高粘彈改性瀝青技術在鋼橋面鋪裝上的應用

李丹

廣州宏達工程顧問集團有限公司 518001

正文：

一、概述

隨著城市建設的需要，橋梁建設規模、速度和技術創新迅速發展，鋼結構橋梁憑借梁體輕盈、跨度大、施工便捷等優勢得到廣泛應用。由于經濟增長，道路車流量和車輛貨載急劇增長，鋼橋橋面鋪裝也出現了諸如疲勞裂縫等多項早期病害，且伴隨有多發、再現等特點。如何優化改進鋼橋面板鋪裝，避免其與橋面之間的粘結破壞、疲勞裂縫等一系列病害，是當下亟需解決的問題。

二、鋼橋面鋪裝影響因素分析

2.1 鋼橋面鋪裝需滿足的要求

鋼橋面鋪裝沒有普通路面鋪裝厚實穩重的基礎，服役條件苛刻。一般需滿足抗疲勞開裂性能 、熱穩定性 、層間結合能力 、變形適應性 、密水性 、耐久性等要求。

2.2 鋼橋面鋪裝主要影響因素

鋼橋面鋪裝受力狀況復雜、鋼板吸熱及傳熱能力強、鋼橋面鋪裝與鋼板粘結困難、鋼板極易快速生銹、鋼板變形大、鋼橋面鋪裝維修養護困難等。

鋼橋面鋪裝的施工有其特殊性，與普通道路具有厚重穩定的基層不同，鋼橋面板容易變形，振動碾壓過程中鋼橋面板隨之產生振動變形，大幅度的共振可能會造成瀝青混凝土層本身的壓實度、瀝青混凝土層與鋼橋面板間結合等受到影響，從而進一步降低了防水效果。

2.3 鋼橋面鋪裝的破壞形式

主要有鋪裝層與鋼橋面粘結不良，產生脫層、推擁等病害；鋪裝層抗疲勞變形能力不足，產生開裂、飛散等病害；鋪裝層密水能力欠缺或開裂引起的滲水，水分侵入產生橋面銹蝕。這幾種破壞形式彼此關聯，只要產生一種破壞，那么水分侵入引起銹蝕，會嚴重破壞橋面板與鋪裝層的粘結，使破壞形式逐步擴大。

三、方案設計考慮因素分析

3.1 鋼箱梁結構形式、橋面坡度、承載能力、等等。

鋼箱梁鋪裝厚度不宜過薄，通過鋪裝層將行車荷載分散傳遞至鋼橋面板；厚度也不宜過厚，以減少變形時的彎拉應力；一般厚度在7cm～10cm為宜。

橋面鋪裝橫坡可適當加大，方便排除積水；

鋼箱梁橋面應注意排水設施的布置，不存留積水；

橋面可以輕量化設計，但應注意滿足施工設備的需要；

橋面應能承受超載車輛經過，包括維修保養清潔的重型車輛經過。

3.2 氣候環境要求

考慮因素：氣候、環境因素、等等。

鋼箱梁鋪裝需要因地制宜，貴陽地區全年氣候溫和，但夏季仍有30℃以上的高溫天，冬季氣溫可達零下，一年四季溫差較大，需要瀝青混凝土鋪裝層具備良好的高溫穩定性、低溫抗裂性能。貴陽地區雨水較多，需要瀝青混凝土鋪裝層提供良好的防滲水、防開裂、防凍融損壞的性能，以及良好的表面抗滑性能。

3.3 交通情況

貴陽市中環路為城市一級主干道，交通量大，夜間有重型車輛通行，呈現出“重載、大流量和渠化交通”的特點，需要從重交通特點出發，對設計指標、參數和結構組合進行研究，分析鋼箱梁鋪裝的設計指標和參數。

