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中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性

邓学钧

邓学钧. 中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(2): 1-7.
引用本文: 邓学钧. 中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性[J]. 交通运输工程学报, 2002, 2(2): 1-7.
DENG Xue-jun. Asphalt pavement stability at high-temperature for the Jiangyin bridge in China[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(2): 1-7.
Citation: DENG Xue-jun. Asphalt pavement stability at high-temperature for the Jiangyin bridge in China[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2002, 2(2): 1-7.

中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性

基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 59878014

详细信息
    作者简介:

    邓学钧(1937-), 男, 江苏苏州人, 东南大学教授, 博士生导师, 从事道路路面、机场道面工程研究

  • 中图分类号: U443.33

Asphalt pavement stability at high-temperature for the Jiangyin bridge in China

More Information
    Author Bio:

    DENG Xue-jun(1937-), male, a professor of Southeast University, engaged in research of pavement structure

  • 摘要: 江阴长江大桥位于中国长江下游、江苏省境内, 是国家国道主干线同三线(黑龙江省同江至海南省的三亚) 和京沪线(北京至上海) 等高速公路的过江通道。大桥正桥主跨1 385 m。根据大桥的自然环境, 要求桥面沥青铺装层能够在最高温度70℃与最低温度- 1 4℃之间的温度范围内承受繁重的交通负荷正常工作, 而不产生损伤。为了满足这样的工作条件, 选用英国铺装技术, 沥青铺装层设计采用5 0 mm厚的浇注式沥青混凝土(Guss Asphalt)。原材料采用南美洲特立尼达生产的湖沥青(TLA) 和中国当地的玄武岩作为粗集料。按英国标准配制的浇注式沥青铺装层混合料有许多优点, 如防水性能好、空隙率小、抗疲劳性能与抗低温脆裂性能都十分理想, 唯高温稳定性较差, 即使采用了英国重交通级别的标准(H级), 混合料的抗车辙能力仍达不到中国高速公路沥青路面的标准。其主要原因是英国地理位置与中国有明显差别。研究工作中采取了四项措施: 1调整混合沥青的配比, 提高TLA所占比例; 2降低可溶性沥青用量; 3增加主骨料(6.0 mm~ 1 0 mm) 的用量; 4保证矿粉与沥青的比例。通过室内试验, 全面测试各项路用性能后, 确定最佳的材料配比设计方案, 既保持了浇注式沥青混凝土的各项优点, 也提高了沥青混合料的高温稳定性, 成功地将经过改善的国外先进技术用于中国特大桥梁的铺装工程。

     

  • 表  1  桥面铺装层结构组合表示

    Table  1.   Bridge deck pavement structural composition

    层位 中文名称 英文名称 厚度 特点
    1 预拌沥青石屑 Coated Chippings 不计 dm为14 mm的均匀粒径材料
    2 沥青玛蹄脂 Mastic Ashalt 50 mm 采用TLA沥青与60/70普通沥青混合dm为14 mm的级配集料
    3 橡胶沥青底层 Rubberised Bitumen Underlay 1.5~3.0 mm 采用预拌橡胶沥青、矿粉
    4 粘结底层 Adhesive Primer 不计 可溶性橡胶沥青
    5 防护层 Rrotective Primer 100 μm 环氧富锌漆
    6 板面钢板 Steel deck 12 mm 钢板由U型纵肋支承
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    表  2  特立尼达湖沥青(TLA) 的特性

    Table  2.   Characteristics of Trinidad lake asphalt (TLA)

    特性 试验方法* 指标
    针入度(25℃) /0.1 mm BS2000 3
    软化点/℃ BS2000 92
    密度(15℃) /g·cm-3 BS2000 1.40
    溶解度/% ASTMD2024 57.0
    矿物质(灰份) 含量/% BS2000 38.1
    注: BS-英国标准; ASTM-美国材料试验标准。
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    表  3  普通石油沥青(B) 的特性

    Table  3.   Characteristics of normal oil asphalt (B)

    特性 量测值 技术要求 试验方法
    针入度(25℃) /0.1 mm 71 60~80 BS2000∶49
    延度(15℃) /cm > 100 > 100 ASTMD113
    软化点/℃ 48 44~45 BS2000∶58
    含腊量/% 1.0 < 2.0 D/N52015
    密度(15℃) /g·cm-3 1.045
    溶解度/% 99.96 > 99.0 ASTMD2042
    粘度(60℃) /Pa 1850 2000±200 ASTMD4402
    闪点/℃ 340 ASTMD92
    薄膜烘箱试验后特性 质量损失/% 0.02 < 0.80 ASTMD1754
    针入度比/% 69 > 55 ASTMD1754
    延度(15℃) /cm > 100 > 70 ASTMD1754
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    表  4  由65%TLA加35%B得到的沥青结合料AC的特性要求

