中铁十局集团第二工程有限公司 河南 郑州 450000
【摘要】：ERS钢箱梁铺装体系是我国自行研发的钢箱梁铺装结构，能充分满足钢箱梁铺装的要求，经过石武客专郑州站房高架匝道桥工程实践及后期检测能充分满足要求，且施工组织，材料供应要求不高，综合考量节约了很大一笔成本。
【关键词】：ERS铺装体系、EBCL胶料、RA05树脂沥青混凝土、SMA10沥青混凝土
【引言】：随着中国经济的飞速发展，现代化都市改造及高速铁路的建设成为了现今及未来若干年基建的主流，在这组激流桥梁建设充当来排头兵，钢箱梁拥有施工周期短、临时占用道路时间短、外观美观等优点在桥梁建设中广泛被采用，但是由于钢箱梁面层容易锈蚀且表面光滑这就对钢箱梁铺装提出了严格的要求，本文就依托石武客专郑州站房高架匝道桥工程对ERS钢箱梁铺装做简单阐述。
【正文】：
1、依托工程简介：
石家庄至武汉高速铁路客运专线郑州站站房高架匝道（桥）工程是郑州市综合交通枢纽配套工程，该高架桥项目是郑州综合交通枢纽核心区交通工程及107辅道工程中的重要组成部分，该项目的实施加强了郑州市综合交区纽与外部道路交通系统的快速衔接，提高区域路网对交通枢纽的交通适应能力，实现功能的最优化。共有四条匝道，其中钢箱梁两联共长202m,共2800㎡，其钢箱梁铺装结构为ERS体系。
2、ERS铺装结构简介
所谓ERS铺装结构是指树脂沥青组合体系钢桥面铺装技术，其中“E”是指（Epoxy bonding chips layer）环氧粘结抗滑层的英文缩写，“R”（Resin Asphalt）树脂沥青混凝土的英文缩写，“S”是SMA铺装层的缩写，ERS钢桥面铺装典型结构是EBCL＋RA05＋SMA10。
（面 层：6cm 厚SMA10；黏 层：热喷聚合物改性沥青；
整体化层：2.0cm厚RA05；抗滑粘接层：EBCL（0.9-1.1 kg/m2）；
喷砂除锈：Sa2.5级、60-100um）
3、ERS铺装结构主要胶结材料及技术指标
3.1、EBCL胶料
EBCL胶料是起到防水抗滑的作用因此在施工中必须满足表3.1.1的要求
表3-1-1EBCL胶料技术指标
检测项目 | 技术要求 | 试验方法 | |
拉拔强度（Mpa） | 25°C | ≥8 | ASTMD638 |
75°C | ≥3 | ||
拉剪强度（Mpa） | 25°C | ≥3 | GB/T 7124-2008 |
70°C | ≥1 | ||
指干时间（h）（25°C） | １0≥t≥1 | 指干法 | |
固化时间（h）(25°Ｃ) | ≤72 | 拉拔试验 | |
断裂延伸率（％）(25°Ｃ) | ≥5 | GB/T 1040-92 | |
粘度 | 适于刮除不流淌 | T06525-2011 | |
3.2、RA胶料
RA胶料在整个2cm整体化层中起到关键作用因此必须满足表3.2.1要求
表3.2.1
检测项目 | 技术要求 | 试验方法 |
指干时间（25°C) | ≥1.0h | 指干法 |
固化时间（25°C） | ≤72h | |
断裂延伸率% | ≥10% | GB/T1040-92 |
拉剪强度（MPA） | 合格（实际9.79MPA） | GB/T7124-2008 |
拉拔强度（MPA） | 合格（实际6.23MPA） | ASTMD638 |
4、RA05配合比结果和SMA10配合比确定
4.1 RA05沥青混凝土配合比
石武客专郑州站房高架匝道桥工程RA05树脂沥青混凝土所用集料为玄武岩、树脂沥青、聚酯纤维；因为RA05沥青混凝土级配影响小，因此设计过程中以拌合树脂沥青混凝土的施工和易性及孔隙率涉及范围要求，确定数值沥青混凝土的级配。
根据矿料筛分结果选出3组不同级配进行马歇尔试验。
材料名称 | 集料 | 填料 | 胶料 | |
集料规格 | 3-5mm | 0-3mm | 矿粉 | 油石比% |
级配1 | 50 | 50 | 0 | 8.0 |
级配2 | 45 | 55 | 0 | 8.0 |
级配3 | 40 | 60 | 0 | 8.0 |
4.1.1马歇尔稳定度试验和最佳级配确定
根据树脂沥青混凝土合成级配，不同级配才有8.0%油石比进行马歇尔试验，分别测定各组马歇尔试件的毛体积相对密度、孔隙率、稳定度（由于马歇尔测定仪量程仅为50KN实测值均大于50KN稳定度用50KN代替）、流值具体结果见表4-1-1-1。
