基于防水粘結(jié)應(yīng)力吸收的橋面鋪裝技術(shù)淺析

田永強(qiáng)(中鐵十局集團(tuán)青島工程分公司，山東 青島，266555)

1 緒論

伴隨我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，大跨徑橋梁，特別是大型跨江海橋梁的建設(shè)快速發(fā)展，鋼箱梁橋梁由于其自重輕、造價(jià)低、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鋼箱梁橋梁的橋面鋪裝是一個(gè)世界性難題，傳統(tǒng)瀝青基材料在高溫條件下與鋼板協(xié)同變形較差，進(jìn)而造成橋面鋪裝層極易產(chǎn)生推移、擁抱等病害，并逐步造成鋪裝層的大面積破壞。因此，研究開(kāi)發(fā)適合于鋼一混凝土組合梁橋面鋪裝的，集防水、粘結(jié)和應(yīng)力吸收作用于一體的鋪裝材料，并對(duì)其鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)鋼一混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步推廣具有重要意義。本文針對(duì)目前混凝土橋面鋪裝過(guò)程存在的各種問(wèn)題，提供一種基于防水粘結(jié)應(yīng)力吸收的，能夠有效減緩混凝土橋梁發(fā)生鋼筋銹蝕、凍融破壞的，可以防止瀝青鋪裝層與橋面發(fā)生脫粘造成推移、擁抱等病害、延長(zhǎng)混凝土橋梁的使用壽命的橋面鋪裝中間層材料以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)本文研究，力求在提高混凝土橋梁耐久性和使用壽命的同時(shí)，對(duì)整個(gè)橋梁的行車安全性和行車舒適性也得到進(jìn)一步的改善。

2 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層作用機(jī)理分析

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的使用性能主要有以下幾個(gè)方面的因素決定：(l)瀝青與混凝土橋面和礦料的粘結(jié)力大小;(2)瀝青自身的彈性恢復(fù)能力(荷載作用下的應(yīng)力吸收效果);(3)瀝青抵抗蠕變疲勞的能力(自身抵抗疲勞破壞的能力)。這些能力直接關(guān)系到防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的結(jié)構(gòu)防水性能，過(guò)渡粘結(jié)性能、應(yīng)力吸收效果以及自身耐久性能等一系列性能指標(biāo)。綜合分析防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料的作用機(jī)理，決定防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層性能。

l)防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層厚度以及瀝青包裹碎石后產(chǎn)生的瀝青膜厚度大小。合理的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層厚度可以使得橋面組合結(jié)構(gòu)具有最為優(yōu)良的使用性能，合理的碎石以及瀝青灑鋪量能夠使得橋面鋪裝結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的防水粘結(jié)性能和施工性能。

2)防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用瀝青的模量大小以及彈性恢復(fù)能力，這兩項(xiàng)指標(biāo)直接決定了防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料的應(yīng)力吸收效果，瀝青的模量越小、彈性恢復(fù)能力越好，防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的緩解應(yīng)力集中作用越明顯。

3)防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用瀝青的蠕變抗拉強(qiáng)度大小，這項(xiàng)指標(biāo)直接決定防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層自身的抗疲勞性能的優(yōu)劣。瀝青蠕變抗拉強(qiáng)度越大，應(yīng)力吸收層的疲勞壽命越長(zhǎng)。

3.防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青的制備

3.1 高粘度改性瀝青母液的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

l)改性主劑摻量對(duì)瀝青性能的影響分析

改性主劑對(duì)基質(zhì)瀝青的3大指標(biāo)均有顯著影響，針入度、軟化點(diǎn)的變化表明瀝青粘度變大，流動(dòng)性變小，高溫穩(wěn)定性能提高。延度增加、低溫柔性的斷裂溫度降低，說(shuō)明改性主劑直接提高了瀝青的低溫抗彎拉性能，但提高效果并不明顯。而瀝青的韌性、粘韌性和彈性恢復(fù)的增加，說(shuō)明瀝青的抵抗荷載作用下的變形能增加。而隨著改性主劑的增加，其分離軟化點(diǎn)隨之增加，說(shuō)明瀝青的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性逐步降低，改性瀝青的分層離析現(xiàn)象逐漸增加。但當(dāng)SBS摻量超過(guò)8%后，改性瀝青的針入度降低幅度明顯增大，而其對(duì)軟化點(diǎn)貢獻(xiàn)度也明顯減小。