    Table  4.   Characteristics of index of asphalt cement from 65% TLA & 35%B

    特性 量测值 技术要求 试验方法
    针入度(25℃) /0.1 mm 14 10~25 BS2000∶49
    密度(25℃) /g·cm-3 1.257 1.17~1.30
    软化点/℃ 68.1 60~70 BS2000∶58
    矿物质(灰份) 含量/% 25.1 18~27 BS2000∶223
    溶解度/% 68.9 66~70 ASTMD2042
    薄膜加热试验后质量损失/% 0.25 < 2 ASTMD1754
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    表  5  粗集料(CA) 颗粒级配分布百分率

    Table  5.   Coarse aggregate (CA) graded percentage

    筛孔尺寸(BS) /mm 累积通过率/% 技术要求/%
    14 100 100
    10 99.7
    6.3 38.8 < 40
    5 17.7
    3.35 2.8
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    表  6  细集料(FA) 颗粒级配分布百分率

    Table  6.   Fine aggregate (FA) graded percentage

    筛孔尺寸(BS) /mm 分级含量/% 技术要求/%
    > 2.36 0.5
    2.36~0.60 22.4 0~25
    0.60~0.212 18.6 5~35
    0.212~0.075 13.5 10~30
    < 0.075 45 40~60
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    表  7  细集料(FA) 钙含量

    Table  7.   Calcium content of fine aggregate (FA)

    材料名称 钙含量(以CaCO3计) /% 技术要求/%
    英国Longcliffe 99.2 > 85
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    表  8  预拌石屑集料(CC) 颗粒级配分布

    Table  8.   Coated chippings (CC) graded percentage

    材料特性 试验方法 量测值 技术要求
    集料压碎值/% BS812∶110 11 < 16
    针片状含量/% BS812∶105 15 < 25
    集料磨耗值/% BS812∶113 8.2 < 11
    集料磨光值 BS812∶114 64 > 62
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    表  9  沥青玛蹄脂(MA) 性能指标试验结果

    Table  9.   Test results characteristics index of mastic asphalt

    序号 性能指标 试验方法 测定值 技术要求 备注
    1 硬度数 BS5284 21~17 25~15
    2 40℃轴向加载3600次永久应变(RLAT) DD226 3.1
    3 70℃轴向加载3600次永久应变(RLAT) DD226 > 18.8 其中一次加载3000次应变大于22.5%即破坏
    4 45℃轮辙试验, 车辙深度/mm DS598 2.6
    5 70℃轮辙试验, 车辙深度/mm BS598 > 15 10 min后大于15 mm
    6 45℃轮辙试验, 车辙率/mm·h-1 BS598 2.3
    7 70℃轮辙试验, 车辙率/mm·h-1 BS598
    8 间接拉伸劈裂试验(能耗) ITSKNs ASTMD4123 30
    9 间接拉伸劲度模量试验ITSM/MPa DD213 7780 (20℃) 2310 (30℃) 670 (40℃)
    10 间接拉伸疲劳ITFT次数 DDABF 592 500με应变作用
    11 马歇尔稳定度试验(流值为5 mm) /kN ASTMD1559 7.3
    12 马歇尔稳定度试验(流值为15 mm) /kN ASTMD1559 10.5
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    表  10  中英车辙试验方法对照表

    Table  10.   Comparative table of rut test method between China and british standard

    项目 中国 英国
    1.试件尺寸 300 mm×300 mm×50 mm Φ200 mm×50 mm
    2.试验轮外径/mm着地宽/mm厚度/mm硬度 200501584±4 200~20550±11380±5
    3.轮载/N 700 520±5
    4.行程/mm 230±10 230±5
    5.速度/次往返·min-1 21 21
    6.试验温度/℃ 60±1 45±1, 60±1
    7.指标 DR/次·mm-1 (动稳定度) l/mm, k/mm·h-1 (车辙深, 车辙率)
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    表  11  中英车辙试验指标标准比较

    Table  11.   Comparison of rut test index between China and British standard

    标准名称 中国DR/次·mm-1 英国k/mm·h-1
    中国高速公路沥青路面 800 3.15
    中国高速公路改性沥青路面 2000 1.26
    英国重载道路标准 504 4
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    表  12  世界各国采用浇注式沥青桥面的大桥地理位置与气象特征表

    Table  12.   Geographical position and climatic characteristics of some long span bridges in the world, where the Guss asphalt deck pavement is used

