高黏高彈瀝青在北京城市橋梁橋面鋪裝層中的應用研究

蔡碩果，段文志，劉曉晨

（1.北京建筑大學，北京市 100044；2.北京市城市道路養護管理中心，北京市 100069；3.北京特希達交通勘察設計院有限公司，北京市 100067）

高黏高彈瀝青在北京城市橋梁橋面鋪裝層中的應用研究

蔡碩果1，3，段文志1，2，劉曉晨3

（1.北京建筑大學，北京市 100044；2.北京市城市道路養護管理中心，北京市 100069；3.北京特希達交通勘察設計院有限公司，北京市 100067）

隨著交通流量和軸載的不斷增加，以及極端天氣越來越多，對橋面鋪裝層材料提出了更高的要求。分析了北京城市橋梁橋面鋪裝層的使用情況，通過與高摻量SBS改性瀝青及其混合料的對比分析，指出高黏高彈瀝青防水粘結層具有更好的高溫穩定性能、抗剪切性能和抗拉性能，并將其應用于北京市某橋梁。通過室內實驗研究和實體工程驗證，提出高黏高彈瀝青可以作為一種新材料應用在橋面鋪裝層中。

高粘高彈瀝青；防水粘結層；城市橋梁；橋面鋪裝

0　引言

橋面鋪裝層的質量如何，關系到橋梁整體的壽命和使用年限、行車安全及舒適性。橋面鋪裝的結構形式一般與所銜接的道路路面相協調，主要采用瀝青混凝土或水泥混凝土材料作為橋面鋪裝面層。在北京，上世紀80年代以前多采用水泥混凝土橋面鋪裝面層，其作法是：水泥混凝土厚8 cm、在板中布置10的鋼筋網（其雙向間距為10 cm），此種面層主要問題是在通車前就會出現開裂，通車后在溫度與車載共同作用下開裂更為嚴重。因此在上世紀80年代中期組織了北京有關力量進行過攻關，經過分析與計算，認為混凝土板應至少加厚14 cm且應采用雙層配筋，并提出了配筋量。考慮到如果采用瀝青混凝土，可能比水泥混凝土節省投資，其它方面的技術指標也較好，自此以后北京市的橋面就改為瀝青混凝土橋面鋪裝面層，一般作法是：改性瀝青混凝土（單層5～6cm或雙層9～10 cm）+防水粘結層（APP防水卷材或防水涂料）+水泥混凝土（8～10 cm）。

隨著城市交通流量和重型車輛的不斷增加，以及極端天氣越來越多，橋面鋪裝損壞情況越來越嚴重，有的橋梁在通車后不久，橋面即出現了推移、擁包、車轍、裂縫、碎裂等破損現象，這不僅影響了橋梁的服務品質，留下了交通安全隱患，更會造成不良的社會反響，也帶來了經濟上的損失。很多研究成果表明，大多數橋面鋪裝層的損壞是由于防水粘結層誘發的。橋梁結構與瀝青面層之間的粘結與防水對橋面鋪裝層的使用性能和壽命起著至關重要的作用，由于該層位于剛性橋面板與柔性瀝青鋪裝層之間的薄弱面上，剪切力往往很大，易產生剪切滑動。因此，這一關鍵層除了應具有承上啟下的粘結作用，還應具有優良的防水功能，尤其得具有突出的高溫穩定性和抗剪切性能。

1　防水粘結層

目前國內橋梁中常用的防水粘結層材料大致分三大類：卷材料類、改型瀝青類和環氧瀝青。

卷材類防水粘結層最常見的是APP改性瀝青防水卷材、SBS改性瀝青防水卷材。目前多采用火焰熱熔施工法，在北京新建城市橋梁中應用較為廣泛。

改性瀝青類防水粘結層，目前應用較多的是乳化瀝青SBS改性瀝青和熱噴SBS改性瀝青。SBS改性劑能提高瀝青的使用性能，SBS改性瀝青也是目前使用最為廣泛的改性瀝青。作為防水粘結層結構使用時通常以同步碎石工藝進行，比較適宜在城市橋梁維修中應用。但由于瀝青材料本身的溫度敏感性，SBS改性瀝青在低溫及常溫下具有較高的粘結強度，隨著溫度的提高，SBS改性瀝青的粘結強度下降較為明顯。