表4-1-1-1
级配类型 | 油石比（%） | 毛体积密度 | 计算理论最大相对密度 | 孔隙率（%） | 稳定度（KN） | 流值（0.1mm） |
级配1 | 8.0 | 2.559 | 2.569 | 0.4 | 50 | 21.1 |
级配2 | 8.0 | 2.539 | 2.566 | 1.1 | 50 | 21.9 |
级配3 | 8.0 | 2.528 | 2.564 | 1.4 | 50 | 21.1 |
要求 | / | / | 0-2 | ≥20 | 20-50 | |
根据表4-1-1-1推荐级配2做为最佳级配，接下来采用三种油石比，按0.5间隔制备三组不同油石比（即7.5%、8.0%、8.5%）分别成型马歇尔试件，分别测定各组马歇尔试件的毛体积相对密度、孔隙率、稳定度、流值。双面击实50次成型马歇尔试件，养生至完全固化状态后进行70°C水浴马歇尔稳定度试验。具体试验结果见表4-1-1-2。
表4-1-1-2
级配类型 | 油石比（%） | 毛体积密度 | 计算理论最大相对密度 | 孔隙率（%） | 稳定度（KN） | 流值（0.1mm） |
RA05 | 7.5 | 2.526 | 2.583 | 2.3 | 50 | 22.5 |
8.0 | 2.539 | 2.566 | 1.1 | 50 | 21.1 | |
8.5 | 2.541 | 2.550 | 0.4 | 50 | 20.9 | |
要求 | / | / | 0-2 | ≥20 | 20-50 | |
4.1.2 设计油石比确定
RA05沥青混凝土设计过程中仪70℃马歇尔稳定度为主要控制指标，同时结合树脂沥青混凝土的施工和易性综合考虑确定。从试验结果分析油石比在7.5%-8.0%时RA05的各项指标均满足要求，综合考虑才有8.0%作为最佳油石比。
4.1.3 RA05树脂沥青混凝土性能验证
根据设计油石比及级配进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来检验RA05树脂沥青混凝土的水稳定性能。试验结果见表4-1-3-1和表4-1-3-2
表4-1-3-1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MS0（%） | 要求（%） | ||||
RA05 | 孔隙率（%） | 稳定度（KN） | 流值 （0.1mm） | 孔隙率（%） | 稳定度（KN） | 流值（0.1mm） | ||
1.0 | 50.00 | 24.3 | 1.0 | 50 | 24.3 | 100 | ≥85 | |
1.1 | 50.00 | 21.7 | 1.0 | 50 | 21.7 | 100 | ||
1.1 | 50.00 | 22.5 | 0.9 | 50 | 22.5 | 100 | ||
1.0 | 50.00 | 24.2 | 1.2 | 50 | 24.2 | 100 | ||
平均值 | 1.0 | 50.00 | 23.2 | 1.0 | 50 | 23.2 | 100 | |
表4-1-3-2冻融劈裂试验结果
混合料类型 | 非条件 | 条件 | TSR(%) | 要求（%） | ||
RA05 | 孔隙率（%） | 劈裂强度（Mpa） | 孔隙率（%） | 劈裂强度（Mpa） | ||
1.1 | 3.535 | 1.3 | 3.624 | 88.89 | ≥85 | |
1.4 | 4.297 | 1.5 | 3.498 | |||
1.3 | 3.787 | 1.3 | 3.338 | |||
1.0 | 3.887 | 1.1 | 3.680 | |||
平均值 | 1.2 | 3.936 | 1.3 | 3.535 | ||
4.1.4高温稳定性试验
试验条件：在70℃，0.7Mpa条件下进行车辙试验以检验树脂沥青混凝土的高温稳定性，动稳定度试验见表4-1-4-4
表4-1-4-4车辙动稳定度试验结果
混合料类型 | 油石比 | 动稳定度（次/mm） | ||||
1 | 2 | 3 | 平均 | 技术要求 | ||
RA05 | 8.0 | 23333 | 27273 | 29595 | 26733 | ≥8000 |
