澆筑式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用研究

陽仁力 胡麗琴 黃文紅

鋼橋面由于其施工環境及結構、材料上的特殊性,其面層鋪裝一直是橋面鋪裝中的熱門和難點問題。由于鋼橋面的剛性小,在車輛荷載、溫度、風荷載的作用下,其橋面系內部受力復雜,而且由于其結構與公路路面或者機場路面存在很大差異,傳統的橋面鋪裝層往往在使用后不久就會出現很多病害。典型的病害主要有橋面鋪裝層與橋面板、層間粘結力不足或橋面系溫度過高而導致橋面出現裂縫、波浪、壅包、推移、車轍等病害。用澆筑式瀝青混凝土作為鋼橋面鋪裝層鋪裝材料,能夠很好的解決這些問題。澆筑式瀝青混凝土是一種在高溫(220℃～260℃)下拌和,依靠混合料自身流動性攤鋪成型、無須碾壓的一種瀝青混合料。澆筑式瀝青混合料的瀝青含量高、細集料含量高、礦粉含量高(高達25%)、孔隙率小(＜1%),并且空隙間互不連通,由于這些特點,這種混合料隨鋼板變形追從性好、密水性好、與鋼板粘結好、抗老化性能好,能夠很好的解決一般鋼橋面鋪裝中存在的典型問題。

1 鋪裝體系設計

鋪裝體系結構圖見圖1。

為防止橋面水侵蝕鋼板,必須要做好鋼板的防水防銹處理,Eliminator橋面板防水體系是一種很好的橋面防水體系,該體系具有良好的密水性、柔韌性、防腐蝕性和耐久性,能夠跟鋼板很好的粘結在一起,使鋼板與水或者空氣隔絕。而且這種材料與瀝青混凝土的粘結力也比較好,能有效增強鋼板與鋪裝下層的粘結力。鋪裝下層,采用澆筑式瀝青混凝土GA10,厚度一般為35 mm～40 mm,這種混合料能夠與鋼板很好的粘結,而且密水性好,能夠有效防止鋪裝面層的水滲漏到鋼板,具有很好的變形追從性,防止在溫度荷載或風荷載下因鋼板變形或振動而開裂。鋪裝上層采用改性瀝青SMA 10,這種材料的高溫穩定好、抗老化、強度高,能夠有效避免產生車轍,而且SMA改性瀝青路面平整度好、抗滑性能好。鋪裝下層與鋪裝上層之間噴撒細碎石和改性乳化瀝青作為層間粘結層。根據力學計算,在車輛荷載作用下,鋼橋面系最大橫向剪應力出現在橋面鋪裝層表面下50 mm～70 mm處,為防止橫向剪應力作用于層間結合處而產生層間推移波浪,鋪裝上層厚度一般為35 mm～40 mm,使車輛荷載絕大部分橫向剪應力作用于鋪裝下層內部。經試驗分析,采用這種結構,鋼橋面系在70℃高溫下,鋪裝下層與鋼板之間的層間結合處的抗剪強度在2.2 MPa以上,鋪裝上層與鋪裝下層之間層間結合處的抗剪強度在2.5 MPa以上,完全可以抵抗在最不利季節車輛荷載的最大剪應力(一般為1.5 MPa～1.7 MPa)。

2 施工工藝

2.1 混合料拌和

混合料材料選擇,澆筑式瀝青混凝土是懸浮密實結構,為增強其高溫穩定性,盡量采用復合改性瀝青(如SBS改性瀝青)作為結合料以增大混合料的稠度。由于鋼橋面鋪裝層,鋪裝厚度較小,因而對骨料的要求比較高,要求嚴格控制粒徑及顆粒級配,一般選用5 mm～10 mm粒徑的集料,要求骨料顆粒均勻,最大粒徑不得超過平均粒徑的兩倍,顆粒以立方體為主而且要棱角明顯,要求集料的強度等級比較高,并且骨料無風化面,并且酸性材料不能作為澆筑式瀝青混凝土骨料。澆筑混合料的出料溫度一般要達到220℃以上,需要專門設備對其進行攪拌,攪拌前先將集料進行烘干加熱(需要加熱到300℃),然后進行濕拌,要保證混合料的均勻性,并且拌合時間不宜過長以減小瀝青老化。

