CN103194946A

CN103194946A - 一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构

Info

Publication number: CN103194946A
Application number: CN2013101401565A
Authority: CN
Inventors: 王兆星; 王林; 盖国晖; 付建村; 李传夫; 韦金城; 孙杰
Original assignee: Road and Bridge International Co Ltd; Shandong Transportation Institute
Current assignee: Road and Bridge International Co Ltd; Shandong Transportation Institute
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103194946B

Abstract

本发明公开了一种可应用于极端使用环境（高温、多雨、潮湿）的水泥混凝土桥桥面铺装结构，属于桥面铺装技术领域。铺装过程中，对水泥混凝土桥桥面板进行凿毛或者抛丸处理后，在水泥混凝土桥桥面板上方自下而上依次设置防水体系、多功能层、抗剪切层及抗磨耗层，在多功能层与抗剪切层之间及抗剪切层与抗磨耗层之间均设置有改性乳化沥青粘层，在桥面边侧设置侧向单粒径预拌碎石排水盲沟及直泄式排水孔。与现有技术相比，本发明考虑了桥面铺装病害尤其是早期损坏发生的原因，提出“防排结合”的设计理念，按照水泥混凝土桥桥面铺装层层位功能定位的概念进行结构与材料设计，既增强了铺装层与水泥混凝土面板之间的联结功能，又强化了面层混合料的高温稳定性能和防、排水效果，提高了铺装层结构的耐久性能，具有很好的推广应用价值。

Description

一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构

技术领域

本发明涉及一种桥面铺装技术，具体地说是一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构。

背景技术

桥面铺装是一个极其复杂的多向受力结构，影响因素错综复杂，宏观表现也各不相同。桥面铺装的破坏归因为铺装层材料在荷载及环境的耦合作用下，力学特性（应力、应变）的变异或功能的弱化，主要表现为四个方面：①粘塑性永久变形；②疲劳开裂；③剪切破坏；④局部冲击破碎及断裂。尤其是在夏季高温多雨、冬季严寒冰冻、海水盐溶腐蚀及重载交通等极端环境条件下，上述破坏形式更容易出现。

上述桥面铺装破坏形式的出现，既与运营过程中汽车荷载与水的综合作用有关，又与混合料的集料特性及级配设计有关，更重要的是，铺装层设计的思路及施工控制的力度与体系健全程度对桥面铺装层的使用状况具有根本性的决定作用：

（1）荷载及气候条件对桥面铺装破坏的影响

调查发现，桥面铺装设计荷载与实际通行荷载的差异巨大，目前桥面沥青混凝土面层设计采用轴载100kN的单轴双轮组为标准荷载，而实际通行过程中，车辆大型化及超载重载车辆的比例不断增加，单轴轴重达200kN～300kN的车辆不在少数，这无疑加重了原设计铺装的应力负担，层内及层间剪应力成倍增长，加速了铺装层的破坏。

气候条件对桥面铺装有直接的影响，其中温度与降水的作用最为重要。

（2）材料设计对桥面铺装破坏的影响

水分的渗入是造成桥面铺装发生早期损坏的一个主要因素，水分沿铺装层裂缝或混合料联通空隙渗入后，会破坏沥青与石料、混合料与混合料之间的粘附作用，渗入到沥青面层内部及水泥混凝土桥面与铺装层界面时，会使界面联结强度降低，使铺装层失去强度和防水能力。从现有铺装规范中不难看出，对铺装层结构的论述主要是对所用材料、做法及厚度等作了较原则的规定和指导性的说明，而关于具体的设计理论与方法如铺装层的力学计算分析、排水体系设置等未予阐述，***、规范的桥面铺装设计及施工技术指南的指定制定迫在眉睫。

（3）未设置防水体系或防水粘结层整体性能薄弱

对于混凝土桥面板来说，由于在施工及养护过程中温度的不易控制性及施加预应力张拉，桥面板往往会出现一定程度的微裂缺陷。通过对大量桥梁破坏成因的分析发现，我国桥面铺装的设计经历了一个无防水粘结层—乳化沥青粘结层—热沥青、涂料及卷材类防水粘结层—多样化防水粘结体系的过程，特别是2000年以前的桥面铺装设计，铺装层间多不设防水层或只在铺装层与桥面板结合界面处洒布一层普通沥青或乳化沥青粘层, 用油量难以控制且容易偏高，软化点偏低，高温极易软化而变成润滑层，同时乳化沥青水稳定性差，近年国内也有研究单位研究开发了一些如聚合物改性沥青类（溶剂型或胶乳类），聚氨酯或环氧树脂沥青类（溶剂型）等柔性防水粘结材料，施工厚度多为1.0～1.5mm，该类材料以柔性薄膜的型式存在于铺装层与桥面板之间，对有裂缝存在的桥面部位的防水仍然无太明显效果。而且极其容易被后续施工破坏（如被混合料料车车轮带走）。

