摘要:以港珠澳大桥钢桥面铺装为研究背景，采用3种沥青含量，分析沥青含量变化对GMA浇注式沥青混凝土的施工和易性、高温稳定性、疲劳性能的影响。研究表明:流动度随沥青含量的增加而减小;沥青含量对其路用性能影响显著。研究成果可为其它类似桥面铺装质量控制提供较好的借鉴。

关键词:钢桥面铺装;GMA浇注式沥青混凝土;疲劳性能;流动性;硬度

港珠澳大桥深水区桥梁采用m跨径钢箱连续梁桥，桥面板的结构形式是正交异性钢箱梁桥面板，桥面铺装规模大，桥面使用寿命长，对铺装工艺提出更高要求。在该桥面铺装中，铺装下层采用了一种协同变形性好、全新的铺装结构形式—GMA浇注式沥青混凝土。

目前，浇注式沥青混凝土有GA和MA两种工艺［1-3］。GA浇注式沥青混凝土是一次搅拌成型，施工效率高，在国内外桥面铺装中应用较多［4-6］，但其细集料只分为(0～2.36)mm一档，集料的稳定性难以控制，故GA混合料性能的稳定性较差。MA浇注式沥青混凝土湖沥青掺量高且经过2次搅拌混合，混合沥青质量较稳定，而且细集料分档严格，分为(0～0.)，(0.～0.)，(0.～0.6)，(0.6～2.36)mm，集料的质量稳定性易于控制，故MA混合料的性能比较稳定;但其缺点是2阶段拌和，拌和时间比较长，施工效率低，不适用于铺装面积较大的工程。

2种铺装工艺均不能满足港珠澳大桥桥面铺装要求，为了充分发挥GA与MA的优点，提出了用GA的工艺生产MA混合料的方案-GMA工艺［7］。下面从沥青含量变化对其施工和易性、高温稳定性和疲劳性能等路用性能影响进行研究，为钢桥面铺装质量控制提供参考。

试验原材料及级配

本文的沥青混合料研究试验采用的粗细集料均由广东长大中山集料工厂生产，粗集料材质为辉长岩，细集料材质为石灰岩，填料为某建材厂生产的石灰岩矿粉，浇注式沥青混凝土用混合沥青为TLA天然湖沥青与A－70#基质沥青混合而成(质量比为70%∶30%)。TLA天然湖沥青技术指标和检测结果见表1，A－70#基质沥青技术指标和检测结果见表2，混合沥青技术指标和检测结果见表3。从表1～表3可以看出，其检测结果均符合相关技术指标。GMA10混合料级配见表4。从表4可以看出，其级配为间断级配。

流动度试验

刘埃尔流动度试验用于评价浇注式沥青混凝土施工和易性。以流动度锤从起始刻度下降到终止刻度的时间表示流动度的大小。流动性太差，和易性不好，施工难度较大;流动性太好，容易离析，混合料性能难以保证。流动度试验装置如图1所示。

本试验采用10.2%，10.5%，10.8%三种沥青含量拌和浇注式沥青混凝土，检测每种沥青含量下的流动度值，试验数据见表5。

从表5可以看出，随着沥青含量的增加，骨料表面的油膜变厚，流动度值变小，施工和易性变好。

高温稳定性

普通沥青混凝土高温稳定性的评价指标是动稳定度值，而浇注式沥青混凝土的高温稳定性评价指标包括贯入度和硬度，其原理都是在一定的荷载作用下，在规定的时间内压入试件的深度。德国GA体系采用贯入度试验，而香港和英国的MA体系采用硬度值表征其高温稳定性。本文采用硬度试验和车辙试验2种方法综合评价GMA浇注式沥青混凝土的高温稳定性，以研究动稳定度与硬度的相关性。

本高温稳定性试验以10.2%，10.5%，10.8%三种沥青含量成型3组硬度试块和3组车辙板试块，每组3个。

(1)硬度试验

依据英国BS—［8］标准，要求硬度试块直径≥mm，高≥25mm，采用圆柱不锈钢杯成型的试块，切割后如图2所示。

本试验仪器是某国外生产的设备，如图3所示。其荷载重N，压头直径为6.35mm，从压力表读取稳压60s时压头压入试块的深度［9］。试验方法是将成型好的试块放在35℃的恒温水浴中养护1h，每个试块选取5个点做硬度试验，取其平均值作为试验结果。试验数据见表6。硬度与沥青含量的关系如图4所示。