2.2 混合料運輸

澆筑式瀝青混合料施工溫度達180℃,必須要保證混合料送達現場時滿足施工的溫度要求。澆筑式瀝青混合料高溫狀態下流動性好,在運輸過程中如果采用普通的瀝青混凝土運輸車進行運輸,混合料就會在運輸過程中產生離析。為了應對以上要求,應當采用專用設備進行運輸,應用較多的是德國進口設備COOKER運輸車,這種專用運輸設備封閉性好,在運輸途中能夠對混合料進行加熱,能夠保證混合料到達現場的溫度,而且這種設備能夠在運輸過程中對混合料進行攪拌,能夠有效防止混合料離析。

2.3 行車道鋪裝

2.3.1 鋼面板處理和防水粘結層施工

為保證鋪裝下層與鋼板良好粘結,在鋪裝前對鋼橋面進行除銹清潔,要求鋼板表面干燥,并且打毛(粗糙度 50μm～100μm)以增大層間粘結力,不得有任何雜質、油污。在其清潔程度達到Sa2.5以上后,在鋼板表面噴Eliminator防水粘結層。防水系盡量連續一次性施工,以保證防水系的整體性。

2.3.2 澆筑式瀝青混凝土攤鋪

澆筑式瀝青混凝土攤鋪,在攤鋪過程中必須保證混合料的攤鋪溫度在180℃以上。為保證鋪裝下層的均勻性與平整性,攤鋪機在攤鋪過程中應盡量不停機,不超時,勻速攤鋪。運料車在卸料時要在攤鋪機前一定距離進行卸料,不得與攤鋪機發生碰撞。運料車的卸料高度不得高于1 m,以減少卸載混合料時產生的離析。為保證攤鋪質量,需要合理調整攤鋪速度與運料車的供料速度及混合料的拌合效率,使攤鋪能力與運輸能力及拌合能力能夠很好地配合,保證連續穩定施工。如果攤鋪機不得已要停機,在停機后需要盡快對已攤鋪部分進行切邊處理,然后做側限處理,在下一次攤鋪前需對攤鋪機的熨平板進行預熱,一般要預熱到160℃～200℃。

2.3.3 層間粘結層施工

鋪裝下層與鋪裝上層之間結合層處選擇的骨料為粒徑5 mm～10 mm的碎石集料,其質量要求同澆筑式混凝土所用集料,結合料采用改性乳化瀝青。在鋪裝下層攤鋪一定距離后,在澆筑式瀝青混合料凝固之前,進行層間碎石撒布,碎石撒布車在撒布過程中要連續勻速進行,保證碎石撒布均勻性。然后通過人工輥子碾壓的方式,使撒布碎石的1/3～1/2粒徑部分壓入鋪裝下層中。鋪裝下層攤鋪完成后,攤鋪鋪裝上層前,在鋪裝下層上噴灑改性乳化瀝青,然后再進行SMA面層鋪裝。

2.3.4 橫縫、縱縫和邊緣處理

在施工過程中應該合理確定攤鋪幅度,在保證攤鋪質量的前提下,盡量減少縱縫,根據工程實踐經驗,一般攤鋪寬度為3 m左右,盡量設置成一個車道寬度。在確定攤鋪幅度時要充分考慮其受力,在橋面靜荷載和車輛荷載作用下,通過橋面系受力分析,在縱向腹板或加勁肋板處橋面鋪裝層頂面所受的橫向拉應力最大,為最不利橫向受力位置,因而應避免縱縫位置與縱向腹板或者縱向加勁肋板位置重合,并保證兩者之間的距離在20 cm以上。同理橋面鋪裝層在橫隔板處所受的縱向拉應力最大,為最不利縱向受力位置,要避免在此位置縱向1 m范圍內產生橫縫。鋪裝下層與鋪裝上層的橫縫不得重合,上下層縱縫間距不應小于15 cm,橫縫間距要在1 m以上。縱縫橫縫及邊緣處是鋪裝層病害發生的薄弱環節,對產生縱縫和橫縫的位置做好記錄,在以后的運營橋面養護中對這些位置進行重點監控。

橫施工縫處要做成45°或60°熱斜接縫,施工時要在斜接縫面上噴灑粘結料以保證層間結合良好。在縱接縫處及橋面邊緣處加熱,在縱縫或邊緣處填充粘結性、密水性好的熱熔橡膠材料使兩不同鋪裝幅能夠很好的粘結在一起,形成一個整體。

3 結語

通過以上分析,在鋼橋面鋪裝中,澆筑式瀝青混凝土鋪裝是一種非常好的鋪裝方案,在我國有著廣泛的適用性。希望本文能夠為以后的鋼橋面鋪裝體系設計及其施工質量控制提供參考。

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