精表處預防性養(yǎng)護技術在鋼橋面鋪裝中的應用研究

彭祝濤, 程 廣, 黃 勇, 尚 飛

(1.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司, 重慶 400060; 2.安徽省交通控股集團有限公司, 合肥 230031)

近年來,我國建造了一大批大跨徑懸索橋、斜拉橋及其他形式鋼橋,它們是交通網(wǎng)的咽喉要道,其交通荷載和通行量壓力遠超普通道路。在交通荷載和各種環(huán)境因素的作用下,鋼橋面的抗滑性能和承載能力逐漸衰減,服務能力逐漸下降。市面上成熟的預防性養(yǎng)護技術方案,大多用于普通路面養(yǎng)護工程,而鋼橋面鋪裝因其鋪裝材料特殊、結構為柔性體系、交通荷載繁重等特點,普通的預防性養(yǎng)護技術在鋼橋面鋪裝上應用效果不佳。如霧封層技術能解決一般路面松散脫落、裂縫、滲水等病害,但不能改善鋼橋面鋪裝的表面構造及磨耗性能,甚至可能導致抗滑性能下降;石屑封層在交通量較大、車速較高的鋼橋面鋪裝上易出現(xiàn)集料被車輪帶走的問題;稀漿封層采用普通乳化瀝青,性能較差,也難以滿足鋼橋面鋪裝重交通的使用要求;薄層罩面采用熱拌瀝青混合料的空隙率較大,防水性差,易產(chǎn)生貫穿裂縫,不宜在鋼橋面鋪裝上使用[1]。針對鋼橋面鋪裝的預防性養(yǎng)護技術,盡管國內(nèi)也出現(xiàn)了一些熱反射涂層、高韌性樹脂薄層罩面等技術,但均未大范圍推廣應用[2-3]。

精表處技術是在借鑒含砂霧封層、石屑封層、微表處、超薄磨耗層等預養(yǎng)護技術的基礎上,衍生的一種高性能的冷拌冷鋪功能結構層。該技術通過隔離和封閉原路面防止水、空氣、陽光對下層路面的侵入和老化,并提供新筑的抗滑磨耗表層,可起到矯正原路面的細料失散,封閉微細疲勞裂紋,重建路面的抗滑性能,增加行車安全性能等作用,達到瀝青路面預防性養(yǎng)護的目的[4-10]。

精表處技術采用機械一體化噴灑/撒布施工,具有經(jīng)濟高效、低碳環(huán)保、性能可靠及快速開放交通等優(yōu)點,在國內(nèi)已有許多成功應用案例,主要應用在高速公路、國省道、縣鄉(xiāng)道、城市快速路以及城市道路等在內(nèi)的各等級公路[11-19],但在鋼橋面鋪裝工程中鮮有應用報道。為此,本文將探討精表處預防性養(yǎng)護技術在鋼橋面鋪裝上的應用情況。

1 精表處及材料性能

1.1 精表處結構

精表處主要由高粘改性乳化瀝青、界面保護劑和單粒徑集料組成,采用專用施工車,依次將高粘瀝青粘接料、集料、界面保護劑等材料,分層灑布/撒布至原路面,使用膠輪碾壓,并可在原路面形成2 mm～8 mm厚度磨耗層的新型預養(yǎng)護技術,結構見圖1。

單位:mm

1.2 材料性能

高粘改性乳化瀝青和界面保護劑為施工方自主研發(fā)材料,而集料為3 mm～5 mm玄武巖集料,主要的材料性能指標見表1～表3。

表1 高粘改性乳化瀝青指標

表2 界面保護劑性能指標

表3 集料性能指標

1.3 技術特點

1) 表面裹覆有豐富的高粘瀝青膜,能有效減少摩擦和振動等產(chǎn)生的噪音。

2) 在表面形成全新的構造紋理和摩擦界面,可大幅度提高表面抗滑性能。

3) 瀝青灑布量大,能對原路面的微小裂縫進行封閉和灌注,并具有良好的抗?jié)B水性能。

4) 在常溫狀態(tài)下施工,具有節(jié)能環(huán)保,綠色低碳的特點。

2 實橋工程應用

2.1 工程概況

某大橋為2×1 080 m的3塔2跨懸索橋,雙向6車道,設計車速為100 km/h,鋼橋面鋪裝結構采用甲基丙烯酸樹脂防水體系+33 mm澆注式瀝青混凝土+35 mm高彈改性SMA結構,見圖2。大橋于2013年底開始通車運營,據(jù)不完全統(tǒng)計,大橋綜合日交通量在3萬輛,且重載交通量比例約為35%。

圖2 鋼橋面鋪裝結構

大橋鋪裝已運營9年,在對鋼橋面鋪裝的使用狀況進行定期檢測中發(fā)現(xiàn),該橋超車道和行車道的鋼橋面鋪裝表面出現(xiàn)疲勞開裂和局部段落抗滑性能衰減等問題,亟需處理段落有4段,合計長度2 090 m。為解決鋼橋面鋪裝性能衰減問題,在鋪裝表面上實施了精表處預防性養(yǎng)護技術。

2.2 實施流程

將鋼橋面鋪裝表面清掃干凈后,采用一體化精表處施工車依次將高粘瀝青粘接料、細集料、界面保護劑等材料灑布/撒布至鋪裝表面,并利用膠輪碾壓提高粘結性能和加速破乳。本項目在鋼橋面鋪裝上形成磨耗層厚度為4 mm～6 mm。

