一、前言
2019年9月19日，国务院印发《交通强国建设纲要》中指出科技创新富有活力、智慧引领，强化前沿关键科技研发和绿色发展节约集约、低碳环保的两大主题。交通基础设施建设期碳排放大，且目前养护工程体量占比逐年增高，基础设施病害多，铺装层功能下滑严重，养护频繁，工程量大，耗资巨大，同时产生巨量的碳排放。
桥梁在公路中占有相当的比例，同样的，高架桥和立交桥在城市道路中的比例也越来越高。而对相应铺装结构的研究还很不足，一般采用6cm中粒式沥青混凝土中面层+4cm细粒式沥青混凝土表面层的结构。但这种桥面结构单一，较厚的混凝土铺筑导致桥梁自重大、原材料消耗严重，会造成材料浪费和资金浪费。现有混凝土桥上常规面层结构有较大优化空间。
二、应用目的
从国内外有关超薄磨耗层的研究和应用可以看出，超薄磨耗层类型虽复杂多样，但基本采用小粒径、多碎石、断级配或开级配的结构组成，类似于SMA或OGFC，进行了少量工程应用，且多用于养护项目，在新建工程中少见应用，尤其是天津市滨海新区尚未采用。
应用目的是重点解决三个技术难题：一是桥梁铺装病害多，这源自于桥面铺装力学理论研究与应用问题；二是交通基建隐含碳问题过多的问题，形成低碳桥面铺装典型结构；三是提升桥面铺装层的路用性能，使其抗滑、降噪、防水雾、安全性能提升同时寿命提升。
三、应用方案
1. 总体方案
天津港北港路南延工程采用双向四车道城市道路设计标准，是天津港北疆港内部南北向集疏运主干道，跨越市政道路、保税区以及铁路，以高架段为主，通行车辆中大型、特大型货运车辆自然辆比例能达到90%以上。
针对桥梁结构中梁的弯曲效应和混凝土调平层-沥青铺装层层间粘结状况对桥面沥青铺装层受力的影响，通过有限元分析，桥面铺装常规方案更易发生破坏，并针对破坏机理优化桥面铺装方案，从结构和材料协同设计出发，提出适宜的桥面功能性铺装厚度，拟采用2.5cm功能性面层代替常规铺装6cm+4cm沥青层的结构，沥青混合料用量减少75%。
桥面铺装体系力学分析路线图
水泥混凝土桥面铺装优化方案
2. 桥面铺装体系一体化应用
建立低碳功能性桥面铺装体系，进行材料设计、结构设计、低碳设计、性能研究以及施工工艺等分析。
在既有研究成果热拌极薄磨耗层的基础上，适用于新建桥梁的功能性面层，基于当地地材，包括石料、沥青等材料，通过优化设计级配、沥青混合料复配改性以及性能和材料综合设计等多重手段，实现多种路用性能。总体要求如下：
集料采用硬质石料，并采用开断级配，可有效减少水雾，雨天视野好；摩擦系数高，抗滑；耐磨耗。较常规AC类沥青面层噪音值可减少2~3个分贝。
为保证薄层沥青混凝土与桥面混凝土基层之间粘结牢固，防止出现起皮、脱层、推移、透水等层间结合不良的情况，所采用的层间粘结剂是另一关键，防水粘结层采用高强防水粘层，保障高粘结力和良好的防水性能。
沥青胶结料，必须具有较强的黏结力及良好的耐久性。拟采用复配改性，可大幅提高沥青的动力粘度，从而提高集料间粘结力，避免超薄磨耗层松散，延长使用寿命；改善沥青与集料的界面强度，提高混合料抗剪强度，降低空隙衰减的幅度，保证超薄磨耗层保持良好的表面功能；可提高沥青的浸润能力和沥青膜厚度，增加超薄磨耗层的抗水损性能。
应用总体架构
材料及配合比设计总体要求
3. 材料要求
粗集料：采用5～10mm和10～15mm的玄武岩作为粗集料，为确保沥青路面粗集料具有良好的颗粒形状，生产粗集料时应采用反击式破碎机破碎。
细集料：必须洁净、干燥、无风化、无杂质，并有一定的棱角，一般选用标准粒径0～3mm的石灰岩机制砂。
填料：必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。
改性沥青：对于具体工程而言，应根据当地气候环境、交通荷载情况、公路等级、工程造价以及集料组成与级配来确定，选用高掺量的SBS改性沥青复配高性能添加剂（环保要求可以采用高性能的高粘橡胶改性沥青）。
添加剂：为保证沥青达到所需的黏度、软化点等指标。在高掺量SBS改性沥青的基础上添加复配添加剂，添加剂可以与SBS改性沥青中的不饱和键发生胶联反应，生成稳定的网状结构共聚物，提高沥青的劲度和与石料的黏附力，避免或减少混合料在温度和行车荷载的作用下产生沥青上浮，堵塞空间，对保证沥青混合料具有良好的路用性能有较好的保证。提高了混合料高温稳定性的同时大大提高了抗水损害能力。为了保证施工的方便性，采用干法添加，添加剂量一般为混合料的2-2.5‰。
桥梁防水粘结层：防水粘结层在平坡段、大半径或直线段可采用SBS改性乳化沥青，位于小半径平曲线段可采用水性环氧改性乳化沥青。
4. 混合料配合比设计
设计过程中所有热拌混合料在试件成型前必须经过室内短期老化，所有热拌混合料路用性能检测所用试件在测试前必须经室内长期老化。混合料目标配合比设计过程中所有试件成型均可采用马歇尔击实仪成型，试件直径均为10cm。
配合比检验项目主要有：谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失、肯塔堡飞散试验的混合料损失、油膜厚度、浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂试验残留强度比、动稳定度等。
5. 施工工艺及要求
按照目标配合比进行生产配合比调试，生产配合比调试的所有材料、过程和工艺应完全与实际生产一致，包括沥青、矿料、筛网配置、上料速度、加热温度、拌料量、拌和时间、除尘强度等。
摊铺采用2种摊铺工艺，分别为异步摊铺和同步摊铺，异步摊铺采用水性环氧乳化沥青防水粘结层，同步摊铺采用SBS改性乳化沥青防水粘结层。压实机械可利用水平振荡压路机或者小吨位的双钢轮振动压路机碾压成型。施工过程中现场气温不得低于15℃。
薄层铺面对防水混凝土的平整度和粗糙度要求很高，原水泥混凝土调平层需要进行精铣刨，同时进行平整度调平和表面糙化处理。
四、结语
低碳超薄功能性桥面铺装本身实现了耐磨耗、抗滑、防水雾、低噪音等，大大节省沥青混合用料和桥梁自重，并降低造价，兼具减少施工工期等优点，极大的降低了全寿命周期的成本和碳排放。不仅可以应用于新建桥梁结构铺面，还可以用作养护工程、隧道内铺装结构以及混凝土路面白加黑罩面等，希望能为市政道路及公路基础设施从业人员提供参考和借鉴。
