組合連續(xù)梁澆注式鋪裝層防水粘結(jié)層優(yōu)化設(shè)計研究

張順先，吳玉剛，曹曉峰，尹敬澤

(1.廣東省長大公路工程有限公司，廣州　514000； 2.廣東省公路建設(shè)有限公司，廣州　514000；3.廣東省交通集團有限公司，廣州　514000)

組合連續(xù)梁澆注式鋪裝層防水粘結(jié)層優(yōu)化設(shè)計研究

張順先1，吳玉剛2，曹曉峰3，尹敬澤2

(1.廣東省長大公路工程有限公司，廣州514000； 2.廣東省公路建設(shè)有限公司，廣州514000；3.廣東省交通集團有限公司，廣州514000)

摘要：以國內(nèi)某著名大橋橋面鋪裝工程為研究背景，針對組合連續(xù)梁澆注式瀝青混凝土GA10產(chǎn)生的氣泡、鼓包現(xiàn)象，以外觀表現(xiàn)、空隙率和彎曲應變比作為評價指標，在試驗路上采取不同措施進行27種優(yōu)化方案試驗研究。研究結(jié)果表明：采用“環(huán)氧樹脂+碎石+溶劑型粘結(jié)劑”作為防水粘結(jié)層能較好地解決組合連續(xù)梁澆注式瀝青混凝土GA10的氣泡、鼓包現(xiàn)象。研究成果可為其它類似橋面鋪裝工程提供較好的借鑒。

關(guān)鍵詞：橋面鋪裝；澆注式瀝青混凝土GA10；防水粘結(jié)層；優(yōu)化設(shè)計

1工程概況

國內(nèi)某著名橋梁地處珠江口伶仃洋海域，是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中珠江三角洲地區(qū)環(huán)線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關(guān)鍵性工程，是具有國家戰(zhàn)略意義的世界級跨海通道。該橋主體工程分為深水區(qū)通航孔橋和淺水區(qū)非通航孔橋，其中淺水區(qū)非通航孔橋采用85 m跨組合連續(xù)梁。按照原設(shè)計方案，組合連續(xù)梁橋面鋪裝采用45 mm改性瀝青SMA-13+改性乳化瀝青粘結(jié)層+35 mm澆注式瀝青GA10+玻璃纖維加筋溶劑型粘結(jié)劑的鋪裝結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示。

圖1　組合梁橋面鋪裝原設(shè)計方案結(jié)構(gòu)

2原設(shè)計方案實施過程及結(jié)果

2.1原設(shè)計方案實施過程

為驗證原橋面鋪裝體系施工工藝、施工組織和人員機械設(shè)備組合情況，在組合連續(xù)梁混凝土試驗路上按原設(shè)計方案進行施工。采用車載式拋丸機對組合連續(xù)梁混凝土基面進行噴砂拋丸處理。拋丸機行走速度為15 m/min，拋丸后組合連續(xù)梁混凝土基面粗糙度符合設(shè)計文件要求。采用溶劑型粘結(jié)劑自動噴涂機進行玻璃纖維溶劑型粘結(jié)劑施工，待溶劑型粘結(jié)劑完全固化后施工澆注式瀝青混凝土GA10，試驗過程如圖2所示。

圖2　原設(shè)計方案施工過程

2.2原設(shè)計方案實施結(jié)果

澆注式瀝青混凝土GA10施工過程中，發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土表面產(chǎn)生了大量氣泡、鼓包現(xiàn)象。對產(chǎn)生氣泡、鼓包的瀝青混凝土進行現(xiàn)場取樣，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部出現(xiàn)明顯的氣孔，如圖3所示，不符合澆注式瀝青混凝土GA10密實、空隙率幾乎為零的要求[1-2]。

圖3　澆注式瀝青混凝土GA10外觀表現(xiàn)

為驗證產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象的澆注式瀝青混凝土GA10路用性能狀況，以空隙率和彎曲應變比作為評價指標，對產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象的混凝土現(xiàn)場取樣與室內(nèi)試件(嚴格按照設(shè)計文件要求和生產(chǎn)級配成型，與現(xiàn)場試驗段取樣試件尺寸相同)進行對比，測試其空隙率，如表1所示。按照JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[3]中的彎曲試驗方法，測試產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象澆注式瀝青混凝土GA10的彎曲性能衰減情況。 產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象的澆注式瀝青混凝土GA10彎曲應變比如表2所示。