（4）施工控制对桥面铺装破坏的影响

桥面处理方式不当，未能提供良好的界面条件。

界面处理方式是保证铺装层和桥面板之间联结良好的基础，当前常用的桥面处理方式主要有铣刨、凿毛、喷砂、抛丸等，这些施工工艺的可操作性、机械化程度、环境因素等方面各有不同的特点，处理后的桥面状况也有所不同，当前桥面铺装施工过程中，对桥面的处理方式、处理工艺、检测标准（构造深度、粗糙度、均匀性）缺乏针对性和***性的规定，导致桥面处理质量良莠不齐，影响了与上层防水层的附着力和摩阻力。

（5）防排水体系不完善造成细部构造积水或渗水严重

水是桥面铺装损坏的主要诱因之一，铺装层发生开裂后诱发水分进入。现行公路沥青路面设计规范及施工技术规范等仅对桥面铺装的防水体系提出了原则性要求，该防水体系主要指底涂层和防水层的设置，侧重外界水“进入后”的“防护”问题，对防止外界水进入前的“疏导”，缺乏相应的细节设计。如果桥面的排水***设置不当，进入的水分未能及时排出，产生“浴缸效应”，势必会加剧铺装层的破坏。因此，完善的桥面铺装***及防水、排水***是确保桥面铺装层服务性能的关键措施。

设计一种具有长寿命强耐久高舒适优良复合服务性能的桥面铺装材料与结构及健全的桥面控制体系是今后极端环境下混凝土桥面铺装工程领域必须解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构，具有长寿命、强耐久、高舒适等特点，可以解决夏季高温多雨、冬季严寒冰冻以及海水盐溶侵蚀等复杂极端环境下混凝土桥面铺装功能层的耐疲劳性能差、水溶侵蚀以及早期桥面综合病害等一系列关键技术问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构，对水泥混凝土桥桥面板进行凿毛或者抛丸处理后，在水泥混凝土桥桥面板上方自下而上依次设置防水体系、多功能层、抗剪切层及抗磨耗层，在多功能层与抗剪切层之间及抗剪切层与抗磨耗层之间均设置有改性乳化沥青粘层，在桥面边侧设置侧向单粒径预拌碎石排水盲沟及直泄式排水孔，

所述防水体系包括防水粘结层，所述防水粘结层采用热SBS改性沥青或热橡胶粉改性沥青，热SBS改性沥青按照1.2～1.5kg/m²范围进行洒布，热橡胶粉改性沥青按1.5～1.8kg/m²范围进行洒布，洒布完毕后，在防水粘结层上撒布一层沥青预拌碎石，碎石粒径3～8mm，经重量比3～5‰沥青预拌；

所述多功能层采用密水型复合改性硬质沥青胶砂，所述密水型复合改性硬质沥青胶砂以基质沥青、SBS改性剂与天然硬质沥青按照一定比例、次序掺混、溶胀发育、高速剪切加工而成的复合改性硬质沥青作为结合料，根据试验的存储稳定性确定合适的稳定剂类型及掺量；

所述抗剪切层采用SBS改性沥青做胶结料，公称最大粒径为13.2mm的间断密实型混合料；或采用复合改性硬质沥青为胶结料，公称最大粒径为9.5mm的连续型密级配、悬浮-密实结构混合料；

所述抗磨耗层采用SBS改性沥青做胶结料，公称最大粒径为9.5mm的间断密实型混合料；

所述改性乳化沥青粘层的洒布量为0.3～0.6L/m²；

所述侧向单粒径预拌碎石排水盲沟的宽度为10-20cm，深度至多功能层上方，填筑碎石粒径10-20mm，碎石经重量比2.5±0.3%乳化沥青预拌。

水泥混凝土桥桥面板进行凿毛或者抛丸处理后，其粗糙度优选为0.4～1.2mm。

多功能层密水型复合改性硬质沥青胶砂的级配范围优选为： 9.5mm通过率为100%；4.75mm通过率为85~100%；2.36mm通过率为60~85%；1.18mm通过率为38~68%；0.6mm通过率为22~54%；0.3mm通过率为14~32%；0.15mm通过率为10~22%；0.075mm通过率为7~12%。

多功能层密水型复合改性硬质沥青胶砂的结合料中，基质沥青与SBS改性剂按照95%～96%：4%～5%的重量比掺配形成SBS改性沥青，SBS改性沥青与天然硬质沥青的掺配比例结合天然硬质沥青的类型及灰分含量确定。

