鋼橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)性能研究

閆軍亭

(石家莊市公路橋梁建設集團 石家莊市 050000)

隨著橋梁建設的不斷發(fā)展，其跨徑不斷增加。當前大跨徑橋梁常采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，但因各種因素的影響，早期鋼橋面鋪裝損害現(xiàn)象較為普遍，降低了其使用年限，并具有較大的維修工作量[1]。因此研究鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)性能具有較為重大的意義。

1 工程概況

該橋梁橋面鋪裝由35mm厚度的SMA-10改性瀝青混合料構(gòu)成上層結(jié)構(gòu)；由300～500g/m2用量的灑布改性瀝青構(gòu)成粘層結(jié)構(gòu)；由35mm厚度的澆注式瀝青混凝土以及5～10mm厚度的預拌碎石構(gòu)成下層結(jié)構(gòu)。該鋪裝層的防水粘結(jié)層采用的材料包括有反應性粘結(jié)劑，丙烯酸樹脂高分子防水涂料以及防腐底涂料，橋梁鋼板具有2.5級的清潔度，以噴砂的方式進行除銹。

2 鋪裝材料溫度穩(wěn)定性研究

2.1 混合料性能研究

該橋梁所采用的SMA10混合料的鋪裝材料的級配曲線如圖1所示。通過馬歇爾試驗，確定SMA10高彈改性瀝青混合料的最佳油石比為6.4%。

圖1 SMA10級配曲線示意圖

基于對鋪裝材料的性能要求，開展了高彈SMA10鋪裝材料的性能研究。所得結(jié)果如表1所示。

(1)高溫穩(wěn)定性

表1 高彈SMA10瀝青的高溫穩(wěn)定性

從表1可知，該鋼橋面鋪裝所采用的SMA改性瀝青材料具有較好的高溫穩(wěn)定性。

(2)抗壓強度試驗研究

圖2 不同溫度條件下高彈SMA抗壓強度

由圖2可知，高彈SMA10具有較高的溫敏性，相比于低溫環(huán)境，高溫環(huán)境下的高彈SMA瀝青材料具有較低的抗壓強度，為降低鋪裝層在高溫時所受的破壞，當溫度較高時，應限制超載車輛。

2.2 澆注式瀝青混合料性能試驗

(1)高溫穩(wěn)定性

相比于普通瀝青混合料而言，常采用貫入度對澆注式GA10瀝青的高溫穩(wěn)定性進行評價[2]。以規(guī)范所推薦的方法制備了70.7mm邊長的立方體試塊，以對溫度不同時GA10瀝青的貫入度進行研究，以分析澆注式瀝青混合料的高溫性能與溫度之間的關系。所得結(jié)果如表2所示。

表2 澆注式瀝青混合料貫入度及其增量的試驗結(jié)果

從上述試驗結(jié)果可知，澆注式瀝青材料的貫入度及其增加量隨著溫度的不斷上升而均有所上升，表明隨著溫度的增加澆注式瀝青材料的高溫性能不斷降低[3]。分析原因可知，澆注式瀝青混合料有較高的礦粉和瀝青含量，因此具有較高的溫度敏感性。從整體上來看，該橋梁所采用的澆注式瀝青混合料具有符合規(guī)范要求的貫入度及其增加量，因此其具有較好的高溫性能。

(2)低溫彎曲性能

表3 澆注式瀝青混合料彎曲變形試驗結(jié)果

從表3試驗結(jié)果可知，澆注式瀝青混合料在較低的溫度環(huán)境下具有較脆的性能，在溫度較低的情況下施加荷載時，其在變形程度較小時即產(chǎn)生破壞。當溫度較高時，澆注式瀝青混合料具有較高的變形能力，其彎拉強度隨著不斷增加的溫度而不斷提高。在常溫條件下，澆注式瀝青混合料具有較高的抗變形能力，但因瀝青具有軟化作用，使其彎拉強度有所下降。

3 層間結(jié)合整體性研究

對橋面結(jié)構(gòu)的整體性而言，防水粘結(jié)層的設置效果對其有著直接的影響[4-5]。因此對該粘結(jié)層的粘結(jié)和防水性能進行研究。對于粘結(jié)強度的測試，所采取的方法如圖3所示。

圖3 粘結(jié)強度試驗方法示意圖

3.1 防水粘結(jié)材料與鋼板間的粘結(jié)強度

在不同的溫度條件下測試甲基丙烯酸樹脂防水材料的拉拔粘結(jié)強度，試驗所得數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 防水粘結(jié)材料與鋼橋面板間的粘結(jié)強度

