澆注式瀝青混凝土在混凝土橋面鋪裝改造中的應用

張欣禹

（沈陽市市政工程設計研究院，遼寧沈陽110015）

1 橋梁概況

北海高架橋建于1991年，是沈陽市一環路（東段）上的重要橋梁，交通流量大，車輛過往頻繁。橋梁全長1077.6 m，共54孔，分為四聯，設五道伸縮縫；橋梁全寬11.5 m，雙向3車道，無人行道。設計荷載等級為汽車-20級，驗算荷載為掛車-100。

上部結構為鋼筋混凝土（30號）單箱雙室現澆連續梁。梁高1.1 m，底板寬6.5 m，兩翼緣懸臂各2.5 m，頂板全寬11.5 m。

橋面鋪裝層為4-6 cm厚的C30防水混凝土（內設φ8＠10x10 cm鋼筋網），上鋪4 cm中粒式瀝青混凝土。橋面最小縱坡坡度0.3%；通過橋面鋪裝形成雙向橫坡，坡度0.38%。

2 橋面病害

橋面鋪裝大面積破損，坑槽、波浪、車轍及翻漿現象普遍，破損嚴重的位置，下層的水泥混凝土鋪裝已經碎裂，鋼筋網外露(見圖1)。

清理破損的鋪裝層后，發現箱梁頂板混凝土也已大面積腐蝕、脫落，橫向鋼筋外露、銹蝕（見圖 2）。

該橋的橋面病害已極為嚴重，不僅橋面鋪裝層破損，橋梁結構也嚴重受損，需要采取措施予以修補加固。

3 病害原因分析

3.1 鋪裝層厚度較薄、混凝土標號較低

該橋建于1991年，橋面鋪裝層結構如前文所述。該橋的鋪裝層厚度較薄、鋪裝層混凝土標號較低，在頻繁的車輛荷載作用下，易松散開裂。

3.2 除冰鹽對混凝土和鋼筋的腐蝕

沈陽市冬季降雪量較大，為保證雪后快速恢復道路交通暢通，普遍使用除冰鹽，加速了鋼筋和混凝土的腐蝕。有資料顯示，使用10～20 a的橋梁，除冰鹽對橋梁結構的混凝土和鋼筋產生嚴重的腐蝕，使用不到10 a的橋梁，在氯離子影響范圍，鋼筋也處于銹蝕狀態。

3.3 鋪裝層防水、防腐性弱

該橋縱、橫坡坡度較小，排水較慢，在冬季氣溫較低時，水冰凍融循環，易在兩層鋪裝層之間及鋪裝層與橋面板之間形成夾層，在車輛荷載作用下，臨界面會產生較大拉應力并率先破壞，形成網裂、坑槽。

3.4 負彎矩區混凝土易破損

中支點負彎矩區及懸臂翼緣根部負彎矩區的拉應力較大，在車輛荷載反復作用下，混凝土易開裂破損；同時，負彎矩區的箱梁頂板與鋪裝層間存在較大剪應力，導致臨界面分離。

3.5 鋪裝層臨界面處理不充分

鋪裝層施工時，臨界面處理不充分，如沒有鑿毛、不干凈（有油污、塵土等）、沒有使用界面劑等，在使用階段，臨界面分離，導致橋面鋪裝破損。

4 處理方案比選

在分析病害情況及其成因的基礎上，重點研究了增加橋面鋪裝層厚度的可能性和實際交通壓力對施工工期的要求。

4.1 備選方案

在清理破損鋪裝層并對箱梁頂面混凝土和鋼筋作相應處理后，重做鋪裝層，縱、橫坡坡度基本不變，仍通過鋪裝層厚度變化形成橫坡，重點考慮以下兩個方案。

4.1.1 方案一

7 cm瀝青混凝土

防水層（卷材或滲透結晶材料）

8～10 cm水泥混凝土（內設鋼筋網）

4.1.2 方案二

5～7 cm瀝青混凝土

粘層（乳化瀝青）

4 cm澆注式瀝青混凝土

二階反應型防水粘結層

滲透反應型固結防水劑

4.2 方案比選

4.2.1 考慮鋪裝層厚度影響

原鋪裝層總平均厚度9 cm，方案一總平均厚度16 cm，方案二總平均厚度10 cm。考慮恒載增加因素，對結構進行驗算，如采用方案一，厚度共增加7 cm，部分中支點負彎矩區荷載效應超過結構承載能力，不滿足要求，且部分跨中正彎矩區荷載效應接近結構承載能力，無安全儲備。如采用方案二，厚度僅增加1 cm，無論是負彎矩區還是正彎矩區，結構受力均能滿足要求，且仍有一定安全儲備。

4.2.2 考慮工期要求

兩個方案的基層處理、防水粘結層及上面層瀝青混凝土的施工時間基本一致，區別在于下層的水泥混凝土與澆注式瀝青混凝土的施工時間。如采用方案一，鋪設鋼筋網、澆注8～10 cm水泥混凝土及養生，約需10 d左右。如采用方案二，施工4 cm澆注式瀝青混凝土僅需2～3 d，且不需要單獨的養生時間，比方案一工期縮短一周左右。

綜合比選兩個方案，方案二基本不增加恒載，結構受力安全可靠。同時，該橋作為沈陽市一環路上的重要橋梁，交通流量大，縮短一周工期，社會效益明顯。因此，最終確定采用澆注式瀝青混凝土方案。

