板台、钻孔桩基础。小桥 537.38m/8座，上部构造采用预应力混凝土空心板，钢筋混凝土空心板结构，下部采用柱式墩、薄壁墩、肋式台、柱式台、薄壁台、钻孔桩基础。在设计文件中桥面铺装结构层总设计厚度 20cm,即上层5cmAC-16改性沥青聚酯纤维混凝土+下层 5cmAC-20改性沥青混凝土+防水层+10cm抗渗抗冻混凝土。要求在铺筑沥青混凝土前对抗渗抗冻混凝土进行洗刨，厚度 5mm。沥青混凝土桥面铺装防水层采用路桥用水性沥青基防水涂料，其性能指标应满足中华人民共和国交

17、通行业标准路桥用材料标准九项JT/T5352004的相关规定。掺入沥青混凝土的纤维应具有强度高、不溶解、吸附性能强、化第 3 章 依托工程同集高速工程概况 6 学性质稳定以及良好的分散性,不易结团的性能。聚酯纤维掺入量为混和料质量的 0.25%,即每吨沥青混合料掺 2.5kg。掺入的聚酯纤维的性能应满足如下技术指标，见表 3-1。表 3-1 掺入的聚酯纤维的性能技术指标 本项目的应用路段落实在 A7 合同段。图 3-1掺入的聚酯纤维 比重（g/cm3）规定值0.05 燃点温度 230 长度（mm）61.5 直径（mm）0.0150.005 耐热性 1635 小时 颜色体积无变化 断裂延伸率（）

18、8 抗拉强度（MPa）500 吸油量 规定值0.1 规定值:企业标准或产品说明书所规定的值 第 4 章 桥面铺装层结构设计 7 4.桥面铺装层结构设计 我国现行的公路沥青路面设计规范中规定：“当路面与桥面连续施工时，高速公路、一级公路的大、中、小桥的面层结构与厚度宜与两端路线的表面层、中面层相同。”依据这个原则，课题组将研究的重点放在桥面防水粘层材料的优选上，同时，在对铺装上下面层进行配合比设计和性能验证时，重点考察防水粘结层和下面层的密水性，这是保证铺装层耐久性的关键。4.1铺装层防水粘层的设计原则与个性化设计 就水泥混凝土桥面的沥青铺装层而言，铺装层与桥面板的粘结不牢往往是导致铺装层损坏的

19、最根本的原因。桥面防水层的设置不仅仅是为了防水，更重要的是使沥青铺装层与水泥桥面板粘结成为一个整体，这是防水层设计的根本原则。防水粘结层若有破损、漏空或脱离，水就会渗入防水粘结层与水泥混凝土板的界面上，影响与桥面板的粘结强度，甚至成为滑动的界面状态，使桥面铺装成为一个单独受力的层次，就会出现很大的水平剪应力和底部的弯拉应力，桥面铺装就必然导致迅速破坏。从现在常见的破坏情况看，铺装层绝大部分的损坏都是由防水粘结层的过早损坏引起的，当然这里也不能排除施工质量方面的因素。因此，在重视铺装层设计的同时也要注重施工质量的管理，二者缺一不可。4.1.1桥面防水粘层材料的选择 为了对桥面防水材料进行优选并同

20、时兼顾施工的可操作性，课题第 4 章 桥面铺装层结构设计 8 组在广泛调查研究的基础上，比选出了三种性能相对优异的粘层材料，即常温改性乳化沥青（委托配制、高浓度）、水性沥青基防水涂料（工程现场的桥面防水材料）和加热使用的 5%SBS 改性沥青（现场路面材料热拌专用），对这三种材料进行了路用性能指标的试验检验，试验结果见表 4-1、表 4-2、表 4-3 和表 4-4。表4-1 委托配制的桥面防水层用改性乳化沥青技术要求及实测值 原 始 样 品 实测值 课题的技术要求 实验方法 沥青标准粘度,25 10 8-25 T0621 恩格拉粘度，25 4 1-10 T0622 破乳速度 快 中或快 T0