不同天然硬质沥青的掺配比例（内掺量）为：青川岩沥青≤7%；新疆岩沥青6%～12%，法国阿尔巴尼亚岩沥青10%～20%，特立尼达湖沥青15%～25%；.当采用岩沥青杂质含量（灰分）超过10%时，其掺配比例一般不超过7%。

排水盲沟中碎石材料的级配优选为：25mm-19mm之间粒料重量比例占0-10%；9.5mm-12.5mm之间粒料比例占35%-80%；4.75mm-9.5mm之间粒料重量比例占10%-55%；4.75mm以下粒料重量比例占0-10%；渗透系数不小于400ml/min。

为提高桥面侧向排水效果，可以在抗磨耗层顶面设置2%的横向边坡。

防水体系、多功能层、抗剪切层、抗磨耗层、改性乳化沥青粘层及侧向排水盲沟等构成本发明完整的桥面铺装层结构：一、防水体系采用热改性沥青或热橡胶粉改性沥青加预拌碎石，增强桥面粘结力并可有效阻止水对混凝土桥面的渗入；二、多功能层：密水型复合改性硬质沥青胶砂，具有调平层兼顾强密水功能；三、抗剪切层：采用高模量EME或改性SMA结构层，可有效提高高温性能用以抵御重载交通带来的桥面损坏；四、抗磨耗层：采用改性SMA细级配结构，兼具防水、提高高低温性能、增强舒适性和美观性能等；五、侧向排水盲沟及直泄式排水孔等：采用预埋预拌碎石、设置泄水孔及横向边坡等形式，有效合理的引导面部积水以及层间水及时排出。各层之间增加热改性沥青粘层，充分体现水病害预防的“防排结合”理念，从铺装层顶面到底端各个层位功能互相补充以增加防水的保险系数，既满足防水的设计年限，更保证铺装层的长期使用性能。

与现有技术相比，本发明的铺装结构具有以下突出地有益效果：

（一）充分重视防水的理念，考虑桥面综合使用性能，结合极端环境使用条件，合理设计桥面多功能层结构，体现桥面防水、抗高低温、耐疲劳、抵抗海水盐溶侵蚀以及行车舒适美观等综合路用性能；

（二）多功能层兼顾密水（防止水及盐分透过铺装层进入到水泥混凝土中，对水泥混凝土和钢筋产生盐融腐蚀）、调平效果，具有高低温优良性能和抗疲劳耐久等效果；

（三）多功能防水层沥青胶砂混合料所采用沥青胶结料为复合改性硬质沥青，这更注重桥面防水效果和高低温路用性能使用效果，较中上面层SMA沥青混合料所采用的普通改性沥青具有更复杂更优良的力学使用性能，其带来的技术经济效果是可实践和验证的。

附图说明

附图1是本发明可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构的结构示意图。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构作以下详细地说明。

实施例：

本发明以防水体系6、多功能层5、抗剪切层3、抗磨耗层1、改性乳化沥青粘层2、改性乳化沥青粘层4及侧向排水盲沟8构成完整的桥面铺装层结构，具体实施步骤及技术要求如下：

1）混凝土桥面处理：水泥混凝土桥面板7采用凿毛或者抛丸处理，使混凝土表面露出新鲜的集料和混凝土层。采用铺砂法测定桥面处理后粗糙度，粗糙度合格范围为0.4～1.2mm。抛丸所用铸钢丸性能符合GB6484-86、GB6485-86要求，粒度宜为1.0～1.5mm。

2）防水体系6：采用热SBS改性沥青或热橡胶粉改性沥青，SBS改性沥青技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）表4.6.2中Ⅰ-D标准，橡胶粉改性沥青技术指标应符合表1要求，其试验方法应符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的规定。

热SBS改性沥青按照1.2～1.5kg/m²范围进行洒布，热橡胶粉改性沥青按1.5～1.8kg/m²范围进行洒布。喷洒完毕后，在其上撒布一层沥青预拌碎石，碎石粒径3～8mm，且经过重量比3～5‰沥青预拌。热橡胶粉改性沥青防水粘结层洒布应采用专用的，可有效控制洒布剂量的，具有加温（保证加热温度可达220℃）、保温和搅拌功能的洒布设备。

表1 橡胶粉改性沥青的技术要求

3）多功能层5：采用密水型复合改性硬质沥青胶砂（3cm），其结合料（复合改性沥青）是以基质沥青、SBS改性剂与天然硬质沥青按照一定比例、次序掺混、溶胀发育、高速剪切加工而成的。基质沥青与SBS改性剂按照95%：5%的重量比掺配形成SBS改性沥青，再与青川岩沥青掺混成复合改性沥青，青川岩沥青在复合改性沥青中的掺配比例（内掺量）为7%。