由表1和表2可知，產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象的澆注式瀝青混凝土GA10空隙率為2.4%，不符合澆注式瀝青混凝土GA10空隙率小于1%的要求[4-7]；彎曲應變比為79.2%，彎曲應變比衰減20.8%。試驗結(jié)果表明，澆注式瀝青混凝土GA10內(nèi)部產(chǎn)生的氣泡、鼓包現(xiàn)象對混凝土空隙率及彎曲應變均產(chǎn)生一定影響，從而反映出其對澆注式瀝青混凝土GA10路用性能及耐久性會帶來不利影響。

2.3原因分析

上述澆注式瀝青混凝土GA10出現(xiàn)氣泡、鼓包現(xiàn)象，其主要原因是瀝青混凝土施工溫度較高(220～240 ℃)[8]，在高溫狀態(tài)下，組合連續(xù)梁混凝土面板中未完全參加水化反應的自由水以及混凝土減水劑中的水變成水蒸氣，而溶劑型防水材料不能完全有效封閉水蒸氣，從而導致鋪裝層出現(xiàn)大量氣泡、鼓包。

表1　產(chǎn)生氣泡、鼓包的澆注式瀝青混凝土GA10空隙率

表2　產(chǎn)生氣泡、鼓包的澆注式瀝青混凝土GA10彎曲應變匯總

3防水粘結(jié)層優(yōu)化措施

3.1采取措施

為充分發(fā)揮澆注式瀝青混凝土GA10路用性能特性，防止其產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象，提出了以下幾種改進措施，并在后續(xù)試驗路上加以實施。

措施1：防水粘結(jié)層采用環(huán)氧樹脂封閉層+碎石(機制砂)+溶劑型粘結(jié)劑形式。

措施2：防水封閉層采用高滲透高粘結(jié)性能乳化瀝青。

措施3：對混凝土面板進行干燥處理。

措施4：防水粘結(jié)層采用甲基苯烯酸樹脂(MMA)類防水材料。

根據(jù)以上4種措施，在試驗路上實施了27種優(yōu)化方案，其中環(huán)氧樹脂選取5種不同廠家的產(chǎn)品。各方案布置如圖4所示。圖4中，①～⑤代表不同廠家的環(huán)氧樹脂。

3.2澆注式混凝土GA10外觀狀況表現(xiàn)

按照圖4所示27種試驗方案進行澆注式瀝青混凝土GA10鋪筑，其施工外觀表現(xiàn)狀況如圖5所示。鋪筑結(jié)果顯示，采用合理的優(yōu)化方案可減少GA10瀝青混凝土外觀表面產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象，從而可保證并延長GA10瀝青混凝土使用壽命，使其發(fā)揮應有的路用性能。各方案外觀表現(xiàn)如圖6所示。

為直觀檢驗各優(yōu)化方案的外觀效果及可行性，鋪筑了試驗路，對試驗路進行了檢測，發(fā)現(xiàn)采用方案7、8、12、13、14、19、20、21、22、23、25、26等鋪筑的澆注式瀝青混凝土GA10外觀表現(xiàn)較理想，未產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象，表明“環(huán)氧+碎石+溶劑型(玻璃纖維)+GA”鋪裝方案原則上可行，能減少澆注式瀝青混凝土GA10產(chǎn)生氣泡、鼓包問題。但有部分“環(huán)氧+碎石+溶劑型粘結(jié)劑”方案外觀表現(xiàn)并不理想。如方案5、6、9、10、11等，鋪筑時澆注式瀝青混凝土GA10表面出現(xiàn)了大量氣泡、鼓包。調(diào)查分析表明，由于澆注式瀝青混凝土GA10自身施工工藝特點如拌和溫度高、攤鋪溫度高等超出了部分環(huán)氧樹脂的高溫耐久極限，故導致環(huán)氧樹脂封閉層不能承受澆注式瀝青混凝土GA10的高溫作用，致使環(huán)氧樹脂封閉層出現(xiàn)融化、破裂等現(xiàn)象，從而導致澆注式瀝青混凝土GA10表面出現(xiàn)大量氣泡、鼓包。

圖4　試驗路27種優(yōu)化方案

圖5　不同方案下澆注式瀝青混凝GA10土外觀表現(xiàn)狀況

因此，選擇環(huán)氧樹脂時，除應進行常規(guī)性能檢測外，還應充分考慮環(huán)氧樹脂的耐高溫性能。在環(huán)氧樹脂類材料生產(chǎn)與配制過程中，應通過物理或化學手段改進環(huán)氧樹脂耐高溫性能，以使其適用于澆注式瀝青混凝土GA10鋪裝體系。