2)增塑組分對(duì)改性瀝青性能的影響

當(dāng)SBS摻量為8%瀝青低溫性能并不十分明顯，而且針入度值的相對(duì)偏低表明低溫條件下瀝青明顯偏硬，容易產(chǎn)生脆裂情況，會(huì)嚴(yán)重的影響應(yīng)力吸收層低溫條件下的應(yīng)力吸收效果，因此本文利用增塑劑對(duì)SBS摻量為8%改性瀝青的低溫性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。增塑劑對(duì)改性瀝青低溫性能的產(chǎn)生顯著地影響，延度、低溫柔性和針入度試驗(yàn)的變化表明瀝青在低溫條件下的粘韌性能和抵抗彈性形變能力明顯增加，其低溫條件的柔性明顯增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增塑劑的加入能夠明顯降低低溫對(duì)應(yīng)力吸收層材料的不利影響。但隨著增塑劑的增加，當(dāng)其摻量超過(guò)4%其改性的效果逐漸減弱，因此確定增塑劑的摻量為4%。

3)增粘組分對(duì)改性瀝青的性能影響

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料作為橋面鋪裝材料使用，在夏季高溫條件下為防止橋面瀝青混凝土鋪裝層發(fā)生推移、擁抱等病害，必須提高改性瀝青高溫粘結(jié)性能，因此本文通過(guò)添加增粘劑石油樹(shù)脂，并對(duì)改性瀝青的軟化點(diǎn)、60℃粘度等高溫性能指標(biāo)進(jìn)行研究，確定增粘組分的最佳摻量。增粘組分對(duì)改性瀝青高溫性能產(chǎn)生顯著地影響，軟化點(diǎn)和60℃粘度的變化表明瀝青的高溫粘結(jié)性能得到了明顯提高，而低溫性能也得到了一定的改善。但過(guò)高的軟化點(diǎn)和高溫粘度會(huì)導(dǎo)致改性瀝青的制備和瀝青混合料的的制備溫度升高，導(dǎo)致無(wú)謂的能源消耗，因此選用增粘劑摻量為2%配制的改性瀝青己經(jīng)能夠滿足防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的需要。

3.2 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青的性能優(yōu)化

廢舊橡膠粉粒徑對(duì)改性瀝青的性能影響很大，分別選擇20目一80目的廢舊輪胎橡膠粉，先將基質(zhì)瀝青加熱到160℃左右，然后分別按照橡膠瀝青質(zhì)量的15%緩慢加入橡膠粉，在190℃條件下高速攪拌60min，制備成不同類型的改性瀝青。

隨著廢舊橡膠粉細(xì)度的增加，針入度、軟化點(diǎn)以及延度均呈先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)膠粉細(xì)度為40目時(shí)，軟化點(diǎn)最高為95.4℃，延度最大為50.9cm，具有最為優(yōu)良的使用性能。由此可見(jiàn)，對(duì)瀝青改性并非膠粉細(xì)越好。而且膠粉越細(xì)，其價(jià)格也越高。所以，我們從以上的技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，40目膠粉改性瀝青具有最佳的性價(jià)比，由此確定采用40目膠粉作為防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用改性瀝青的膠粉最佳細(xì)度。

從拌合溫度上看：隨著溫度的上升，橡膠粉在瀝青越來(lái)越容易分散，因此在適當(dāng)溫度范圍內(nèi)提高溫度可以提高橡膠粉的改性效率。但過(guò)高的拌合溫度會(huì)使得橡膠粉以及瀝青迅速老化，降低瀝青的使用性能。本文研究發(fā)現(xiàn)，最佳使用性能出現(xiàn)的時(shí)間，在175℃條件下需要100min，200℃時(shí)，需要60min，且200℃改性瀝青的使用性能最為優(yōu)良。

從拌合時(shí)間上看：軟化點(diǎn)、延度以及60℃粘度隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)為先升高，然后降低，但是當(dāng)溫度超過(guò)220℃時(shí)，各項(xiàng)使用性能沒(méi)有上升過(guò)程，直接轉(zhuǎn)為下降。在不同拌合溫度下，瀝青達(dá)到最佳使用性能的拌合時(shí)間也不相同，隨著拌合溫度的增加，達(dá)到最佳使用性能的時(shí)間不斷提前。說(shuō)明通過(guò)提高拌合溫度的方式可以提高橡膠粉在瀝青中的反應(yīng)速率，有利于改性瀝青制備。