复合改性沥青技术指标应符合表2规定的要求，材料级配范围如表3，密水型复合改性硬质沥青胶砂的技术要求如表4。

表2 复合改性硬质沥青技术指标

Figure 2013101401565100002DEST_PATH_IMAGE003

表3 密水型硬质沥青砂级配范围

Figure 2013101401565100002DEST_PATH_IMAGE005

表4 密水型硬质沥青砂混合料技术要求

4）洒布第一层改性乳化沥青粘层4：洒布量为0.3～0.6L/m²，增强沥青混合料层间粘结，其性能符合《公路沥青路面施工技术规范》4.7条要求。

5）6cm抗剪切层3： SMA-13，采用SBS改性沥青做胶结料，公称最大粒径为13.2mm的间断密实型混合料；或者WHMAC0/10，采用复合改性硬质沥青为胶结料，公称最大粒径为9.5mm的连续型密级配、悬浮-密实结构混合料。SMA-13混合料其级配及技术要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》。WHMAC0/10混合料的级配及技术要求应满足表5、6。

表5 WHMAC0/10级配范围

表6 WHMAC0/10技术要求

6）洒布第二层改性乳化沥青粘层2：洒布量为0.3～0.6L/m^2，增强沥青混合料层间粘结，其性能符合《公路沥青路面施工技术规范》4.7条要求。

7）4cm抗磨耗层1：SMA-10，以SBS改性沥青做胶结料，公称最大粒径为9.5mm的间断密实型混合料；其级配及技术要求应满足《公路沥青路面施工技术规范》。抗磨耗层1顶面设置2%的横向边坡。

8）侧向排水盲沟8：采用垂直泄水边缘排水，侧向单粒径预拌碎石排水盲沟宽度为15cm，深度至多功能层5上方，填筑碎石粒径10-20mm，碎石经重量比2.5%乳化沥青预拌；在铺装层施工时用宽20cm、厚6cm或8cm的木板做挡板，预留出碎石盲沟的槽，在抗磨耗层1施工前进行碎石填筑、压实，并洒布改性乳化沥青。

排水盲沟中碎石材料级配为：25mm-19mm之间粒料重量比例占0-10%；9.5mm-12.5mm之间粒料比例占35%-80%；4.75mm-9.5mm之间粒料重量比例占10%-55%；4.75mm以下粒料重量比例占0-10%。渗透系数不小于400ml/min。

Claims

1.一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于：对水泥混凝土桥桥面板进行凿毛或者抛丸处理后，在水泥混凝土桥桥面板上方自下而上依次设置防水体系、多功能层、抗剪切层及抗磨耗层，在多功能层与抗剪切层之间及抗剪切层与抗磨耗层之间均设置有改性乳化沥青粘层，在桥面边侧设置侧向单粒径预拌碎石排水盲沟及直泄式排水孔；

所述抗剪切层采用复合改性硬质沥青做胶结料，公称最大粒径为13.2mm的间断密实型混合料；或采用复合改性硬质沥青为胶结料，公称最大粒径为9.5mm的连续型密级配、悬浮-密实结构混合料；

所述改性乳化沥青粘层的洒布量为0.3～0.6L/m²；

2.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于，水泥混凝土桥桥面板进行凿毛或者抛丸处理后，其粗糙度为0.4～1.2mm。

3.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于，多功能层密水型复合改性硬质沥青胶砂的级配范围：

9.5mm通过率为100%；4.75mm通过率为85~100%；2.36mm通过率为60~85%；1.18mm通过率为38~68%；0.6mm通过率为22~54%；0.3mm通过率为14~32%；0.15mm通过率为10~22%；0.075mm通过率为7~12%。

4.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于，多功能层密水型复合改性硬质沥青胶砂的结合料中，基质沥青与SBS改性剂按照95%～96%：4%～5%的重量比掺配形成SBS改性沥青，SBS改性沥青与天然硬质沥青的掺配比例结合天然硬质沥青的类型及灰分含量确定。

5.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于，排水盲沟中碎石材料的级配为：25mm-19mm之间粒料重量比例占0-10%；9.5mm-12.5mm之间粒料比例占35%-80%；4.75mm-9.5mm之间粒料重量比例占10%-55%；4.75mm以下粒料重量比例占0-10%；

渗透系数不小于400ml/min。

6.根据权利要求1所述的水泥混凝土桥桥面铺装结构，其特征在于，抗磨耗层顶面设置有2%的横向边坡。