基于防水粘結應力吸收的橋面鋪裝技術淺析

田永強(中鐵十局集團青島工程分公司，山東 青島，266555)

1 緒論

伴隨我國交通事業的快速發展，大跨徑橋梁，特別是大型跨江海橋梁的建設快速發展，鋼箱梁橋梁由于其自重輕、造價低、架設方便等優點得到了廣泛的應用。然而，鋼箱梁橋梁的橋面鋪裝是一個世界性難題，傳統瀝青基材料在高溫條件下與鋼板協同變形較差，進而造成橋面鋪裝層極易產生推移、擁抱等病害，并逐步造成鋪裝層的大面積破壞。因此，研究開發適合于鋼一混凝土組合梁橋面鋪裝的，集防水、粘結和應力吸收作用于一體的鋪裝材料，并對其鋪裝結構進行優化，對鋼一混凝土組合梁結構的進一步推廣具有重要意義。本文針對目前混凝土橋面鋪裝過程存在的各種問題，提供一種基于防水粘結應力吸收的，能夠有效減緩混凝土橋梁發生鋼筋銹蝕、凍融破壞的，可以防止瀝青鋪裝層與橋面發生脫粘造成推移、擁抱等病害、延長混凝土橋梁的使用壽命的橋面鋪裝中間層材料以及結構的設計方法。通過本文研究，力求在提高混凝土橋梁耐久性和使用壽命的同時，對整個橋梁的行車安全性和行車舒適性也得到進一步的改善。

2 防水粘結應力吸收層作用機理分析

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

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

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

3)防水粘結應力吸收層用瀝青的蠕變抗拉強度大小，這項指標直接決定防水粘結應力吸收層自身的抗疲勞性能的優劣。瀝青蠕變抗拉強度越大，應力吸收層的疲勞壽命越長。

3.防水粘結應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化設計

l)改性主劑摻量對瀝青性能的影響分析

改性主劑對基質瀝青的3大指標均有顯著影響，針入度、軟化點的變化表明瀝青粘度變大，流動性變小，高溫穩定性能提高。延度增加、低溫柔性的斷裂溫度降低，說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、粘韌性和彈性恢復的增加，說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，其分離軟化點隨之增加，說明瀝青的儲藏穩定性逐步降低，改性瀝青的分層離析現象逐漸增加。但當SBS摻量超過8%后，改性瀝青的針入度降低幅度明顯增大，而其對軟化點貢獻度也明顯減小。

2)增塑組分對改性瀝青性能的影響

當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偏低表明低溫條件下瀝青明顯偏硬，容易產生脆裂情況，會嚴重的影響應力吸收層低溫條件下的應力吸收效果，因此本文利用增塑劑對SBS摻量為8%改性瀝青的低溫性能進行進一步研究。增塑劑對改性瀝青低溫性能的產生顯著地影響，延度、低溫柔性和針入度試驗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。實驗結果表明增塑劑的加入能夠明顯降低低溫對應力吸收層材料的不利影響。但隨著增塑劑的增加，當其摻量超過4%其改性的效果逐漸減弱，因此確定增塑劑的摻量為4%。

3)增粘組分對改性瀝青的性能影響

防水粘結應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生推移、擁抱等病害，必須提高改性瀝青高溫粘結性能，因此本文通過添加增粘劑石油樹脂，并對改性瀝青的軟化點、60℃粘度等高溫性能指標進行研究，確定增粘組分的最佳摻量。增粘組分對改性瀝青高溫性能產生顯著地影響，軟化點和60℃粘度的變化表明瀝青的高溫粘結性能得到了明顯提高，而低溫性能也得到了一定的改善。但過高的軟化點和高溫粘度會導致改性瀝青的制備和瀝青混合料的的制備溫度升高，導致無謂的能源消耗，因此選用增粘劑摻量為2%配制的改性瀝青己經能夠滿足防水粘結應力吸收層的需要。

3.2 防水粘結應力吸收層用高粘高彈改性瀝青的性能優化

廢舊橡膠粉粒徑對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，先將基質瀝青加熱到160℃左右，然后分別按照橡膠瀝青質量的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。

隨著廢舊橡膠粉細度的增加，針入度、軟化點以及延度均呈先增加后減小的趨勢。當膠粉細度為40目時，軟化點最高為95.4℃，延度最大為50.9cm，具有最為優良的使用性能。由此可見，對瀝青改性并非膠粉細越好。而且膠粉越細，其價格也越高。所以，我們從以上的技術分析和經濟等方面考慮，40目膠粉改性瀝青具有最佳的性價比，由此確定采用40目膠粉作為防水粘結應力吸收層用改性瀝青的膠粉最佳細度。

從拌合溫度上看：隨著溫度的上升，橡膠粉在瀝青越來越容易分散，因此在適當溫度范圍內提高溫度可以提高橡膠粉的改性效率。但過高的拌合溫度會使得橡膠粉以及瀝青迅速老化，降低瀝青的使用性能。本文研究發現，最佳使用性能出現的時間，在175℃條件下需要100min，200℃時，需要60min，且200℃改性瀝青的使用性能最為優良。

從拌合時間上看：軟化點、延度以及60℃粘度隨攪拌時間的延長為先升高，然后降低，但是當溫度超過220℃時，各項使用性能沒有上升過程，直接轉為下降。在不同拌合溫度下，瀝青達到最佳使用性能的拌合時間也不相同，隨著拌合溫度的增加，達到最佳使用性能的時間不斷提前。說明通過提高拌合溫度的方式可以提高橡膠粉在瀝青中的反應速率，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℃，適宜的拌和時間為60一100min。選擇的溫度越低，需要的攪拌時間越長，橡膠粉脫硫降解的組分越多。當拌和溫度為190℃時，改性瀝青可以達到最為優良的使用性能，但是考慮到目前受橡膠瀝青生產設備的限制，190℃的高溫很難達到，為此選擇180℃-185℃作為拌和溫度，拌和時間為60一100min。