環氧瀝青是一種由環氧樹脂、固化劑與基質瀝青經復雜的化學改性所得的混合物。與傳統瀝青材料相比，環氧瀝青無論在粘結能力、變形能力，還是高溫穩定性方面都有明顯優勢但是環氧瀝青施工難度大、養護周期長、工程成本高。國內的大跨徑鋼橋通常采用環氧瀝青作為防水粘結層的鋪裝材料，北京城市橋梁較少應用。

北京城市橋梁橋面鋪筑層的維修養護作業通常要求夜間凌晨12點至5點這個時間段內施工或分車道不中斷交通施工，這樣就要求施工工藝簡便、施工速度快、工期短。考慮到北京市夏季高溫時段越來越長，許多水泥混凝土箱梁橋本身散熱就比較慢，導致橋面鋪裝層內部溫度過高，達到60℃～70℃甚至更高，這就給橋面防水粘結層的高溫性能提出了更高的要求。鑒于此，北京市采用高粘高彈瀝青作為橋面防水粘結層的鋪裝材料進行了應用與研究。

2　高黏高彈瀝青防水粘結層

2.1材料基本性能

根據國標GB/T 30516-2014《高黏高彈道路瀝青》定義：粘度（60℃）大于20 000 Pa·s，彈性恢復（25℃）85%的瀝青，稱之為高粘高彈瀝青。我們在把高黏高彈瀝青應用于橋面防水粘結層時，考慮到橋面瀝青鋪裝層在夏日的實際溫度往往會達到60℃～70℃甚至更高，因此采用真空動力毛細管粘度計試驗測定其60℃和70℃的動力粘度，并把其與高摻量SBS改性瀝青（道路石油瀝青A-70摻入6%SBS改性劑）進行了對比，試驗結果見表1。

2.2路用性能研究

橋面鋪裝層材料不僅要求具有足夠的強度、較強的高溫穩定性、低溫抗裂性和耐磨性能，還得具有優良的抗疲勞、抗剪能力和防水性能。對于北京城市橋梁維修養護而言，還得從施工方面考慮，選擇的鋪裝層材料要便于施工，可操作性強。因此，選用高黏高彈瀝青作為橋面鋪裝層中的防水粘結層進行高溫性能、抗疲勞性能和防水性能研究。

2.2.1高溫性能

傳統研究認為，瀝青混合料的剪切破壞主要是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在荷載作用下產生永久變形和剪切推移，致使路面出現車轍和擁包等現象。對于橋面鋪裝用防水粘結層材料，考慮到其特殊的要求及其作用，特別是在結構中位于接縫或裂縫的部位，受到較大的剪應力作用，因此將防水粘結層的抗剪性能作為其高溫穩定性的評價指標。

試驗采用C45水泥混凝土試塊，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm；控制防水粘結層厚度分別為1.0 mm；控制瀝青混凝土厚度為50 mm；測試其在不同溫度下的剪切強度，試驗結果見表2。

表2　剪切強度對比　MPa

實驗結果表明，溫度對防水粘結層的剪切強度有很大的影響。隨著溫度的升高，防水黏結層抗剪切能力迅速下降；SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青在低溫和高溫下均表現出良好的抗剪性能，但高黏高彈瀝青在高溫時的抗剪性能明顯優于SBS改性瀝青。

2.2.2抗疲勞性能

一般認為在橋面鋪裝層中，水泥混凝土橋面板與瀝青混凝土面層的粘結強度對橋面鋪裝層的整體抗疲勞性能有很大的影響，因此將防水粘結層的粘結強度作為其抗疲勞性能的評價指標。采用拉拔試驗來檢測不同溫度下的粘結強度，試驗結果見表3。