精表處施工工藝如下,實橋應用情況見圖3。

1) 工前檢測

正式噴灑前,對噴嘴疏通情況逐個試噴檢查,防止噴涂過程中出現(xiàn)堵塞、灑布不均等現(xiàn)象。

2) 界面防護

對原鋪裝的車道標線、行車道中指示文字、箭頭標識等在表面粘貼膠帶,以保證在施工灑布過程不受膠結料和保護劑的污染。

為保證施工質(zhì)量,確保材料噴涂的均勻性,在施工區(qū)域外3 m范圍內(nèi)覆蓋膠布。當施工車通過膠布區(qū)域時,精表處高粘乳化瀝青、界面保護劑等液體噴灑量和骨料撒布量等保持穩(wěn)定后,即可駛入工作面正常作業(yè)。

3) 精表處噴灑/撒布

采用一體化的精表處施工車,按照3 mm～5 mm集料6 kg/m2～7 kg/m2,高粘改性瀝青1.0 kg/m2～1.2 kg/m2(共2層)和界面保護劑0.5 kg/m2～0.6 kg/m2的設計用量,依次將界面保護劑、乳化高粘瀝青、集料等材料,分層同步灑/撒布至鋪裝面層。

在實施過程中,人工檢查撒布情況,對漏撒或缺陷區(qū)域及時進行人工補料。

4) 養(yǎng)生及膠輪碾壓

當精表處施工完成后進行養(yǎng)生,期間禁止一切車輛和行人通行,養(yǎng)生時間為0.5 h～2 h,具體可根據(jù)施工期間的天氣情況(氣溫、濕度、風力等)進行適當調(diào)整。

待界面劑破乳后,用8 t重的噴水霧膠輪對精表處進行復壓2～3遍,增加精表處的粘附性能和粘聚性能,防止出現(xiàn)材料剝離、飛濺等不良現(xiàn)象。

(a) 工前設備試噴檢查

(b) 標識膠帶保護

(c) 開始或結束段膠布保護

(d) 材料灑布/撒布施工

(e) 人工缺陷檢查

2.3 工后檢測

采用多功能檢測車、橫向力系數(shù)車及人工檢測方式,對實施精表處技術段落的應用效果進行跟蹤檢測,檢測的內(nèi)容有表面破損狀況、抗滑性能及滲水性能,檢測指標參照《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)和《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450—2019)。

1) 抗滑性能

精表處的實施為原鋼橋面鋪裝表面提供了1層4 mm～6 mm厚度的磨耗層,并形成了全新的構造紋理和磨耗界面。對抗滑性能指標進行檢測,結果見圖4。

圖4 橫向力系數(shù)SFC檢測情況

從圖4抗滑性能指標檢測結果看,精表處實施前的橫向力系數(shù)SFC基本保持在43～45水平,在實施精表處后,抗滑性能有大幅度的提升,工后1個月,橫向力系數(shù)SFC能保持在65～70水平。在鋼橋面鋪裝運營過程中,抗滑性能有輕微的衰減,到6個月時,路面抗滑性能基本保持穩(wěn)定在60～65水平。

2) 滲水性能

精表處在鋼橋面鋪裝表面噴灑的樹脂類、高粘瀝青類材料,在基面上形成了較厚的高粘瀝青膜,并灌注在表面孔隙和裂縫中,起到了防水隔水的作用。對滲水性能指標進行檢測,結果見表4。

從表4滲水性能指標檢測結果看,精表處實施前的滲水系數(shù)在22 mL/min～26 mL/min,在實施精表處后至6個月期間,鋼橋面鋪裝表面滲水系數(shù)均為0,表明精表處的實施對鋼橋面鋪裝的滲水性能有較大提升,對抑制早期水損害有積極作用。

表4 滲水系數(shù)檢測情況

3) 破損狀況

在實施精表處前,鋼橋面鋪裝表面上主要病害類型為微細的疲勞裂縫,裂縫寬度介于0.3 mm～1 mm之間,為鋼橋面鋪裝早期典型的病害類型。精表處的高性能改性膠結料可滲入到鋪裝表面空隙中,與原基面能粘結成一個整體,可起到裂縫修復、再生還原的作用[20]。對表面破損狀況指標進行檢測,結果見表5。

表5 破損率DR檢測情況

從表5破損狀況檢測結果看,在實施精表處前,鋼橋面鋪裝表面局部存在早期病害,而精表處的實施修復了早期病害。在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面未新增任何病害,破損率DR均為0,表明精表處的實施可對早期病害進行防止或延緩,能夠降低日常養(yǎng)護和維修的需求。

3 結論

精表處預防性養(yǎng)護技術在某實體大橋上進行應用,項目組對實施前后的橫向力系數(shù)SFC、滲水性能、破損率DR分別在工前、工后1個月、工后3個月和工后6個月進行跟蹤檢測,檢測結果表明:

1) 精表處可為鋼橋面鋪裝提供全新的構造紋理和磨耗界面,在精表處實施前后,鋼橋面的橫向力系數(shù)SFC從43～45提升到65～70,并在工后6個月,仍能保持60～65,表明精表處可大幅度提高并能長久保持較高的表面抗滑性能。

2) 在精表處實施前后,鋼橋面鋪裝的滲水系數(shù)從22 mL/min～26 mL/min下降到0,且在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面均為不滲水,表明精表處可改善鋼橋面鋪裝的滲水性能,對抑制早期水損害有積極作用。

3) 在精表處實施前后,鋼橋面鋪裝表面的破損率DR由0.026～0.078下降到0,且在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面未新增任何病害,表明精表處能夠防止或延緩鋼橋面鋪裝早期裂縫病害,可降低日常養(yǎng)護和維修需求。

4) 精表處預防性養(yǎng)護技術在鋼橋面鋪裝上能夠改善原有基面的破損狀況、抗滑性能和滲水性能,可修復早期裂縫,延緩病害發(fā)育,提供高抗滑基面,封閉水分等功能,達到了預防性養(yǎng)護的目的。