21、658 粒子电荷+T0653 筛上剩余物试验,1.18mm,%0.05 2/3 2/3 T0654 储存稳定性，1天，%0.4 1 T0655 储存稳定性，5天，%3.9 50 T0651 蒸发残留物性质 针入度,25,100 g,5s，0.1mm 90 40-120 T0604 软化点,54.7 50 T0606 溶解度,%99.7 97.5 T0607 延度，5，5cm/min,cm 50 20 T0605 第 4 章 桥面铺装层结构设计 9 表 4-2 现场的 5%SBS 改性沥青性能指标 原始样品 检测结果 指挥部要求 实验方法 针入度 25 100 g.5 s.0.1mm.72 60

22、-80 T0604-2000 针入度指数PI 0.14-0.21.0 T0604-2000 软化点 oC-82.6 75 T0606-2000 延度,5 cm/min,5,cm 58.7 30 T0605-1993 运动粘度 60 Pa.s.1546 800 T0625-2000 运动粘度 135 Pa.s.1.145 3.0 T0625-2000 闪点 285 230 T0611-1993 溶解度%99.7 99 T0607-2000 离析试验 软化点差 1.3 2.5 T0661-2000 弹性恢复 25%97 90 T0662-2000 旋转薄膜烘箱后残留物 T0610-1993 质量损

23、失%0.4 0.6 T0610-1993 延度 5 cm/min,5,cm 37 20 T0605-1993 针入度比 25,%85 70 T0604-2000 弹性恢复 25,%90 80 T0662-2000 SHRP性能指标 原样沥青 动态剪切流变 kPa.PG70 1.55 1.0 AASHTO TP5 RTFOT试验后 动态剪切流变,kPa.PG70 2.45 2.2 AASHTO TP5 路用性能等级 PG70-28 结论：各项指标都满足规定要求，可用于工程实体 第 4 章 桥面铺装层结构设计 10 表 4-3 水性沥青基防水涂料性能指标 项目 实测值 规范值 外观 搅拌后为黑色或

24、蓝褐色均质液体，搅拌棒上不粘附任何明显颗粒 固体含量，%52 43 延伸性，无处理 11 6.0 处理后 7 4.5 柔韧性，-202 无裂纹、断裂 耐热性，1602 无流淌、起泡和滑动 粘结性，Mpa 0.47 0.4 不透水性 0.3 Mpa、30min不渗水 抗冻性，-20 20次不开裂 耐腐蚀性 耐碱（20）Ca（OH）2中浸泡15d无异常 耐盐水（20）3%盐水中浸泡15d无异常 干燥性，25 表干 1.5 h 4h 实干 5 h 12h 抗硌破及渗水 不渗水 暴露轮碾试验（0.7 Mpa，100次）后，0.3 Mpa水压下不渗水 人工气候 加速老化 外观 无滑动、流淌、滴落 纵向拉

25、力 保质率，%80 低温柔度，-10 无裂纹 注：试件参考涂布量与施工用量相同：1.5/2.5/表 4-4 三种防水材料综合分析 最后的取舍要根据使用时现场的材料供应及施工机具的可调配情况确定。我们对这三种材料的选择排序是：5%SBS改性沥青、水性沥青基防水涂料、改性乳化沥青。项目 改性乳化沥青 水性沥青基防水涂料 5%SBS改性沥青 基面要求 潮湿或干燥 潮湿或干燥 干燥 是否加热 常温使用 常温使用 加热使用 施工方式 人工刮涂 人工喷涂或机械撒布 专用机械热撒 与桥面板粘结性 人为影响因素大 一般 紧密 单价（万元/吨）0.5-0.6 0.8-1.0 0.6-0.7 第 4 章 桥面铺装

26、层结构设计 11 4.1.2 桥面铺装防水层个性化设计 根据以上三种防水材料，我们设计了 A、B、C 三种桥面铺装防水层结构形式：方案 A 桥面混凝土机械铣刨或抛丸打毛，厚度为 5 吹净 洒布或涂刷改性乳化沥青或水性沥青基防水涂料，用量 1.1-1.2/5 AC-20 SBS改性沥青聚酯纤维混凝土+5 AC-16改性沥青聚酯纤维混凝土。A 方案仅适用于本路线的中小桥。5cm AC-16 改性沥青聚酯纤维混凝土 5 AC-20 SBS 改性沥青聚酯纤维混凝土 1.1-1.2/改性乳化沥青或沥青涂料 桥面板铣刨或打毛 图 4-1 A方案示意图 方案 B 桥面混凝土机械铣刨或抛丸打毛，厚度为 5 吹