4.1.5 RA05沥青混凝土配合比确定
通过以上验证现在定RA05沥青混凝土配合比为表4-1-5-1
表4-1-5-1
混合料类型 | 下列各种矿料所占比例（%） | 油石比 | 聚酯纤维参量（%） | ||
1#料 （3-5mm） | 2#料 (0-3mm) | 矿粉 | |||
RA05 | 45 | 55 | 0 | 8.0 | 0.1 |
4.2 SMA10沥青混凝土配合比
石武客专郑州站房高架匝道桥工程SMA10沥青混凝土所采用的集料为玄武岩、改性沥青、木质素纤维
4.2.1 混合料配合比设计
表4-2-1-1各种矿料筛分结果
筛孔（mm） 矿料 | 通过方孔筛的百分率（%） | |||||||
9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
1#料（5-10mm） | 98.1 | 32.1 | 2.7 | 1.3 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 0.9 |
2#料（0-3mm） | 100.0 | 99.8 | 77.2 | 60.4 | 42.3 | 28.9 | 20.1 | 8.3 |
矿粉 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 99.9 | 99.0 | 83.4 |
根据矿料筛分结果，选出3组不同级配，进行马歇尔试验
材料名称 | 集料 | 填料 | |
集料规格 | 5-10mm | 0-3mm | 矿粉 |
级配1 | 74 | 15 | 11 |
级配2 | 78 | 11 | 11 |
级配3 | 76 | 13 | 11 |
表4-2-1-2 级配设计组成结果
合成级配 | 通过下列方孔筛的质量百分率（%） | |||||||
9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
级配1 | 98.6 | 49.8 | 26.1 | 21.3 | 17.2 | 14.5 | 12.9 | 10.6 |
级配2 | 98.5 | 47.0 | 22.7 | 18.8 | 15.8 | 13.8 | 12.6 | 10.4 |
级配3 | 98.6 | 48.4 | 24.4 | 20.1 | 16.5 | 14.1 | 12.8 | 10.5 |
级配上限 | 100 | 60 | 32 | 26 | 22 | 18 | 16 | 13 |
级配下限 | 90 | 28 | 20 | 14 | 12 | 10 | 9 | 8 |
级配中值 | 95.0 | 44.0 | 26.0 | 20.0 | 17.0 | 14.0 | 12.5 | 10.5 |
4.2.2 马歇尔稳定度试验和最佳级配确定
根据树脂沥青混凝土合成级配，不同级配采用6.5%油石比进行马歇尔试验，测定各组马歇尔试件的相对密度、孔隙率、稳定度、流值具体结果见表4-2-2-2-1
表4-2-2-2-1不同级配马歇尔试验结果
级配类型 | 油石比(%) | 毛体积密度 | 计算理论最大相对密度 | 孔隙率(%) | 稳定度(KN) | 流值(0.1mm) |
级配1 | 6.5 | 2.393 | 2.488 | 3.8 | 9.54 | 24.7 |
级配2 | 6.5 | 2.390 | 2.486 | 4.0 | 8.88 | 22.6 |
级配3 | 6.5 | 2.391 | 2.487 | 4.2 | 9.03 | 25.7 |
要求 | / | / | 2-4 | ≥8 | 20-50 | |
按0.2%间隔制备3组不同油石比（即6.3%、6.5%、6.7%）分别制备成型马歇尔试件，分别测定各组马歇尔的毛体积相对密度、空隙率、稳定度、流值。
表4-2-2-2-2 不同油石比SMA10沥青混凝土马歇尔试验结果
级配类型 | 油石比（%） | 毛体积相对密度 | 计算理论最大相对密度 | 孔隙率（%） | 稳定度（KN） | 流值（0.1mm） |
SMA10 | 6.3 | 2.340 | 2.583 | 4.2 | 8.52 | 29.9 |