由以上分析可知：適宜的橡膠瀝青攪拌溫度為175℃～225℃，適宜的拌和時(shí)間為60一100min。選擇的溫度越低，需要的攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，橡膠粉脫硫降解的組分越多。當(dāng)拌和溫度為190℃時(shí)，改性瀝青可以達(dá)到最為優(yōu)良的使用性能，但是考慮到目前受橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備的限制，190℃的高溫很難達(dá)到，為此選擇180℃-185℃作為拌和溫度，拌和時(shí)間為60一100min。

3.3 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青的生產(chǎn)工藝

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青的生產(chǎn)工藝首先將一定比例的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性劑、增粘組分、增韌組分等改性劑同時(shí)加入基質(zhì)瀝青中，經(jīng)過(guò)膠體磨高速碾磨分散后，再加入增容穩(wěn)定組分進(jìn)行攪拌，制的高粘度改性瀝青母液。然后向高粘度改性瀝青中加入廢舊橡膠粉

在180℃-185℃條件下利用膠體磨高速碾磨高速剪切60-l00min。最后通過(guò)高溫低速攪拌發(fā)育6h即可制得防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青。此工藝過(guò)程有以下優(yōu)點(diǎn)：摻入改性劑，經(jīng)膠體磨高速碾磨分散后，其在瀝青中的分散均勻性及相容性得到改善，在SBS改性主劑與瀝青形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后再加入橡膠組分，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)交織程度，提高改性瀝青各方面的使用性能。

通過(guò)上文研究，綜合考慮改性主劑、增塑組分、增粘組分、增容穩(wěn)定組分以及廢舊橡膠粉對(duì)改性瀝青性能的影響以及高粘高彈改性瀝青的成本問(wèn)題，選擇SBS摻量為5%、增塑劑摻量為4%、增粘劑摻量為2%、增容穩(wěn)定劑摻量為2%、廢舊橡膠粉15%，配置的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層用高粘高彈改性瀝青具有優(yōu)良的使用性能。

4 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層鋪裝技術(shù)

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料施工采用瀝青碎石同步灑鋪車進(jìn)行鋪裝，要求將瀝青噴出的改性瀝青呈霧狀均勻分布。為了使石料完全嵌入灑鋪的高粘高彈改性瀝青中，碎石應(yīng)緊跟瀝青迅速灑鋪，并且安排鋼輪壓路機(jī)緊跟碾壓。為使石料盡量灑鋪均勻，應(yīng)安排工人手持掃帚將碎石灑鋪不均勻處迅速掃平。

4.1 混凝土橋面預(yù)處理工作

l)橋面混凝土板預(yù)處理

對(duì)橋面混凝土板進(jìn)行平整度測(cè)定，利用混凝土拉毛找平洗刨設(shè)備對(duì)混凝土板進(jìn)行平整及粗糙化處理。對(duì)于混凝土板的拼接處、裂縫處以及凹槽處，應(yīng)采用高粘高彈改性瀝青進(jìn)行填補(bǔ);對(duì)于較大的坑洞，可采用早強(qiáng)型混凝土材料或者高粘乳化瀝青橋面修補(bǔ)材料進(jìn)行補(bǔ)平處理。

2)基層混凝土板的清潔

在防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層鋪裝前必須保證橋面混凝土板清潔和干燥。首先對(duì)橋面混凝土進(jìn)行噴砂打毛處理，然后利用鼓風(fēng)機(jī)沿噴砂打毛方向吹凈浮沉，最后用高壓水槍進(jìn)行沖洗。待橋面完全干燥后即可進(jìn)行防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的施工?；炷涟迳系母{、灰塵以及水都會(huì)造成防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料與混凝土板產(chǎn)生脫粘，從而造成其使用性能無(wú)法體現(xiàn)。

3)瀝青的準(zhǔn)備

在使用瀝青前，瀝青應(yīng)保持低溫存放，預(yù)使用前迅速將瀝青溫度升至185℃并將其直接注入瀝青碎石灑鋪車前方的瀝青管中，在瀝青碎石同步灑鋪車中瀝青加熱溫度不應(yīng)超過(guò)190℃，同時(shí)瀝青罐內(nèi)應(yīng)配有攪拌設(shè)備，防止高粘高彈改性瀝青發(fā)生離析。

4)集料準(zhǔn)備

碎石集料的取用應(yīng)保證均勻穩(wěn)定。開(kāi)工前，應(yīng)按照級(jí)配通過(guò)拌合樓加熱筒，控制碎石集料的加熱溫度，集料加熱至120℃，將集料加入瀝青碎石同步灑鋪車的后部的碎石灑鋪倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)應(yīng)具有一定的保溫措施，防止集料溫度下降過(guò)快。