27、净 洒布5%SBS改性热沥青，用量 1.2-1.4/撒布洁净的 2.36的机制砂(覆盖率：60%-70%)6t-8t轻型压路机慢速碾压5 AC-20 SBS改性沥青混凝土+5 AC-16改性沥青聚酯纤维混凝土。B方案适用于本路线的大中小桥。5cm AC-16 改性沥青聚酯纤维混凝土 5 AC-20 SBS 改性沥青混凝土 5%SBS 改性热沥青+2.36mm 的机制砂 桥面板铣刨或打毛 图 4-2 B方案示意图 第 4 章 桥面铺装层结构设计 12 方案 C 桥面混凝土机械铣刨或抛丸打毛，厚度为 5 吹净 同步碎石摊铺机洒布 5%SBS改性热沥青（用量 1.2-1.4/）+4.75mm的洁净碎

28、石(覆盖率：60%-70%)5 AC-20 5%SBS改性沥青聚酯纤维混凝土+5 AC-16改性沥青聚酯纤维混凝土。C方案适用于本路线的大桥或重要位置桥梁。5cm AC-16 改性沥青聚酯纤维混凝土 5 AC-20 5%SBS 改性沥青聚酯纤维混凝土 5%SBS 改性热沥青+4.75mm 的洁净碎石 桥面板铣刨或打毛 图 4-3 C方案示意图 4.1.3防水层设计方案的比选原则 结合工程实际，课题组综合分析了 A、B、C 三个设计方案，确定的取舍原则是：三种防水材料获得的难易程度与技术性能比较、机械化施工程度、施工过程控制中关键指标的调整灵活性和准确性，工程造价的经济性和防水效果的质量保证性。

29、依照上述原则我们了解到，用作桥面防水材料的“水性沥青基防水涂料”已经到场，用作路面沥青混合料拌合的 5%SBS 改性沥青，各拌站也都有储备，此外，沥青洒布车和同步碎石机正在相邻的路段工作着。为了使桥面防水体系达到最佳效果，课题组优选出 A、C 两种方案作为最终推广方案，并提交指挥部的工程部和技术部审议。我们认为 A、C 两种方案具备如下的几方面优势：（1）都可实现机械喷洒，保证了防水层厚度的均匀性和可靠性，第 4 章 桥面铺装层结构设计 13 尤其是同步碎石封层车的运用，使桥面防水粘结层和石屑保护层一次成型，避免了分层撒布带来的交通流污染，防水层与桥面板粘结的更加紧密，可获得良好的层间粘结力和

30、可靠的防水性；（2）特别是 4.75mm 粒径石屑的撒布，增加了层间的摩阻力，使防水层有利于和下面层一起形成稳定的桥面防水体系。（3）桥面系双层改性沥青聚酯纤维混凝土结构，有利于较大程度地增加桥面系的抗裂性，提高其耐候性，增强耐久性，延长铺装层的使用寿命。A、C 方案很快通过了指挥部审核，并协助课题组在短时间内落实了同步碎石机的合作事项和应用路段 A7 标辖区。A 方案由于是原设计限定的方法，故遵照设计文件执行。下一个工作环节就是进一步明确桥面防水层施工工艺各环节的关键控制点和指标。4.1.4 桥面防水层的技术要点 着重研究并完成桥面防水粘层的热油和防水涂料喷洒量及碎石撒布量的标定。4.1.4

31、.1 桥面防水层材料洒布量的标定（1）5%SBS 改性沥青喷量的确定 国内外的相关研究结果表明，当防水粘层的 5%SBS 改性沥青喷量2800 2 5.3 0.25 2.398 2.509 4.4 9.12 2681.58 3458 3 5.3 0.25 2.389 2.509 4.8 8.61 2577.89 3340 4 5.3 0.25 2.393 2.509 4.6 8.13 2495.32 3258 5 5.3 0.25 2.389 2.509 4.8 9.58 2205.11 4458 均值 5.3 0.25 2.392 2.509 4.62 8.994 2483.65 3678