從試驗結(jié)果可知，防水材料的破壞面隨著不斷上升的溫度而表現(xiàn)出從鋼板與材料的界面逐漸轉(zhuǎn)變到材料內(nèi)部的規(guī)律。材料的強度可通過其內(nèi)聚破壞情況進行反映，在工作溫度范圍內(nèi)多數(shù)材料均表現(xiàn)出隨著不斷上升的溫度而呈現(xiàn)出強度不斷降低的規(guī)律，少部分材料因具有較低的溫感性，因此其強度僅具有較小的變化幅度。而多數(shù)具有較大溫感性的材料則具有較大的降低幅度。當溫度在10℃以下時，因材料具有較高的自身強度，故其破壞面一般在兩相界面的薄弱處出現(xiàn)；當溫度較高時，破壞面常出現(xiàn)在材料內(nèi)部以及其與鋼板交界處。

從實驗結(jié)果可知，隨著溫度的增加，鋼板與甲基丙烯樹脂防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強度不斷降低，但粘結(jié)性能總體而言較為良好，其粘結(jié)性能即使在50℃的溫度下仍能達到2.17MPa，相比于其他常用的防水粘結(jié)材料性能較好。分析原因可知，該橋梁所采用的防水粘結(jié)材料屬于反應性樹脂材料，當其固化之后能夠具有較高的強度，相對而言具有較低的溫度敏感性，更加符合當?shù)剌^高的絕對溫度以及較長高溫期的環(huán)境特點。

3.2 防水體系(組合結(jié)構(gòu))的結(jié)合強度

橋面鋪裝層的下層鋪裝和防水粘結(jié)層共同組成組合結(jié)構(gòu)[6]。橋面鋪裝的整體抗剪強度可通過組合結(jié)構(gòu)的強度進行反映。

(1)防水體系拉拔粘結(jié)強度

表5 防水體系拉拔粘結(jié)強度

從試塊的破壞界面可知，試塊破壞時的界面并非僅有單一的形式，防水層以及澆注式瀝青混凝土有并存的破壞存在。隨著溫度的不斷上升，防水體系的粘結(jié)強度不斷降低，并且當溫度區(qū)間不同時，其降低幅度有區(qū)別。當溫度較低時，防水體系的粘結(jié)強度僅具有較低的衰減速率。

從整體上看，相比于鋼板間的粘結(jié)強度而言，組合結(jié)構(gòu)的較低，兩者強度之差在50%以上，當溫度較低時兩者差距能夠達到2MPa，當溫度較高時兩者差距約為1MPa。鋪裝層的下層與粘結(jié)劑間常出現(xiàn)破壞面，少部分破壞面出現(xiàn)在粘結(jié)劑內(nèi)部。可知，粘結(jié)劑的強度以及鋼板清潔度均會對組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度產(chǎn)生影響。

(2)防水體系剪切粘結(jié)強度

采用壓剪強度測試儀對該結(jié)構(gòu)的壓剪強度進行檢測，以對防水體系的界面粘結(jié)效果進行評價。所得結(jié)果如表6所示。

從試塊的破壞程度可知，防水粘結(jié)體系隨著溫度的變化而表現(xiàn)出不同的破壞狀態(tài)。當溫度較低時，破壞面常出現(xiàn)在鋪裝層與防水層之間，當溫度較高時，破壞面常出現(xiàn)在瀝青混合料內(nèi)聚層。

表6 防水體系組合結(jié)構(gòu)剪切強度

因溫度區(qū)間不同，防水粘結(jié)體系具有不一樣的破壞情況。當所得的測試結(jié)果主要破壞形式為瀝青鋪裝層和防水粘結(jié)層的破壞時，才能將真實的剪切強度反應出來。當溫度較高時，瀝青混合料的強度具有較快的衰減幅度。相比于瀝青層與粘結(jié)層的抗剪強度，當混凝土自身強度較低時，將會有剪切破壞出現(xiàn)在瀝青混合料內(nèi)部，該種情況下一般會得到較小的測試結(jié)果，無法將防水粘結(jié)體系真實的剪切性能體現(xiàn)出來。

4 結(jié)語

通過上述分析，主要得出以下結(jié)論：隨著溫度的增加，鋼板與甲基丙烯酸樹脂防水材料的粘結(jié)強度不斷降低，但其粘結(jié)性能總體而言仍較好。而相比之下，組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度較小。一般在鋪裝層下層與粘結(jié)劑間將有破壞面出現(xiàn)，可知對于組合結(jié)構(gòu)而言，其粘結(jié)強度與粘結(jié)劑的強度以及施工界面清潔度有關。