5 澆注式瀝青混凝土方案

5.1 處理箱梁頂板混凝土

清除破損鋪裝層，對橋面板進行噴砂處理，清除已經松散的混凝土保護層。

5.2 噴涂滲透反應型固結防水劑

滲透反應型固結防水劑由反應性固結防水劑、固化劑及改型劑組分等組成的低粘度、雙組分混凝土滲透增強防水保護劑，具有強烈的憎水性和獨特的單向透氣防水性，使外部水份無法滲入基層，同時又能使基層內的潮氣排出。

在箱梁頂板噴涂滲透反應型固結防水劑，用量為0.3～0.4 kg/m2。防水劑可滲透至混凝土內部2～5 mm，在細微的孔隙形成均勻的薄膜，起到封閉微裂縫和孔隙、增強混凝土表面強度的作用，防止混凝土受氯離子（除冰鹽）、凍融等腐蝕，其技術指標見表1所列。

5.3 滾涂二階反應型防水粘結層

二階反應型防水粘結層主要成分為天然瀝青與石油瀝青混合物中加入石油基活性反應物質，通過自身以及與空氣中的O2和CO2等相互反應形成獨特的二階反應過程，使其具有優異的防水與粘結性能。一階反應后生成了一定強度的彈性膠質材料，防止橋面鋪裝施工機械設備破壞防水粘結層；二階反應固化后的涂膜形成高彈塑性的防水粘結層。

表1 滲透反應型固結防水劑的技術指標匯總表

滾涂二階反應型防水粘結層，用量為0.3～0.6kg/m2。固化后與水泥混凝土橋面板，與瀝青混凝土之間的粘結力和剪切力均可達1.0 MPa以上，完全可以抵抗一般情況下車輛荷載產生的剪應力（一般最大剪應力為0.4 MPa左右），同時，亦能滿足長下坡、彎道地區的粘結力要求（一般最大剪應力為1.0 MPa），其技術指標見表2所列。

表2 二階反應型防水粘結層的技術指標匯總表

5.4 攤鋪澆注式瀝青混凝土

5.4.1 材料特性

澆注式瀝青混凝土屬于密級配瀝青混凝土。在施工溫度條件下，瀝青混合料呈流淌狀態，不需要用壓路機，只需攤鋪整平即可完成施工，并能達到規定的密實度和平整度。混合料本身具有細集料含量高、礦粉含量高、瀝青含量高等“三高”特點,較多的瀝青及細集料含量使粗骨料處于懸浮狀態,空隙率很小。因為澆注式瀝青混凝土在結構上的這些特點，決定了其具有以下優點：

（1）空隙率小于1%，無需壓實便能達到其最終強度，不會出現因壓實不足而表現出的缺陷病害；

（2）不透水，也不吸水，對氯離子（除冰鹽）和凍融變換不敏感，不會出現水損害問題；

（3）是一種粘彈性材料，能適應結構構件在應力消減情況下的緩沖運動而不會發生損壞及對沖擊和顛簸不敏感；

（4）整體性非常好，變形能力強，能適應橋面板的變形；

（5）在氣候因素影響下幾乎不會老化，耐久性好，使用壽命長（20 a以上）；

（6）瀝青含量較高，具有較好的抗低溫開裂能力；

（7）維修成本低，澆注式瀝青混凝土下面層通常不會破壞，在多年使用條件下一般都是上面層出現破損，維修時僅需將上面層銑刨并重鋪即可，維修成本低、工期短、對交通影響小。

5.4.2 施工工藝

在高溫下經特殊攪拌工藝拌制后，混合料呈現流動狀態，使用高溫瀝青混凝土鋪筑設備攤鋪，厚度4 cm。經整平后，在其表面撒布粒徑5～10 mm的碎石，撒布量為5～8 kg/m2，人工滾壓碎石，使其嵌入混合料表面。

5.4.3 改性瀝青技術指標

澆注式瀝青混合料所用的結合料為改性瀝青，其技術指標見表3所列。

表3 澆注式瀝青混合料用改性瀝青的技術指標匯總表

5.4.4 澆注式瀝青混合料級配

澆注式瀝青混合料設計級配見表4所列。

表4 澆注式瀝青混合料設計級配表

5.4.5 澆注式瀝青混凝土技術指標

澆注式瀝青混合混凝土技術指標見表5所列。

表5 澆注式瀝青混凝土技術指標匯總表

5.4.6 澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較

澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較見表6所列。

從表6的比較來看，澆注式瀝青混合料具有耐疲勞、耐低溫、耐久性、抗水害、抗老化等良好的綜合性能。

5.5 粘層油及上面層瀝青混凝土

略。

6 結語

該橋于2009年10月完成橋面鋪裝改造施工，并投入運營。2009年冬季，沈陽市降雪頻繁，該橋為沈陽市一環路上的重要橋梁，交通流量大，為了保證快速恢復交通，每次雪后均拋灑除雪劑，且用量較大。2010年年初，氣溫溫差較大，凍融循環頻繁，同時，2010年春季，沈陽市降雨量也較大。該橋改造完成后，在以上各種不利條件下，已經運營半年多時間，橋面鋪裝未出現明顯裂縫及其它病害，使用情況良好。

表6 澆注式瀝青混合料與其它混合料的比較匯總表

通過該橋的實踐，為采用澆注式瀝青混凝土技術處理和改造北方寒冷地區混凝土橋面鋪裝病害積累了一定經驗，特此成文以供同行參考指正。

[1]JTG D50-2006.公路瀝青路面設計規范[S]

[2]黃衛.大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法.[M].北京：中國建筑工業出版社，2006。

[3]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能.[M].北京:人民交通出版社，2001.