32、混合料性能评价 桥面沥青混合料满足寒区抗裂要求 第 4 章 桥面铺装层结构设计 22 （4）渗水性试验 表 4-16 AC-20 改性沥青聚酯纤维混合料渗水系数试验记录表 序 号 第一次读数时的水量（mL）第 二 次读数时的水量（mL）第 一 次读 数 时的 时 间t1（S）第 二 次读 数 时的 时 间t2（S）渗 水 系 数（mL/min）试 验 规 程 备 注 单 值 平均值 要 求 1 100 342 0 180 114 109 120 T0730-2011 试件成型：轮碾法 2 100 291 0 180 97 3 100 351 0 180 117 4 100 321 0 180

33、107（5）构造深度试验 按照规范要求，桥面铺装各沥青混合料结构层均需进行构造深度的检验，结果见表 4-13。表 4-17 桥面 AC-20 改性沥青聚酯混合料表面构造深度试验 试样描述：AC-20改性沥青聚酯混合料方盘 成型条件：施工配合比、轮碾法成型、尺寸 30 30 5 序号 量筒中砂 的体积（3）摊砂 直径（cm）TD=231831D（D：摊平砂的平均直径）（）均值（）要求（）试验方法 1#盘 25 19.7 0.82 0.83 0.55 T0731-2000 2#盘 25 20.1 0.79 3#盘 25 19.1 0.87 图4-6 小梁弯曲试验示意图88.28.48.68.899

34、.29.49.69.81032583458365838584058425844584658弯拉应变弯拉强度（MPa）图 4-8 小梁弯曲试验第 4 章 桥面铺装层结构设计 23 4.2.2.3 铺装层下面层设计结论 我们对桥面下面层 AC-20 改性沥青聚酯纤维混合料进行了生产配合比级配调试和最佳油石比的确定，并对最佳油石比进行了抗水损害试验、高温稳定性检验、低温抗裂性、渗水性试验和构造深度测试，得出以下结论：（1）我们完成的桥面下面层 AC-20 改性沥青聚酯纤维混合料生产配合比的设计及调试，（设计结果见表 4-18），各项试验结果均满足设计要求，可作为生产配合比的指导性指标。（2）施工单位

35、根据生产配合比设计结果可进行后期沥青路面的试拌、试铺工作。表 4-18 矿料配合比及油石比 混合料类型 下列各种矿料所占比例（%）油石比（%）聚酯纤维（%）5#仓 4#仓 3#仓 2#仓 1#仓 矿粉 AC-20 6.0 35.0 16.0 7.0 33.0 3.0 4.9%0.25 4.3 桥面铺装上面层生产配合比设计及性能验证 4.3.1 桥面铺装层上面层的生产配合比设计 桥梁两端相邻路面的上面层材料是 AC-16改性沥青混合料，设计中，桥面铺装的上面层材料是 AC-16改性沥青聚酯纤维混合料，所不同的是外掺了聚酯纤维，我们认为这是合理的正确的。课题组开展第 4 章 桥面铺装层结构设计 2

36、4 了对 AC-16改性沥青聚酯纤维混合料生产配合比设计。和下面层一样，这个环节包括的主要内容有：热料仓筛分、热料仓集料密度、生产配合比级配组合设计、油石比选择等工作。4.3.1.1 生产配合比级配调试 4.3.1.1.1 热料仓筛分试验（1）拌和楼为国产吉公 3250型。拌和楼筛网设置根据本项目矿料级配以及该拌和楼的使用经验，该拌和楼筛网尺寸设置分别为 20、12、7 和 3.5。（2）在生产配合比设计过程中，为保证二次筛分试验的代表性和真实性，拌和楼进料时间为 20 分钟，上料速度与生产时相一致。上料后，各个热料仓单独放料，各热料仓前面料放掉，待稳定后从热料仓放料仓放料取样，并对所取样品采

37、用四分法进行了热料仓筛分和密度试验，结果见表 4-19、表 4-20和表 4-21。表 4-19 拌和楼各热料仓筛分试验结果表 通过筛孔（方孔筛，）百分率（%）19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 4#仓 100.0 97.9 68.6 10.5 0.7 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 3#仓 100.0 100.0 100.0 93.3 1.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 2#仓 100.0 100.0 100.0 100.0 87.9 17.1 3.5 1.1 0.9 0.8 0.7 1