圖6　試驗路各方案外觀表現(xiàn)效果

3.3澆注式瀝青混凝土GA10空隙率狀況

為檢驗不同優(yōu)化方案澆注式瀝青混凝土GA10鋪裝層空隙率變化情況，對現(xiàn)場取樣的澆注式瀝青混凝土GA10采用水中稱重法計算其毛體積密度，各方案鋪裝層空隙率情況如圖7所示。部分方案由于防水粘結(jié)層在澆注式瀝青混凝土GA10的高溫作用下不能有效隔絕組合梁混凝土中水分的蒸發(fā)作用，導致鋪裝層產(chǎn)生大量氣泡、鼓包現(xiàn)象，并致使?jié)沧⑹綖r青混凝土GA10內(nèi)部存在空隙，從而導致混凝土空隙率較大，超過空隙率小于1%的要求[4-7]。部分方案由于采用“環(huán)氧樹脂封閉層+碎石+溶劑型粘結(jié)劑”形式作為防水粘結(jié)層，減少了連續(xù)組合梁混凝土中水分的蒸發(fā)，并防止鋪裝層外觀出現(xiàn)氣泡、鼓包現(xiàn)象，使?jié)沧⑹綖r青混凝土GA10空隙率小于業(yè)界公認的1%標準，但并非所有將環(huán)氧樹脂封閉層作為防水粘結(jié)層的澆注式瀝青混凝土GA10其空隙率都小于1%，而是只有環(huán)氧樹脂耐高溫性能較好，且在混凝土攤鋪過程中外觀狀況表現(xiàn)良好的環(huán)氧樹脂封閉層方案其實測混凝土空隙率才小于1%。因此，進行方案選擇時應充分考慮環(huán)氧樹脂耐高溫的特點。

圖7　各方案澆注式瀝青混凝土GA10空隙率值

4結(jié)論

1) 按原方案施工的澆注式瀝青混凝土GA10產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象主要原因是其施工溫度較高(220～240 ℃)，在高溫作用下連續(xù)組合梁混凝土中未完全參加水化反應的自由水及減水劑中的水變成水蒸氣，從而產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象。

2) 產(chǎn)生氣泡、鼓包現(xiàn)象的澆注式瀝青混凝土GA10其空隙率為2.4%(大于1%的規(guī)范要求)，且其彎曲應變比損失為20.8%，表明氣泡、鼓包對澆注式瀝青混凝土GA10空隙率及彎曲應變均產(chǎn)生一定的不利影響，也反映出其對澆注式瀝青混凝土GA10路用性能及耐久性帶來不利影響。

3) 將“環(huán)氧樹脂+碎石+溶劑型粘結(jié)劑”形式作為防水粘結(jié)層能有效降低澆注式瀝青混凝土GA10的氣泡、鼓包產(chǎn)生頻率，但應選擇耐高溫性能較好的環(huán)氧樹脂。

4) 本文研究成果解決了連續(xù)組合梁澆注式瀝青混凝土按原方案鋪裝產(chǎn)生的氣泡、鼓包現(xiàn)象，延長了澆注式瀝青混凝土GA10路用性能及耐久性，可為其它類似橋面鋪裝工程提供較好的借鑒。

參 考 文 獻

[1]皮育暉，陳仕周．澆注式瀝青混凝土GA10在橋面鋪裝中的應用[J]．中外公路，2006，26(1)：155-158.

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[4]British Standards Institution.BS6925:1988. Mastic Asphalt for Building and Civil Engineering Work(Limestone Aggregate)[S]．London：British Standards Institution，2000.

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[6]李洪濤，黃衛(wèi)． 澆注式瀝青混凝土GA10在日本橋面鋪裝上的應用[J]．華東公路，1999(3)：39-42.

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[8]潘承維．Guss瀝青混凝土成效特性之研究[D]．臺灣：國立中央大學，2002.

Research on Optimized Design of Waterproof Bonding Layer in Combined Continuous Beam Casting Payment Layer

ZHANG Shunxian1, WU Yugang2, CAO Xiaofeng3,YIN Jingze2

Abstract:With the deck pavement project of some famous bridge at home as the research background, in allusion to bubbles and bumps produced in casting asphalt concrete GA10, and with appearance performance, porosity and bending strain ratio as evaluation indices, this paper takes different measures on test road to perform experimental study of 27 optimized schemes. The results of study show that “epoxy resin+gravel+solvent based adhesive” adopted as waterproof bonding layer can better deal with bubbles and bumps of casting asphalt concrete GA10. The results of study can provide a good reference for other similar deck pavement projects.

Keywords:deck pavement; casting asphalt concrete GA10; waterproof bonding layer; optimized design

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.012

基金項目：國家重大科技支撐計劃項目(2011BAG07B03)

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：張順先(1984-)，男，黑龍江省訥河市人，博士，工程師。

文章編號：1009-6477(2016)03-0048-04中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A