3.3 防水粘結應力吸收層用高粘高彈改性瀝青的生產工藝

防水粘結應力吸收層用高粘高彈改性瀝青的生產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加入基質瀝青中，經過膠體磨高速碾磨分散后，再加入增容穩定組分進行攪拌，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。最后通過高溫低速攪拌發育6h即可制得防水粘結應力吸收層用高粘高彈改性瀝青。此工藝過程有以下優點：摻入改性劑，經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絡結構后再加入橡膠組分，增強網絡交織程度，提高改性瀝青各方面的使用性能。

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

4 防水粘結應力吸收層鋪裝技術

防水粘結應力吸收材料施工采用瀝青碎石同步灑鋪車進行鋪裝，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，碎石應緊跟瀝青迅速灑鋪，并且安排鋼輪壓路機緊跟碾壓。為使石料盡量灑鋪均勻，應安排工人手持掃帚將碎石灑鋪不均勻處迅速掃平。

4.1 混凝土橋面預處理工作

l)橋面混凝土板預處理

對橋面混凝土板進行平整度測定，利用混凝土拉毛找平洗刨設備對混凝土板進行平整及粗糙化處理。對于混凝土板的拼接處、裂縫處以及凹槽處，應采用高粘高彈改性瀝青進行填補;對于較大的坑洞，可采用早強型混凝土材料或者高粘乳化瀝青橋面修補材料進行補平處理。

2)基層混凝土板的清潔

在防水粘結應力吸收層鋪裝前必須保證橋面混凝土板清潔和干燥。首先對橋面混凝土進行噴砂打毛處理，然后利用鼓風機沿噴砂打毛方向吹凈浮沉，最后用高壓水槍進行沖洗。待橋面完全干燥后即可進行防水粘結應力吸收層的施工。混凝土板上的浮漿、灰塵以及水都會造成防水粘結應力吸收材料與混凝土板產生脫粘，從而造成其使用性能無法體現。

3)瀝青的準備

在使用瀝青前，瀝青應保持低溫存放，預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超過190℃，同時瀝青罐內應配有攪拌設備，防止高粘高彈改性瀝青發生離析。

4)集料準備

碎石集料的取用應保證均勻穩定。開工前，應按照級配通過拌合樓加熱筒，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，倉內應具有一定的保溫措施，防止集料溫度下降過快。

4.2 防水粘結應力吸收層的施工

l)攤鋪設備選用

防水粘結應力吸收層的灑鋪采用國內的瀝青碎石同步封層車。該設備瀝青儲藏罐內設有強力攪拌設備，瀝青噴嘴以及石料出口設有單獨閥門，可以調節

(2)灑鋪方式

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

3)灑鋪工藝

①防水粘結應力吸收層在灑鋪過程中應保證瀝青及碎石灑鋪均勻，灑鋪車灑鋪速度不應過快，建議灑鋪速度不超過5.0m/min，調節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3.5m，參數固定后不得隨意調整

②全橋單幅方向應盡量保證一次灑鋪完畢，如果遇到情況需要停車，連結位置應鋪設瀝青氈，確實連接位置，防止脫粘。碎石在瀝青灑鋪后會立即灑鋪，碎石灑鋪應保證均勻不散失，灑鋪車后應配備工人，對碎石空缺處以及灑鋪不均處進行及時的清掃。

4)碾壓

撒布碎石后用12噸膠輪壓路機進行碾壓，碾壓遍數為2～3遍。壓路機必須緊跟在碎石灑鋪車后，碾壓速度不宜過快，壓路機應保持與灑鋪車近似的速度勻速碾壓，不得隨便加速、減速以及調頭。

4.3 防水粘結應力吸收層鋪裝注意事項

l)施工方在進行防水粘結應力吸收層灑鋪前應通知監理工程師對橋面情況進行檢驗，雨雪天氣不得進行灑鋪。

2)灑鋪前應對瀝青碎石同步封層車認真檢查，計算瀝青及碎石的灑鋪總量，保證材料充足。混凝土橋面應保證清潔、干燥。

3)防水粘結應力吸收材料應采用瀝青碎石同步封層車均勻地灑鋪。灑鋪量、灑鋪面積應經過嚴格計算，在路緣石、雨水進水口、檢查井等局部應采取人工灑鋪。灑鋪過程應沿車到由內到外均勻灑鋪，單車道應盡量保證一次灑鋪完成，不同車道間連接寬度應不小于10cln，露白處以及碎石灑鋪不均勻處應利用人工機械臨時補撒。

4)對灑鋪連接處，應嚴格控制瀝青及碎石灑鋪量，對于碎石重疊處應人工及時清掃。整個灑鋪過程應控制車速，勻速行駛，保持灑鋪量參數穩定，并按《公路路基路面現場測試規程》(JTGE60一2008)中的方法對瀝青及碎石灑鋪量進行控制。

5)膠輪壓路機必須緊跟碎石灑鋪車進行碾壓，碾壓時應采用高頻低幅的方式，防止石子被碾碎并達到最為優良的碾壓效果。

5 結論

本文主要分析和研究了基于防水粘結應力吸收層的組合梁橋面鋪裝技術，對防水粘結應力吸收層的制備和生產過程做了優化，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]廖衛東.基于應力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構與材料研究[D].武漢:武漢理工大學，2007.