4.2 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的施工

l)攤鋪設(shè)備選用

防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的灑鋪采用國(guó)內(nèi)的瀝青碎石同步封層車。該設(shè)備瀝青儲(chǔ)藏罐內(nèi)設(shè)有強(qiáng)力攪拌設(shè)備，瀝青噴嘴以及石料出口設(shè)有單獨(dú)閥門，可以調(diào)節(jié)

(2)灑鋪方式

橋面鋪裝過(guò)程配備1臺(tái)瀝青碎石同步封層車進(jìn)行防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的灑鋪工作。灑鋪車應(yīng)控制車速不超過(guò)10m/min，灑鋪寬度不宜超過(guò)3.5m，搭接處寬度不小于10cm，搭接縫設(shè)在非連接線處。橋面上下橋有坡度處，建議沿上坡方向進(jìn)行灑鋪。

3)灑鋪工藝

①防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層在灑鋪過(guò)程中應(yīng)保證瀝青及碎石灑鋪均勻，灑鋪車灑鋪速度不應(yīng)過(guò)快，建議灑鋪速度不超過(guò)5.0m/min，調(diào)節(jié)瀝青碎石同步封層車瀝青灑鋪量控制在2.2kg/m2，碎石灑鋪量控制在14kg/m2，灑鋪寬度不宜超過(guò)3.5m，參數(shù)固定后不得隨意調(diào)整

②全橋單幅方向應(yīng)盡量保證一次灑鋪完畢，如果遇到情況需要停車，連結(jié)位置應(yīng)鋪設(shè)瀝青氈，確實(shí)連接位置，防止脫粘。碎石在瀝青灑鋪后會(huì)立即灑鋪，碎石灑鋪應(yīng)保證均勻不散失，灑鋪車后應(yīng)配備工人，對(duì)碎石空缺處以及灑鋪不均處進(jìn)行及時(shí)的清掃。

4)碾壓

撒布碎石后用12噸膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)為2～3遍。壓路機(jī)必須緊跟在碎石灑鋪車后，碾壓速度不宜過(guò)快，壓路機(jī)應(yīng)保持與灑鋪車近似的速度勻速碾壓，不得隨便加速、減速以及調(diào)頭。

4.3 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層鋪裝注意事項(xiàng)

l)施工方在進(jìn)行防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層灑鋪前應(yīng)通知監(jiān)理工程師對(duì)橋面情況進(jìn)行檢驗(yàn)，雨雪天氣不得進(jìn)行灑鋪。

2)灑鋪前應(yīng)對(duì)瀝青碎石同步封層車認(rèn)真檢查，計(jì)算瀝青及碎石的灑鋪總量，保證材料充足。混凝土橋面應(yīng)保證清潔、干燥。

3)防水粘結(jié)應(yīng)力吸收材料應(yīng)采用瀝青碎石同步封層車均勻地灑鋪。灑鋪量、灑鋪面積應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算，在路緣石、雨水進(jìn)水口、檢查井等局部應(yīng)采取人工灑鋪。灑鋪過(guò)程應(yīng)沿車到由內(nèi)到外均勻?yàn)?，單車道?yīng)盡量保證一次灑鋪完成，不同車道間連接寬度應(yīng)不小于10cln，露白處以及碎石灑鋪不均勻處應(yīng)利用人工機(jī)械臨時(shí)補(bǔ)撒。

4)對(duì)灑鋪連接處，應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青及碎石灑鋪量，對(duì)于碎石重疊處應(yīng)人工及時(shí)清掃。整個(gè)灑鋪過(guò)程應(yīng)控制車速，勻速行駛，保持灑鋪量參數(shù)穩(wěn)定，并按《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTGE60一2008)中的方法對(duì)瀝青及碎石灑鋪量進(jìn)行控制。

5)膠輪壓路機(jī)必須緊跟碎石灑鋪車進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)應(yīng)采用高頻低幅的方式，防止石子被碾碎并達(dá)到最為優(yōu)良的碾壓效果。

5 結(jié)論

本文主要分析和研究了基于防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的組合梁橋面鋪裝技術(shù)，對(duì)防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的制備和生產(chǎn)過(guò)程做了優(yōu)化，然后討論了橋面鋪裝的施工流程。

[1]孟慶軍，武俊.幾種橋面防水材料的功能綜述[J1.山東交通科技，2008，(3).

[2]廖衛(wèi)東.基于應(yīng)力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)與材料研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2007.