裝配式橋梁鋪裝結構與材料的研究與應用

任 園，張玉斌

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司 合肥市 230088；2.公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心 合肥市 230088)

0 引言

國務院辦公廳下發了《關于大力發展裝配化建筑的指導意見》，裝配式橋梁結構是未來橋梁工程高效施工的重要保障，裝配式橋梁橋面板采用工廠預制[1]，到施工現場進行拼裝完成，因此，其橋面板的拼裝濕接縫密集，受施工精度影響，橋面板平整度一般較差，拼裝完橋面板后直接鋪筑橋面鋪裝層[2]，一般不設置防滲與調平混凝土。這就不可避免地造成鋪裝層粘結性差、濕接縫位置收縮變形易開裂[3-4]、水易下滲到橋面板結構等缺陷，其鋪裝結構耐久性面臨著巨大挑戰。

排水路面是一種降噪抗滑型路面，材料的內部空隙大，可以迅速排除裝配式橋梁鋪裝層內部和路表積水[5]。高強度透水混凝土材料開發，強度等級C40以上[6]，滿足鋪裝層對混凝土強度要求，采用純無機材料，抗老化、耐久性好，高強度確保混凝土內部空隙在荷載作用下比較穩定[7-8]，形成持久暢通的排水通道，自然降水的沖洗，就能實現日常空隙養護，避免堵塞。裝配式橋梁鋪裝層采用高強透水混凝土路面，避免水的沖刷和積聚對鋪裝層和橋梁結構損壞，承載能力較好，與橋面板共同受力，是一種高品質的鋪裝結構。

針對裝配式橋梁鋪裝層存在的固有缺陷，采用透水型混凝土鋪裝結構，突破透水混凝土強度低的瓶頸，進行高強透水混凝土材料設計，通過對鋪裝層與橋面板之間界面分析，進行鋪裝結構設計，防水粘結層采用橡膠態防水涂料，與混凝土基面牢固粘結，達到抗裂和密封防水效果。結合實體工程，從工序銜接、界面處理、材料自身控制等角度，提出裝配式橋梁橋面鋪裝層施工工藝與關鍵技術，形成裝配式橋梁橋面鋪裝耐久性提升技術。

1 高強透水混凝土材料性能研究

目前，國內常用的透水混凝土強度在C30以下，主要用在輕載交通、等外公路、人行道等。本文采用無機增強劑增加透水混凝土強度，增強劑中減水劑、早強劑成分，能達到早強、增強效果，增強劑與水泥中鈣物質反應，生成不溶物，激發水泥形成大量的凝膠產物，增加骨料之間粘結性，增加混凝土強度，增強劑與水泥水化產物發生反應，形成絮狀網絡的凝膠物質，填充集料表面毛細孔，改善膠體與骨料界面密實性，以此增加混凝土強度。

按照透水混凝土空隙要求，采用標號為52.5水泥、粒徑為3～5mm的玄武巖、細度模數2.5的中砂進行配合比設計，配合比設計結果如表1所示。

表1 高強透水混凝土配合比

對不同增強劑用量對混凝土強度變化規律研究，結果如圖1所示，按照裝配式橋梁混凝土鋪裝層強度在C40以上要求，考慮到經濟性與強度要求，1m3混凝土增強劑最佳用量10.5kg。

圖1 高強透水混凝土強度變化規律

透水混凝土材料，采用單一粒徑的碎石骨料，多點支撐形成骨架結構，具備較大空隙，骨料之間接觸面積小，在行車荷載的沖擊作用下，容易造成骨料分散，另一方面，混凝土材料不可避免地存在干縮、溫縮效應，在冬季，透水混凝土中水沒有及時排出，水結冰對混凝土有一個撐開作用，鋪裝層結構內存水結冰，荷載作用下，也會加快混凝土骨料剝離，因此高強透水混凝土在使用過程中，通過相關指標研究與控制，從而具有較長的使用壽命。

按照配合比設計結果，對高強透水混凝土的抗折、抗凍性能及耐磨、干縮等相關性能試驗。試驗結果如表2所示：

表2 高強透水混凝土試驗結果

本方法設計透水混凝土滿足在規范中極重、特重、重交通條件下水泥混凝土強度要求；透水混凝土抗彎拉彈性模量為9500MPa，正常情況下，普通水泥混凝土在20000～40000MPa，而瀝青混凝土一般在7000～9000MPa，彈性模量反應材料在受到應力作用下的變形能力，模量高，受力變形較小，受約束材料容易發生脆裂，而模量低，承載能力差，變形追溯性較好，不容易發生損傷，透水混凝土模量介于兩者之間，在承載能力與變形恢復之間達到一定耦合。

透水混凝土收縮率很低，在混凝土干縮、溫縮變形時，大空隙提供一定變形空間，對透水混凝土進行凍融循環，其強度與質量損失很低，能夠在凍融條件下，保持結構和強度穩定。透水路面材料常見病害是石料脫落，對透水混凝土耐磨性分析，其質量損失值很小，表明增加劑激發水泥生成絡合物，在骨料之間形成較強粘結，在輪胎揉搓碾壓、環境溫度、濕度作用下，保持石料之間緊密結合。因此，高強透水混凝土材料是一種高效耐久的橋面鋪裝材料。

