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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。Abstract: Jiangyin Bridge with a main span of 1385 m, located at the lower reaches of Yangtze River in Jiangsu Province, is a broad way across river of two national expressways (Tong Jiang to Sanya; Beijing to Shanghai). According to the natural environment, the asphalt deck pavement of bridge should bear serious heavy traffic loads and bad weather condition without any damage in the working temperature -14℃ to +70℃. Therefore, Guss Asphalt 50 mm of depth, the British pavement technique is adopted and the lake asphalt (TLA) from Trinidad and Tobago, South America is used as asphalt cement, the basalt from China is used as coarse aggregates.Guss asphalt pavement mixture made by rule of British Standard has more excellences, such as better waterproof quality, smaller void ratio, perfect anti fatigue quality and anti brittle fracture at low temperature. But the high temperature stability of the mixture is not so ideal, even if the mixture is made by rule of the extra heavy traffic class H of British Standard, the stability of anti rut is not satisfied with Chinese Standard about expressway asphalt pavement. The main reason is the difference of geographical location between China and England. Four important measures are adopted in research work: ①revise the ratio of mixture, raise the content of TLA; ②reduce the content of soluble asphalt; ③increase the content of main aggregate (6.0 mm~10.0 mm); ④guarantee the ratio of fine dust to asphalt cement.By testing whole indexes of mixture in laboratory, the optimal design of material ratio of mixture is decided, which not only retaines original excellences, but also improves the high temperature stability of asphalt mixture, successfully makes good use of improved foreign technique to build deck pavement of giant bridge in China.
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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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[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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