6.5 | 2.393 | 2.494 | 3.8 | 9.54 | 24.7 | |
6.7 | 2.323 | 2.483 | 3.7 | 8.59 | 25.2 | |
要求 | / | / | 2-4 | ≥8 | 20-50 | |
4.2.3 设计油石比确定
SMA10沥青混凝土设计过程中以60℃马歇尔稳定度为主要控制指标。从试验结果分析，当油石比为6.5%时SMA10的各项指标均满足要求，故采用6.5%作为最佳油石比。
4.2.4 高温稳定性验证
表4-2-4-1 车辙动稳定度试验结果
混合料类型 | 油石比（%） | 动稳定度（次/mm） | |
试验结果 | 技术要求 | ||
SMA10 | 6.5 | 10000 | ≥5000 |
4.2.5 SMA10沥青混凝土配合比确定
石武客专郑州站房高架匝道桥工程所使用的SMA10沥青混凝土配合比为
混合料类型 | 下列各种矿料所占比例（%） | 油石比（%） | 木质素纤维掺 量（%） | 抗车辙剂掺量（%） | ||
1#料（5-10mm） | 2#料（0-3mm） | 矿粉 | ||||
SMA10 | 74 | 15 | 11 | 6.5 | 0.3 | 0.2 |
5、ERS钢箱梁铺装EBCL、RA05施工工艺简介
5.1、EBCL施工
EBCL施工前应对钢板进行除锈喷砂处理要求钢板除锈达到Sa2.5级，粗糙度达到60~100μm，然后迅速涂刷一层0.9~1.1kg/㎡的EBCL胶料，撒布3~5mm碎石要求达到满布的80%，同时成型拉拔拉剪试件并与第三天进行拉拔、拉剪试验要求拉拔强度不小于8KN拉剪强度不小于3kN 进行下一步施工。
5.2、RA05树脂沥青混凝土施工
RA05树脂沥青混凝土是ERS结构体系的整体化层，也是ERS体系里面对施工组织要求最高的一环。RA05施工前清除EBCL表面的杂物和油污，扫除EBCL表面松动的碎石。由于RA05混合料是树脂沥青混合料，无法用抽提的方式检验沥青含量和石料级配因此必须事先做好矿料级配、设备标定和胶料检验、试拌试铺等方面的工作，确保实际拌制的RA05混合料达到设计要求的性能。RA05是冷拌树脂沥青料，石料没有再加热干燥的过程，因此，石料必须在生产、运输、储存及拌合生产全过程中保持干燥，防止淋雨或受潮。RA05混合料摊铺前应在被摊铺的EBCL表面涂刷一层RA胶料，用于消除RA05和EBCL间可能出现的微小空隙。RA胶料的涂布量约0.4~0.6kg/㎡，由人工现场涂刷完成，然后才能开始摊铺施工。摊铺速度控制在2～3m/min，RA05混合料采用胶轮碾压，一般碾压3～5遍即可。碾压达到设计要求的外观标准是，RA表面出现明显发亮光感。为了提高RA05表面的层间抗剪能力，在初压结束后，应立刻安排专人在RA表面均匀洒布一层10～13mm的石子，并用胶轮压路机将撒布碎石的一半以上挤压进RA05的表面。碎石的洒布量一般为1.0-1.5kg/㎡，约覆盖RA05表面积的20-30 ％为宜。
6、结语
钢箱梁铺装有很多种方法有很多种主要包括美国的环氧沥青混凝土、德国的浇筑式沥青混凝土，ERS是我国自创的钢箱梁铺装体系，很多桥梁已经采用ERS钢箱梁铺装体系例如杭州江东大桥、宁波庆丰桥、青林湾大桥等等，而且ERS有很多优点首先EBCL粘结层可以有效解决铺装界面的抗剪问题且施工简便，其次ERS对施工环境要求比美国环氧沥青要求大幅度降低更容易保证施工质量，而且施工周期及养护时间短。综合考量创造了很大经济效益。
参考文献：
1、中铁十局石家庄至武汉高速铁路客运专线郑州站站房高架匝道（桥）施工组织设计报告
2、中铁十局石家庄至武汉高速铁路客运专线郑州站站房高架匝道（桥）RA05配合比设计报告
3、中铁十局石家庄至武汉高速铁路客运专线郑州站站房高架匝道（桥）SMA10沥青混凝土设计报告
4、钢桥面三种常用铺装方案介绍 招商局重庆交通科研设计院有限公司
5、JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程
6、JTG_F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》
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