38、#仓 100.0 100.0 100.0 100.0 99.5 91.5 60.9 34.3 22.2 12.8 7.2 矿粉 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 99.9 98.8 90.1 筛孔 矿料 第 4 章 桥面铺装层结构设计 25 表 4-20 拌和楼各热料仓集料相对密度试验结果 矿料 表观相对密度 毛体积相对密度 吸水率（%）4#仓 2.713 2.677 0.49 3#仓 2.718 2.676 0.58 2#仓 2.736 2.662 1.01 1#仓 2.734 2.640 2.07 矿粉 2.635-表 4-21

39、 聚酯纤维密度结果表 纤维品种 纤维密度 聚酯纤维 1.10 4.3.1.1.2 生产配合比调试结果 依据热料仓筛分试验结果，进行生产配合比级配组合设计，各热料仓及矿粉质量比为：4#仓：3#仓：2#仓：1#仓：矿粉=35.0%：22.5%：8.0%：31.0%：3.5%。矿料合成级配计算结果如表 4.-22 所示。生产、目标配合比级配对照如图 4-7。表 4-22 生产配合比级配与目标配合比级配对照图 级 配 筛 孔 通过筛孔（方孔筛,mm）百分率（%）19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 4#仓（35）35.0 34.3 2

40、4.0 3.7 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 3#仓（22.5）22.5 22.5 22.5 21.0 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 2#仓（8）8.0 8.0 8.0 8.0 7.0 1.4 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 1#仓（31）31.0 31.0 31.0 31.0 30.9 28.4 18.9 10.6 6.9 4.0 2.2 矿粉（3.5）3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.2 生产级配 100.0 99.3 89.0 67.2 42.0 33.5 22.8 14.4 1

41、0.6 7.6 5.6 目标级配 100.0 98.4 89.2 69.4 44.6 34.2 23.4 16.3 11.6 8.7 5.6 级配上限 100.0 100.0 92.0 80.0 62.0 48.0 36.0 26.0 18.0 14.0 8.0 级配下限 100.0 90.0 70.0 60.0 34.0 20.0 13.0 9.0 7.0 5.0 4.0 第 4 章 桥面铺装层结构设计 26 通 过 百 分 率（%）图 4-9 级配曲线图 4.3.2 最佳油石比的确定 根据生产配合比的级配调试结果，分别采用 5.0%、5.3%、5.6%三种油石比进行马歇尔稳定度试验。试验结

42、果见表 4-23。表 4-23 AC-16 生产级配马歇尔稳定度试验结果 级配类型 油石比（%）试件毛体积相对密度 计算理论最大相对密度 空隙率 VV（%）矿料间隙率VMA（%）饱和度VFA（%）稳定度（KN）流值(0.1mm)AC-16 5.0 2.368 2.490 5.7 15.6 63.1 12.87 31.8 5.3 2.379 2.479 4.5 15.1 70.3 14.46 33.8 5.6 2.376 2.469 3.8 15.0 75.1 13.18 32.9/35*6575 8 2040*注：要求空隙率 3、4、5 所对应的 VMA 最小值分别为 12.5、13.5、14

43、.5，当空隙率不是整数时，由内插确定要求的 VMA 最小值。根据表 4.-23 马歇尔稳定度试验结果，分别绘制密度、空隙率、稳定度、流值、饱和度及 VMA 与油石比的关系见图 4-8 根据以往设计经验，结合黑龙江本地气候条件，本次生产配合比设计油石比为5.3%。筛 孔 尺 寸第 4 章 桥面铺装层结构设计 27 图 4-10 稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度及 VMA 与油石比关系图 油石比（%）2.3552.362.3652.372.3752.382.3852.392.3952.455.35.6毛体积相对密度油石比（%）2.533.544.555.566.577.555.35.6空隙率（%

44、）油石比（%）11.51212.51313.51414.51515.555.35.6稳定度（KN）油石比（%）262830323436384055.35.6流值（0.1mm）油石比（%）5560657075808555.35.6饱和度(%)油石比（%）1313.51414.51515.51616.51755.35.6间隙率（%）第 4 章 桥面铺装层结构设计 28 4.3.3 性能验证（1）水稳定性检验 为了验证 AC-16 改性沥青聚酯纤维混合料的抗水损害性能，采用生产级配 5.3%的油石比进行了浸水马歇尔试验，试验结果表明混合料抗水损害性能良好。试验结果见表 4-24：表 4-24 最佳油