2 裝配式橋梁鋪裝結構研究

裝配式橋梁橋面板表面粗糙，濕接縫位置后澆注的混凝土，受到工藝、鋼筋、混凝收縮變形等方面的影響，表面平整度很差，進行鋪裝層施工前，應進行表面0.5cm精銑刨，一方面清理表面，同時增加橋面板與鋪裝層直接整體性。

為了適應橋面板不平整，防水粘結層選用涂裝類材料，裝配式橋梁橋面板鋪裝層中未設置混凝土防滲調平層，鋪裝層受到剪應力較大，水易下滲到橋面板中，因此，防水粘結層應具有粘結、受力變形恢復能力及密水的特性。橡膠態防水涂料干燥速度快，固化成膜率高，防水涂膜保持橡膠彈性和柔性，具有蠕變自愈功效，與混凝土基面牢固粘結，達到蠕變抗裂的密封防水效果。水基滲透型無機防水劑封堵混凝土表面空隙，防止水的下滲，屬純無機材料，耐久性以及滲透效果好。鋪裝結構將兩者配合使用。

橡膠態防水涂料粘結性能強，直接在上面施工透水混凝土，會對防水層加以破壞，同時橡膠態防水涂料黏住施工人員、機械，對于下一道工序施工影響較大，在進行鋪裝結構設計時，采用水泥凈漿保護層，水泥凈漿屬無機材料，能與透水混凝土粘結、相容，橡膠態防水涂料將橋面板與水泥漿粘結，形成一種復合式的牢固結構。

因此，結合裝配式橋梁橋面板固有缺陷和鋪裝層功能需求，裝配式橋梁鋪裝采用水基滲透型無機防水劑防滲層，1.2～1.8mm橡膠態防水粘結層，1mm厚水泥凈漿保護層以及10cmC40透水混凝土功能層結構。

3 裝配式橋梁鋪裝層施工工藝研究

依托合巢蕪高速公路改擴建樁板式路基施工項目，研究橋面鋪裝層施工工藝，裝配式樁板無土路基是一種新型的樁板梁結構，是由工廠化預制的板梁、管樁組成的框架結構體系，采用縱向分塊預制，橋面板尺寸為寬3m、長8.7m，相鄰預制板之間采用濕接縫進行連接，濕接縫寬度0.3m，預制板拼裝完成后，有大量的縱橫向濕接縫。

裝配式橋梁預制橋面板拼裝完成后，對橋面板進行精銑刨，銑刨深度為5mm，銑刨出的橋面紋理間隔在3～8mm之間，處理后的混凝土面板粗糙度為0.5～1.0mm。

經過精銑刨處理后的水泥混凝土面板處于干爽狀態時，進行水基滲透型無機防水劑噴涂施工，噴涂完成后，確保混凝土橋面板表面空隙完全封堵，作為橋面板防滲保護的第一層，一般分兩遍進行噴涂，每次用量為200～300g/m2。

水基滲透型無機防水劑施工完成后，進行橡膠類防水層涂料底涂的施工，底涂材料采用水與防水涂料按照比例在1∶1～2∶1制備，采用滾筒滾涂施工，底涂施工表干之后，方可進行面涂施工，底涂應完全覆蓋基面。涂刷橡膠態防水涂料，采用滾筒滾涂，涂刷應均勻，避免堆積，防水涂料干固前，禁止人員踩踏及泡水。對于濕接縫位置，橡膠態防水涂料進行兩遍涂刷，第一遍涂刷完畢后，鋪設高分子增強抗裂胎基，高分子增強抗裂胎基張貼完畢后，涂刷第二層橡膠態涂料。橡膠態防水涂料施工完成后，噴撒水泥凈漿保護層，水泥凈漿采用水泥和水的比例為0.5∶1，水泥漿灑布量為1.5～2.0kg/m2。

在防水、防滲和保護層施工完成后，進行高強透水混凝土施工，混凝土的拌和均勻性，對形成的強度起到決定性作用，增加劑加水勾兌，先與碎石拌和，碎石表面均勻裹附，再加入水泥拌和，增強劑與水泥在石料表面發生反應，產生高強度的粘結絡合物，分批加入水，混凝土保持最佳和易性和強度。透水混凝土采用水穩攤鋪機進行均勻攤鋪，松鋪系數控制在1.1～1.2，采用1～3t小型壓路機進行碾壓，碾壓過程中無需開震動，施工完成后無需切縫處理，并立即覆蓋塑料膜以避開陽光直射和冬季保暖保濕，蒸養24h后拆模，期間可在塑料膜上灑水進行養護，整個養護期為7～14d。

4 結論

(1)基于裝配式橋梁橋面板的特點，提出高強透水混凝土鋪裝結構，在鋪裝結構中采用水基滲透型防滲層、橡膠態防水粘結層、水泥凈漿保護層、高強透水混凝土排水層，并對濕接縫位置抗裂加強處理。

(2)文章研究強度與增強劑變化規律，制備了高強透水混凝土材料，其強度C40以上，彈性模量介于剛性的水泥混凝土與柔性瀝青混凝土之間。通過凍融、沖擊、磨耗等試驗，該材料收縮率低、石子粘結性強、內部空隙穩定，用作裝配式橋面鋪裝材料，能夠迅速排除鋪裝層間水，且材料性能穩定，使用壽命更長。

(3)結合實體工程，依據裝配式橋梁自下而上的鋪裝結構，分別針對各結構層鋪裝材料提出相應的施工方法。