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 余承喜

 （同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  上海  201804）

摘要  針對(duì)空心板梁橋的鉸縫極易破壞的特征，文中提出壓縮瀝青混凝土鋪裝層，增加水泥混凝土調(diào)平層厚度，并優(yōu)化防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。室內(nèi)試驗(yàn)表明，薄層瀝青混凝土具有良好的路用性能，應(yīng)力吸收層作為防水粘結(jié)層的抗剪切強(qiáng)度高達(dá)2. 68 MPa。最終推薦采用雙層鋼筋網(wǎng)的水泥混凝土調(diào)平層十復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層十單層復(fù)合改性瀝青混凝土的薄層板梁橋面鋪裝組合形式進(jìn)行橋面鋪裝的維修，取得良好效果。

關(guān)鍵詞  橋面鋪裝  瀝青混凝土  防水粘結(jié)層

 目前大量的中小型橋梁采用空心板梁結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于此類橋梁鉸縫的作用尤為關(guān)鍵口]。而目前常用的鋪裝結(jié)構(gòu)形式為水泥混凝土調(diào)平層十瀝青混凝土鋪裝，由于水泥混凝土調(diào)平層較薄，剛度不足，橋梁鉸縫極易出現(xiàn)破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)橋面鋪裝失穩(wěn)破壞，對(duì)于交通量大、重載比例較高的路段破壞尤其嚴(yán)重。若采用同樣的鋪裝形式進(jìn)行維修，則并不能夠從根本上解決問題。其次，橋面鋪裝對(duì)瀝青混凝土及防水粘結(jié)層的要求較高。因此，從鋪裝層結(jié)構(gòu)形式、瀝青混凝土及防水粘結(jié)層性能方面人手，提高整個(gè)橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)性能具有重大的工程實(shí)踐意義。

 本文結(jié)合理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)體工程，對(duì)板梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)、高粘彈改性瀝青混凝土、高粘彈改性瀝青應(yīng)力吸收層進(jìn)行研究，提出合理的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式，并應(yīng)用于工程實(shí)例，為以后的工程設(shè)計(jì)及施工提供參考。

1  板梁橋面薄層混凝土鋪裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

 對(duì)于空心板梁橋梁結(jié)構(gòu)而言，鉸縫是實(shí)現(xiàn)板梁之間橫向聯(lián)結(jié)的憑借，交通荷載作用下橋面產(chǎn)生較多的縱向裂縫，結(jié)合日常養(yǎng)護(hù)維修，發(fā)現(xiàn)此類裂縫主要因鉸縫受到破壞產(chǎn)生裂縫并反射至瀝青鋪裝層頂。已有研究分析表明，此類橋梁的橫向分布、整體受力性能將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，甚至形成不利的單板受力狀態(tài)，致使板的撓度過大、板底開裂及橋面鋪裝破壞，而雨水下滲進(jìn)而造成板梁內(nèi)鋼筋銹蝕、混凝土侵蝕、強(qiáng)度降低等危害，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及行車安全構(gòu)成嚴(yán)重的隱患。針對(duì)上述分析提出壓縮瀝青混凝土鋪裝，加厚鋼筋水泥混凝土調(diào)平層的設(shè)計(jì)方案，主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

 (1)增加水泥混凝土調(diào)平層厚度，加配雙層鋼筋網(wǎng)片，增加水泥混凝土調(diào)平層的剛度，降低鋪裝層由于反射裂縫而發(fā)生破壞的可能性。

 (2)壓縮瀝青混凝土鋪裝，能夠降低橋梁自重，增加承載通行能力；同時(shí)采用高粘彈改性瀝青進(jìn)行薄層瀝青混凝土設(shè)計(jì)，可以提高混合料的高溫、低溫等路用性能。