45、石比条件下浸水马歇尔试验结果 混合料 类型 非条件（0.5h）条件（48h）残留稳定度 S0（%）要求（%）空隙率（%）马歇尔稳定度（KN）流值（0.1mm）空隙率（%）浸水马歇尔稳定度（KN）流值（0.1mm）AC-16 4.6 14.56 33.4 4.4 12.31 34.2 88.1 85 4.4 14.44 33.1 4.5 12.67 33.5 4.3 13.88 33.8 4.6 12.78 33.9 平均值 4.4 14.29 33.4 4.5 12.59 33.9 表 4-25 冻融劈裂试验结果 混合料 类型 非条件 条件 TSR（%）要求（%）空隙率（%）劈裂强度（MPa）

46、空隙率（%）劈裂强度（MPa）AC-16 5.9 1.2156 5.6 1.0161 87.2 80 6.0 1.1791 5.7 1.0392 5.7 1.2236 5.4 1.0997 5.5 1.2195 5.6 1.0648 平均值 5.8 1.2095 5.6 1.0549（2）高温稳定性试验 试验条件：在 60.01.0，0.70.05Mpa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料的高温稳定性，动稳定度及车辙试件空隙率试验结果分别见表 4-26及表 4-27所示。表 4-26 车辙试验动稳定度 混合料 类型 油石比（%）动稳定度（次/mm）变异系数（%）要求（%）1 2 3 平均 要求

47、AC-16 5.3 6987.3 7323.1 7598.2 7303 3000 4.2 20 第 4 章 桥面铺装层结构设计 29 表 4-27 车辙试件空隙率汇总表 试件组数 试件编号 试件毛体积 相对密度 计算理论最大 相对密度 空隙率（%）1 1 2.370 2.479 4.4 2 2.366 4.5 3 2.373 4.3 4 2.371 4.4 平均值 2.370 4.4 2 1 2.370 4.4 2 2.368 4.5 3 2.359 4.9 4 2.366 4.6 平均值 2.365 4.6 3 1 2.372 4.3 2 2.367 4.5 3 2.373 4.3 4 2.

48、362 4.7 平均值 2.368 4.5（3）低温抗裂验证 检验按生产配合比设计的改性沥青聚酯混合料的低温抗裂性。表 4-28 AC-16 改性沥青聚酯混合料小梁弯曲试验记录表 试验条件：（1）加载速率:50mm/mm（2）试验温度：-100.5,（3）成型方法：轮碾成型，切割 （4）试件尺寸：长 250mm 2.0mm、宽 30mm2.0mm、高 35mm2.0mm,跨径 200mm 试 样 编 号 油 石 比（%）纤维掺量（%）试件毛体积密度 最大理论密度 空 隙 率(%)vv 试件破坏时的抗弯拉强度PB(Mpa)试件破坏时的弯曲劲度模量 RB(Mpa)试件破坏时的最大弯拉应变 B(10

49、-6)低温弯曲破坏应变要求值()1 5.3 0.25 2.377 2.490 4.5 8.48 1314.58 6320 2800 2 2.375 2.490 4.6 8.41 1327.78 6300 3 2.383 2.490 4.3 8.31 1335.64 6260 4 2.389 2.490 4.1 8.53 1347.89 6340 5 2.384 2.490 4.3 8.67 1333.46 6550 均 值 5.3 0.25 2.382 2.490 4.36 8.48 1331.87 6354 混合料性能评价 桥面沥青混合料满足寒区抗裂要求 第 4 章 桥面铺装层结构设计 30

50、 图 4-11 小梁弯曲试验示意图（4）渗水性验证 对于铺装层密级配的改性沥青混凝土，要求按 T 0730方法实测的渗水性指标不大于 120ml/min。结果见下表：表 4-29 AC-16 改性沥青聚酯纤维混合料渗水系数试验记录表 序 号 第一次读数时的水量（mL）第二次读数时的水量（mL）第一次读数时的时间t1（S）第二次读数时的时间t2（S）渗 水 系 数（mL/min）试 验 规 程 备 注 单 值 均 值 要 求 1 100 287 0 180 62 60 120 T0730-2011 试件成型：轮碾法 2 100 296 0 180 65 3 100 258 0 180 53 4