3.4 其它因素

包括原材料、施工技術裝備條件、施工人員技術水平、施工工藝操作難易度、工期、成本、等等。

四、鋪裝方案對比分析

4.1 環氧瀝青混凝土

優點：強度高、剛度大、耐疲勞，高溫抗車轍、低溫抗裂、粘結性能好。

缺點：造價高昂、工期較長、施工參數及工藝要求較高、施工條件苛刻、須使用專用設備、后期保養維護和修補困難、

4.2 澆筑式瀝青混凝土

優點：水密性、耐久性、抗沖擊好，縮變性小。能吸收鋼橋面特有的振動及彎曲變形。

缺點：

1、熱穩定性不足，推擁病害的產生，易出現裂縫導致水滲入后產生大面積病害 。

2、高溫施工，聚合物改性瀝青在200℃以上老化，造成抗裂性能降低。

3、自流淌，在坡度較大情況下無法保證厚度均勻。

4、鋼箱梁收縮變形與鋪裝層不一致，澆筑式瀝青混凝土與鋼箱梁橋面結合不牢固而產生病害。

4.3 普通雙層SMA方案

優點：

1、強度高、造價低。工藝比較傳統，施工復雜性降低；工人勞動強度降低；

2、SMA為骨架密實結構，在石料的嵌擠作用下，具有良好的穩定性和抗推擁的性能；

3、施工溫度為150～170℃，生產溫度在180℃，溫度低，瀝青老化程度較低；

4、表面構造較大，具有足夠的抗滑性能，適宜作為面層結構。

缺點：

1、普通的SMA混合料本身的防水效果不及澆注式瀝青混合料，特別對于邊緣欠壓部分，空隙率可能更大，密水性問題產生病害。

2、普通的SMA的抗疲勞能力不及具有更高瀝青含量的澆注式瀝青混凝土，因此在橋面反復變形下，一旦開裂，造成水損問題會更嚴重。

3、普通SMA的粘結性能不及澆注式瀝青混凝土，往往形成脫層，然后造成推移、擁包。

4、在使用過程中路面溫度高于普通地面道路，特別是鋪裝層下方接觸鋼橋面溫度較高，使粘結層軟化失去粘結力。

5、普通SMA的高溫穩定性受制于材料本身的特點，不及環氧瀝青混合料。

4.4 高粘彈度改性瀝青鋪裝方案

優點：

1、性價比高，采用傳統的瀝青混合料鋪裝，具有比環氧瀝青混合料更低的成本優勢。

2、施工工藝成熟，工期短；

3、施工工藝與普通瀝青混合料相近，避免了環氧瀝青混合料的長期養生過程，無使用澆筑式瀝青混合料的專用設備等要求。

4、采用高粘度改性瀝青，熱穩定性和變形特性優良，使用高粘彈改性瀝青方案使SMA鋪裝層具有優異的綜合物理力學性能，同時大幅度改善了SMA瀝青混合料的施工和易性，實現靜碾壓實，避免因振動碾壓造成壓實度不足。

5、采用雙層SMA特種瀝青混合料鋪裝，具有良好的變形特性及抗疲勞特性。

缺點：施工參數及工藝要求較高、改性瀝青砂膠儲運須使用專用設備。

五、貴陽市南埡路（1.5環北段）鋼橋面鋪裝的設計方案

5.1 高溫抗車轍、界面聯結性、抗疲勞性能要求

5.1.1 高溫抗車轍性能要求

要求由鋪裝面層+粘層+鋪裝下層+緩沖層組成的組合結構在70℃下的車轍動穩定度不小于4000次/mm。

5.1.2 界面聯接性能要求

要求在25℃條件下，由鋪裝下層+緩沖層+防水粘結層+鋼橋面板組成的組合結構，鋪裝下層與鋼橋面板之間的界面剪切強度設計值不小于1.2MPa，界面粘結強度設計值不小于1.0MPa。

5.1.3 疲勞強度

要求對由鋪裝面層+粘層+鋪裝下層+緩沖層+防水粘結層+鋼橋面板組成的組合結構，采用五點加載疲勞試驗對鋪裝結構的疲勞性能進行評價，在五點加載下組合結構試件的疲勞次數不小于100萬次。

5.2 鋼橋面鋪裝施工主要存在問題及解決思路

5.2.1 密水性問題

主要由于碾壓時鋼橋面板隨著壓路機同時共振，壓實功未被SMA混合料鋪裝層吸收，造成局部混合料壓實度不足。1、采用靜碾壓實方式； 2、采用密水性良好的材料作為防水粘結層，輔助防水。

5.2.2 變形適應性

為防止滲水加強了SMA混合料與鋼橋面之間的防水粘結層之外，還應改善混合料抗疲勞變形能力1、采用高粘度瀝青，增加瀝青混合料的韌性、抗疲勞能力； 2、采用粘結能力較高的材料作為防水粘結層。

5.2.3 高溫穩定性

在使用過程中路面溫度高于普通地面道路，特別是鋪裝層下方接觸鋼橋面溫度較高，使粘結層軟化失去粘結力。1、采用高粘度瀝青，改善混合料的抗車轍性能； 2、采用熱固性材料作為防水粘結層。