 (3)優(yōu)化防水粘結(jié)體系設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)防水粘結(jié)體系向結(jié)構(gòu)層的轉(zhuǎn)變。由于混凝土鋪裝較薄，在重交通行車環(huán)境下，易產(chǎn)生擁包推移、坑洞等現(xiàn)象。且較薄的防水粘結(jié)層極易出現(xiàn)應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致橋面防水體系破壞，進(jìn)而引發(fā)整個(gè)鋪裝體系失穩(wěn)。因此需提高防水粘結(jié)層的厚度，同時(shí)保證良好的抗推移效果，實(shí)現(xiàn)橋面抗推移防水粘結(jié)層的耐久性設(shè)計(jì)。

2薄層瀝青混凝土性能研究

 采用SBS與橡膠粉制備的復(fù)合改性瀝青超薄磨耗層用瀝青混合料AR-UTWL(asphalt rub-ber ultra-thin wearing layer)進(jìn)行板梁橋面薄層鋪裝設(shè)計(jì)及性能研究。

2.1  薄層瀝青混凝土設(shè)計(jì)

選用改性瀝青膠結(jié)料，集料選用玄武巖，礦粉由石灰?guī)r磨制而成。AR-UTWI。工程粒徑為9.5mm，合成級(jí)配見表1。

經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)確定最佳油石比為8. 5%，采用AR-UTWL混合料成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測(cè)試其體積及力學(xué)指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果見表2。

2.2性能研究

 采用標(biāo)準(zhǔn)肯塔堡飛散試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)測(cè)試AR-UTWL混合料的粘結(jié)性能、水穩(wěn)定性能及高溫性能。

 (1)粘結(jié)性能。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 - 2011)中標(biāo)準(zhǔn)肯

塔堡飛散試驗(yàn)方法，瀝青AR-UTWL混合料成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，在20℃的水中浸泡20 h后進(jìn)行飛散試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

 由表3可見，復(fù)合改性瀝青超薄混合料的飛散值僅為2. 9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不超過10%的技術(shù)要求。這說明混合料集料具有良好的粘結(jié)性能。這主要是因?yàn)閺?fù)合改性瀝青是一種SBS與橡膠粉復(fù)合改性膠結(jié)料，對(duì)集料具有很強(qiáng)的粘附作用；而混合料級(jí)配根據(jù)SMA-10進(jìn)行設(shè)計(jì)，集料之間具有良好的嵌鎖作用。

(2)水穩(wěn)定性。橋面鋪裝對(duì)瀝青混合料的抗水毀性能要求較高，防止混凝土鋪裝層出現(xiàn)水毀破壞，進(jìn)而破壞橋面鋪裝的整體性；同時(shí)要求混合料具有良好的密實(shí)性。為了解超薄磨耗層在飽水狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)，本文采用凍融劈裂試驗(yàn)方法來進(jìn)行分析研究，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表4。

 由表4可見，復(fù)合改性瀝青超薄混合料的凍融前、后都具有較高的劈裂強(qiáng)度，且凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為90. 9%，滿足規(guī)范要求。與改性瀝青和普通瀝青相比，復(fù)合改性瀝青與礦料間有強(qiáng)烈的粘附作用，可以大大提高路面的抗水損害能力。

(3)高溫性能。薄層瀝青混凝土鋪裝要求具有良好的高溫性能，否則高溫條件下極易出現(xiàn)推移、擁包等病害。本研究采用車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混凝土的高溫抗車轍能力，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

 由表5可見，復(fù)合改性瀝青超薄層混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度高達(dá)9 000次／mm，車轍深度僅為1. 084 mm。這說明混合料具有良好的高溫性能。綜上所示，復(fù)合改性薄層瀝青混凝土具有良好的粘結(jié)性能、水穩(wěn)定性能及高溫性能，能夠滿足橋面鋪裝的路用性能要求。