表3　粘結強度對比　MPa

實驗結果表明，高黏高彈瀝青防水粘結層的拉撥強度明顯高于SBS改性瀝青。

2.2.3防水性能

理論上來說無論哪種防水材料應用于橋面鋪裝層中都能滿足防水要求，由于實際橋面鋪裝施工過程中防水粘結層之上還得進行瀝青混凝土面層的攤鋪和碾壓，在此工序實施過程中有可能會造成防水粘結層的損壞。高黏高彈瀝青防水粘結層因其成型后的特性更適合用于城市橋梁維修工藝之中。為進一步檢測其材料的防水特性，在剪切試驗時成型的水泥混凝土試件上進行滲水試驗。試驗結果發現高黏高彈防水粘結層和SBS改性瀝青防水粘結層均沒有滲水跡象。

3　工程應用

為了檢驗高黏高彈瀝青作為橋面防水粘結層的實際使用性能，于2015年6月在北京市二環路的一座跨線橋上進行了實體工程（快車橋）施工，見圖1。快車橋東西向跨越二環路和護城河，兩端連接東、西主干線和東南、東北、西南、西北四條機動車匝道線，橋面的橫坡和縱坡都比較大，施工面積約為6 000 m2。由于橋面鋪裝層施工要求在凌晨0點～5點完成，基本沒有養生時間，因此不適宜采用環氧瀝青作鋪裝層；同時由于其交通量大、坡度大，傳統的SBS改性瀝青也難以保證施工質量，因此，本工程采用了1 cm高粘高彈瀝青防水粘結層+ 4 cm高黏改性瀝青SMA混合料作為橋面鋪裝層材料。

圖1　實體工程示意圖

防水粘結層鋪設前要求基層混凝土鋪裝表面不得有浮漿，表面干燥。高粘高彈瀝青防水粘結層的施工采用同步碎石封層車，瀝青的加熱溫度控制在180℃～185℃范圍內，碎石覆蓋率要求達到70%以上，以確保橋面鋪裝SMA面層施工時不會破壞防水粘結層。

高黏高彈防水粘結層施工完成后，立即攤鋪SMA橋面鋪裝面層，要求瀝青混合料的60℃動穩定度大于5 000次/mm，現場取樣試驗結果為8 956次/mm。施工完成后，瀝青混合料溫度低于50℃即開放交通。目前該工程已經經過一個夏天的運營考驗，使用效果良好，未出現任何形式的損壞，其耐久性仍在進一步跟蹤觀測中。

4　結　語

本文通過室內實驗和實體工程，對比研究了SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青防水粘結層作為橋面鋪裝層中防水粘結層材料的性能，研究結果表明：

（1）結合北京市城市橋梁橋面鋪裝層使用情況調查，指出了介于水泥凝土橋面板與瀝青混凝土鋪裝面層之間的防水粘結層的重要性。

（2）對常用的各種防水粘結層材料與性能特征進行評價，并重點對比分析了SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青作為防水粘結層材料的性能。溫度對兩種材料的抗剪強度和抗拉強度都有較大影響，在高溫條件下，高粘高彈瀝青的抗剪和抗拉性能明顯優于SBS改性瀝青。

（3）高黏高彈瀝青防水粘結層具有很強的抗剪切能力、抗拉拔能力和防水等使用性能，完全可以勝任橋面鋪裝層結構要求。

（4）室內實驗研究和實體工程檢驗均表明，高粘高彈瀝青可以作為一種新材料應用在橋面鋪裝層中。

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U443.33

A

1009-7716（2016）07-0321-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.095

2016-04-07

蔡碩果（1977-），男，湖南湘陰人，高級工程師，從事道路橋梁工程設計以及交通規劃咨詢工作。