    国家 桥名 纬度 经度 全年最高月均气温/℃
    中国 江阴大桥 32° N 12° E 32
    中国 香港青马大桥 22° N 114° E 31
    英国 赛文桥 51° N 3° E 23
    土耳其 博斯普鲁士1、2号桥 42° N 29° E 28
    丹麦 大小贝尔特大桥 57° N 12° E 17
    日本 本四系列大桥 34° N 138° E 31
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    表  13  几种沥青混合料组成对比

    Table  13.   Comparison of some asphalt mix composition

    混合料名称 > 5 mm/% < 0.075 mm/% 沥青用量/% 粉/沥
    MA (K) 35 23 8.25 2.78
    SMA (美) 60 9 6.5 1.38
    SMA (德) 65 10 7.0 1.43
    SMA (中) 71 10 6.0 1.67
    AC-10Ⅰ (中) 35 6.5 6.0 1.08
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    表  14  各组级配的组成及沥青用量

    Table  14.   Component and volume of asphalt in each aggregate grading

    级配名 各级筛孔(mm) 通过率/% 沥青 备注
    14.0 10.0 6.0 3.35 0.075 TLA/B 用量/%
    A 100 95 50 40 22 70/30 7.5
    B 100 95 55 45 22 70/30 7.5
    C 100 95 60 45 25 70/30 7.5
    D 100 98 70 55 22 70/30 8.0
    E 100 98 80 46 26 70/30 7.5
    F 100 98 80 55 25 70/30 8.0
    K 100 95 60 50.4 22.9 65/35 8.0 K方案
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    表  15  高温稳定性试验项目及规程代码

    Table  15.   Item and specification number of high temperature stability test

    高温稳定性试验项目 规程代码
    60℃车辙动稳定度试验 (JTJ 052-93) T0719-93
    70℃车辙动稳定度试验 (JTJ 052-93) T0719-93
    马歇尔稳定度试验 (JTJ 052-93) T0709-93
    浸水马歇尔稳定度试验 (JTJ 052-93) T0719-93
    间接拉伸(劈裂) 试验 (JTJ 052-93) T0716-93
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    表  16  各组沥青玛蹄脂动稳定度试验结果

    Table  16.   Dynamic stability test results for some mastic asphalt

    试样编号 成型条件 60℃ 70℃
    动稳定度/次·mm-1 比K提高的百分比/% 动稳定度/次·mm-1 比K提高的百分比/%
    A 浇注 1580 367 334 105
    B 浇注 1500 345 421 158
    C 浇注 1500 345 487 199
    D 浇注 1015 200 211 29
    E 不成型
    F 碾压 2508 642 955 486
    K 浇注 338 163
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    表  17  马歇尔稳定度试验结果

    Table  17.   Test results of Marshall stability

    级配 常规试验 浸水48 h后作试验 残留稳定度/%
    稳定度/kN 流值/0.1 mm 稳定度/kN 流值/0.1 mm
    K 18.15 73 21.60 72 1.19
    B 21.95 72 25.01 54 1.14
    C 22.49 72 23.56 81 1.04
    F 23.50 57 26.26 59 1.12
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    表  18  劈裂强度试验结果

    Table  18.   Results of split-tensile test

    级配 -10℃ +15℃
    水平变形/mm 抗拉强度/MPa 劲度模量/MPa 水平变形/mm 抗拉强度/MPa 劲度模量/MPa
    K 0.3644 3.233 735.996 0.4423 2.947 606.053
    B 0.2683 3.833 1192.006 0.4248 2.970 639.998
    C 0.2969 4.095 1143.333 0.4035 3.134 704.347
    F 0.2624 3.519 1145.093 0.3598 2.936 740.538
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    表  19  中国各温度区沥青玛蹄脂(MA) 组成方案及标准

    Table  19.   Mastic asphalt composition scheme and standard

    区序 区名 年月均最高温/℃ 60℃动稳定度/次·mm-1 推荐方案
    寒区 < 25 300 K
    温区 25~30 800 B、C
    热区 > 30 1500 C、F
    注: 推荐方案K、B、C、F详见表 14
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  • [1] (JTJ 052-93) 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 1993.
    [2] (JTJ032-94) 公路沥青路面施工技术规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 1994.
    [3] 沙庆林. 高等级公路半刚性基层沥青路面[M]. 北京: 人民交通出版社, 1998.
    [4] 沈金安. 改性沥青与SMA路面[M]. 北京: 人民交通出版社, 1999.
    [5] 黄仰贤. 路面分析与设计[M]. 北京: 人民交通出版社, 1998.
    [6] 邓学钧. 路基路面工程[M]. 北京: 人民交通出版社, 2000.
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出版历程
  • 收稿日期:  2002-02-18
  • 刊出日期:  2002-06-25

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