3  防水粘結(jié)層的選擇

3.1  橋面鋪裝防水粘結(jié)層性能要求

 薄層瀝青混凝土鋪裝由于厚度較薄，層間存在較大的剪切應(yīng)力，因此防水層是保證整個(gè)橋面鋪裝具有良好性能的關(guān)鍵所在。主要要求如下：①在服務(wù)期內(nèi)保持不透水性；②提高防水層與下面混凝土橋面板的粘結(jié)性；③具有良好的抗推移性。由于車輛運(yùn)行的切向力會(huì)導(dǎo)致面板產(chǎn)生剪切破壞。有關(guān)研究表明，在行車荷載作用下，瀝青鋪裝層下5 cm處產(chǎn)生較大的水平剪切應(yīng)力，因此對(duì)于薄層瀝青混凝土橋面鋪裝的抗推移性能尤為關(guān)鍵；④具有良好的耐久性和溫度適應(yīng)性；⑤關(guān)注防水粘結(jié)層的質(zhì)量以及施工過程中產(chǎn)生的損壞。

 因此，推薦采用復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層作為薄層橋面鋪裝的防水粘結(jié)層。

3.2  防水粘結(jié)層抗剪切性能研究

本文采用斜剪試驗(yàn)評(píng)價(jià)防水粘結(jié)層的抗剪切性能，其中剪切角為40。。將成型的剪切試件置于試驗(yàn)要求的恒溫空氣箱中保溫4h以上，將試件取出，在壓力機(jī)上立即進(jìn)行剪切試驗(yàn)，測(cè)定防水粘結(jié)層的抗剪切強(qiáng)度，斜剪試件見圖1。

 復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層作為橋面鋪裝的防水粘結(jié)層，初定碎石采用9. 5～13.2 mm石灰?guī)r，碎石撒布之前需加熱至180℃，瀝青灑布量為2. 5～2.6 kg／m2，碎石撒布量為14～16 kg/m2。斜剪試驗(yàn)結(jié)果表明其抗剪切強(qiáng)度為2. 68 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4  實(shí)體工程應(yīng)用

結(jié)合某小型板梁橋面大中修工程，將上述研究成果應(yīng)用于實(shí)體工程中。該橋梁原橋面鋪裝為8 cm水泥混凝土調(diào)平層+SBS改性瀝青防水卷材+8 cm瀝青混凝土面層。由于所處路段重載比例高、交通量大，大部分鉸縫出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫、坑槽等病害。因此，根據(jù)上述研究，最終推薦采用雙層鋼筋網(wǎng)的水泥混凝土調(diào)平層十復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層十復(fù)合改性瀝青混凝土的薄層板梁橋面鋪裝組合形式進(jìn)行橋面鋪裝的維修。施工結(jié)束后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表7。

 由表7可見，采用該鋪裝形式的橋面鋪裝具有良好的路用性能，壓實(shí)度、構(gòu)造深度、抗滑擺值與滲水系數(shù)都能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語

 由于空心板梁橋的鉸縫極易出現(xiàn)裂縫，并反射到瀝青鋪裝層，因此本課題提出壓縮瀝青混凝土鋪裝層，增加水泥混凝土調(diào)平層厚度，并優(yōu)化防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。結(jié)合理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)體工程，對(duì)基于抗推移的橋面薄層瀝青混凝土鋪裝進(jìn)行應(yīng)用研究。室內(nèi)試驗(yàn)表明，由于復(fù)合改性瀝青對(duì)集料具有很強(qiáng)的粘附作用，且混合料級(jí)配根據(jù)SMA-10進(jìn)行設(shè)計(jì)，集料之間具有良好的嵌鎖作用，因此瀝青混凝土具有良好粘結(jié)性能、水穩(wěn)定性及高溫性能；復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層作為防水粘結(jié)層的抗剪切強(qiáng)度高達(dá)2. 68 MPa。最終推薦采用雙層鋼筋網(wǎng)的水泥混凝土調(diào)平層十復(fù)合改性瀝青應(yīng)力吸收層十單層復(fù)合改性瀝青混凝土的薄層板梁橋面鋪裝組合形式進(jìn)行橋面鋪裝的維修，取得良好效果。