从图4可以看出，随着沥青含量的增加，压入深度也逐渐增大，硬度值增大，表明GMA浇注式沥青混凝土抵抗高温变形能力减弱，即高温稳定性变差;当沥青含量从10.5%增加到10.8%时，深度增加比较明显，分析可能原因是沥青含量越高，骨料周围的沥青胶砂越厚，而沥青胶砂的高温稳定性要比骨料的弱［10］;而且沥青含量高，流动性比较好，成型时粗细集料可能离析，从而导致硬度值增加速度变快。

(2)车辙试验

车辙试验试块长宽均为mm，高为50mm，养护及试验温度均为60℃，轮压为0.7MPa，按JTGE20—《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》［11］规定的养护时间养护。车辙试验装置如图5所示，车辙试验数据见表7，动稳定度与沥青含量的关系如图6所示。

从图6可以看出，动稳定度随沥青含量的增大呈现减小的趋势，表明GMA浇注式沥青混凝土抵抗高温变形能力减弱，即高温稳定性变差，这与图4中硬度值反映的高温性能一致。

抗疲劳性

近些年来，从国内修建的大跨径钢桥面浇注式沥青混凝土铺装使用状况看，疲劳破坏比较严重，究其原因是重载及超载车辆增多;桥面铺装的实际使用情况与理论设计存在较大出入。已有研究［12］表明，冲击韧性值可以表征其疲劳性能，冲击韧性值越大，其抗疲劳性能越好，呈正相关关系。本文采用冲击韧性试验来表征其抗疲劳性能。冲击韧性值为荷载曲线(0－峰值)与位移坐标轴间的荷载位移乘积面积(可采用origin软件计算)。

(1)试验方法

港珠澳大桥处于亚热带气候地区，试验温度采用15℃。加载速率为50mm/min。冲击韧性采用小梁试块，采用小梁试模自流成型，试块长mm，宽30mm，高35mm。试块脱模后，放在平整的试验台上24h，然后放在高低温交变试验箱中不少于5h，使小梁内部温度均匀，高低温交变试验箱如图7所示;然后放在万能试验机上进行试验，万能试验机如图8所示。

(2)试验数据及结果分析

本文的疲劳性能试验采用10.2%，10.5%，10.8%三种沥青含量成型小梁试块，每种沥青含量下成型3块小梁。冲击韧性试验数据见表8。冲击韧性与沥青含量关系如图9所示。

从图9可以看出，当沥青含量增加时，冲击韧性值呈减小的趋势，当沥青含量超过10.5%时，冲击韧性值减小速度加快。可能原因是集料表面油膜变厚且具有较富裕的自由沥青，导致混合料离析，所能承受的冲击力减小。当沥青含量为10.2%时，冲击韧性值最大，说明其抵抗疲劳破坏能力较强。

结论

1)GMA浇注式沥青混凝土是集GA和MA为一体的全新的钢桥面铺装工艺，生产效率高且性能稳定，可以满足港珠澳大桥大规模钢桥面铺装。

2)通过试验发现沥青含量的变化对其施工和易性、高温稳定性、抗疲劳性影响较明显，当沥青含量为10.2%时，其性能达到最佳，可以为施工质量控制提供参考。

3)车辙试验和硬度试验均可以评价GMA浇注式沥青混凝土高温稳定性。

4)采用冲击韧性表征浇注式沥青混凝土的抗疲劳性能，试验装置与试验方法都较简便。

参考文献

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［5］殷增民，孙楠．浇注式沥青混凝土在钢桥面铺装中的应用［J］．工程材料与设备，，30(1):－．

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混凝土施工技术［J］．筑路机械与施工机械化，

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［11］交通运输部公路科学研究院．公路工程沥青及沥青混合料试验规程:JTGE20—［S］．北京:人民交通出版社，．

［12］张肖宁，陈剑华，邹桂莲，等．基于使用性能的浇注式沥青混凝土设计［J］．中南大学学报(自然科学版)，，47(8):－．

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