5.3 橋面鋪裝組合結構組成

一般段鋼橋面鋪裝總厚度80mm，主要結構組成為：38mm高彈改性瀝青SMA-13+4mm（緩沖層+防水粘結層）+38mm高彈改性瀝青SMA-13。

六、貴陽市南埡路（1.5環北段）鋼橋面鋪裝的施工作業要點

6.1 施工工藝流程圖

作業程序分為鋼板除銹及防腐、防水粘結層、緩沖層、粘層以及SMA改性瀝青混凝土的拌制、運輸、攤鋪和碾壓幾道工序，緊密配合、協調一致。

6.2 結合料要求

6.2.1 鋼橋面鋪裝的結合料應使用高粘度瀝青，以改善瀝青混合料的抗車轍能力。

6.2.2 鋼橋面鋪裝的結合料應盡量減少老化過程，以改善瀝青混合料的抗裂、抗疲勞破壞的能力。

6.2.3 應采用施工時粘度較低的瀝青結合料，為靜碾壓實提供條件。

6.2.4 采用高彈粘改性瀝青，提高與石料的粘附能力 ，高韌性，加強抵抗常溫疲勞能力，高彈性，提高低溫延展能力。

6.3 防腐層要求

1、鋼箱梁構件出廠時已經經過防腐處理，但在安裝施工過程中會破壞其防腐漆面，因此仍有必要在鋪裝前進行防腐處理。

2、除銹工藝后，防腐漆是防水防腐的最后一道防線，不應省略。

防腐層要求：

除銹達到Sa2.5級，粗糙度80μm～100μm；

環氧富鋅漆1遍～2遍，厚度80μm以上。

環氧富鋅漆中的金屬鋅含量應大于70%，HG/T 3668-2009“富鋅底漆”中II-2型。

環氧富鋅底漆中，鋅作為鋼箱梁構件陰極保護用的犧牲陽極，起到電化學保護作用，在腐蝕后期過程中，鋅腐蝕沉積物屏蔽保護，即形成的堿式碳酸鋅結構致密且不導電，是難溶的穩定化合物，能夠阻擋和屏蔽腐蝕介質的侵蝕，起到防蝕效果。

6.4 防水粘結層要求

1、防水粘結層是承上啟下的關鍵；要在防腐層徹底固化并檢測合格后，方可進行防水粘結層施工

2、施工前要對橋面板進行清潔處理，處理掉全部油污、水分及其他污染物。與瀝青混凝土、環氧富鋅漆均需要粘結牢固；

3、防水粘結層需要致密，保證水分不滲入；

4、盡量減少施工設備對防水粘結層的破壞

5、工期緊張時快速施工；

6、滿足粘結與防水需要前提下控制成本；

7、減少施工工序，方便施工工藝控制，保證質量；

6.5 緩沖層施工

改性瀝青砂膠所采用的礦粉應加熱干燥，將礦粉分批加入攪拌罐并逐步升溫至220℃左右，攪拌保溫，拌合均勻后礦粉無任何結團現象。

改性瀝青砂膠采用人工掛鋪法施工，施工厚度為3-5mm。改性瀝青砂膠施工溫度為200-220℃，施工完畢后應無氣泡和脫空現象。

6.6 粘層施工

改性乳化瀝青粘層施工符合以下要求：

改性乳化瀝青粘層采用灑布車噴灑，并選擇適合的噴嘴，灑布速度和噴灑量保持穩定。氣溫低于10℃時不得噴灑，基面潮濕時不得噴灑。

待乳化瀝青破乳、水分完全蒸發后應及時鋪筑瀝青鋪裝層，確保粘層不受污染。

6.7 側向防水與邊緣防水要求

必要性：

SMA鋪裝層在邊緣處容易出現壓實度不足現象，形成水分侵蝕的通道。

側向防水與邊緣防水要求：

1、環氧瀝青應涂刷至防撞墻上，高度不低于5cm。

2、在環氧瀝青施工完成之后，于防撞墻上倚墻粘貼自粘性防裂貼。粘貼防裂貼時注意高于鋪裝層厚度，于上面層鋪裝后裁剪多余部分。

3、自粘性防裂貼應選擇瀝青質地且較厚的產品，SMA鋪裝后防裂貼應融于鋪裝層側面，起到側向防水、邊緣防水的作用。

6.8 鋪筑試驗路段

1、鋼橋面鋪裝各個工序正式施工前應實施試驗段，包括鋼板的噴砂除銹、防水粘結層涂布、瀝青混合料鋪裝層攤鋪等不同工序。

2、試驗路段獲得數據

SMA高彈改性瀝青混凝土面層施工配合比、最佳瀝青含量、松鋪系數、壓實機具和方法、攤鋪速度、溫度控制、試驗段施工滲水系數、各項質量技術控制指標。試驗段所有材料性能指標、混合料配比、各工序施工工藝、各鋪裝層完工后的檢測結果均滿足設計及規范要求后，方可進行實橋主體鋪裝施工。

結語

SMA高彈改性瀝青混凝土面層鋪裝方案工藝簡單、快速、無需大型專用設備，技術體系已日漸成熟、完善，在多個地區的市政鋼箱梁橋面鋪裝項目中，得到了推廣和應用。貴陽市南埡路（1.5環北段）于2016年12月建成通車，其中第一合同段鹽沙立交和蠻坡立交部分主線和匝道設計為鋼箱梁，共計16聯/17520平方米。橋面鋪裝采用了高粘彈改性瀝青技術，取得了良好的使用效果。