浇筑式沥青混凝土在钢桥面铺装中的应用研究

2010-11-06阳仁力胡丽琴黄文红

山西建筑 2010年5期

阳仁力胡丽琴黄文红

钢桥面由于其施工环境及结构、材料上的特殊性,其面层铺装一直是桥面铺装中的热门和难点问题。由于钢桥面的刚性小,在车辆荷载、温度、风荷载的作用下,其桥面系内部受力复杂,而且由于其结构与公路路面或者机场路面存在很大差异,传统的桥面铺装层往往在使用后不久就会出现很多病害。典型的病害主要有桥面铺装层与桥面板、层间粘结力不足或桥面系温度过高而导致桥面出现裂缝、波浪、壅包、推移、车辙等病害。用浇筑式沥青混凝土作为钢桥面铺装层铺装材料,能够很好的解决这些问题。浇筑式沥青混凝土是一种在高温(220℃～260℃)下拌和,依靠混合料自身流动性摊铺成型、无须碾压的一种沥青混合料。浇筑式沥青混合料的沥青含量高、细集料含量高、矿粉含量高(高达25%)、孔隙率小(＜1%),并且空隙间互不连通,由于这些特点,这种混合料随钢板变形追从性好、密水性好、与钢板粘结好、抗老化性能好,能够很好的解决一般钢桥面铺装中存在的典型问题。

1 铺装体系设计

铺装体系结构图见图1。

为防止桥面水侵蚀钢板,必须要做好钢板的防水防锈处理,Eliminator桥面板防水体系是一种很好的桥面防水体系,该体系具有良好的密水性、柔韧性、防腐蚀性和耐久性,能够跟钢板很好的粘结在一起,使钢板与水或者空气隔绝。而且这种材料与沥青混凝土的粘结力也比较好,能有效增强钢板与铺装下层的粘结力。铺装下层,采用浇筑式沥青混凝土GA10,厚度一般为35 mm～40 mm,这种混合料能够与钢板很好的粘结,而且密水性好,能够有效防止铺装面层的水渗漏到钢板,具有很好的变形追从性,防止在温度荷载或风荷载下因钢板变形或振动而开裂。铺装上层采用改性沥青SMA 10,这种材料的高温稳定好、抗老化、强度高,能够有效避免产生车辙,而且SMA改性沥青路面平整度好、抗滑性能好。铺装下层与铺装上层之间喷撒细碎石和改性乳化沥青作为层间粘结层。根据力学计算,在车辆荷载作用下,钢桥面系最大横向剪应力出现在桥面铺装层表面下50 mm～70 mm处,为防止横向剪应力作用于层间结合处而产生层间推移波浪,铺装上层厚度一般为35 mm～40 mm,使车辆荷载绝大部分横向剪应力作用于铺装下层内部。经试验分析,采用这种结构,钢桥面系在70℃高温下,铺装下层与钢板之间的层间结合处的抗剪强度在2.2 MPa以上,铺装上层与铺装下层之间层间结合处的抗剪强度在2.5 MPa以上,完全可以抵抗在最不利季节车辆荷载的最大剪应力(一般为1.5 MPa～1.7 MPa)。

2 施工工艺

2.1 混合料拌和

混合料材料选择,浇筑式沥青混凝土是悬浮密实结构,为增强其高温稳定性,尽量采用复合改性沥青(如SBS改性沥青)作为结合料以增大混合料的稠度。由于钢桥面铺装层,铺装厚度较小,因而对骨料的要求比较高,要求严格控制粒径及颗粒级配,一般选用5 mm～10 mm粒径的集料,要求骨料颗粒均匀,最大粒径不得超过平均粒径的两倍,颗粒以立方体为主而且要棱角明显,要求集料的强度等级比较高,并且骨料无风化面,并且酸性材料不能作为浇筑式沥青混凝土骨料。浇筑混合料的出料温度一般要达到220℃以上,需要专门设备对其进行搅拌,搅拌前先将集料进行烘干加热(需要加热到300℃),然后进行湿拌,要保证混合料的均匀性,并且拌合时间不宜过长以减小沥青老化。

2.2 混合料运输

浇筑式沥青混合料施工温度达180℃,必须要保证混合料送达现场时满足施工的温度要求。浇筑式沥青混合料高温状态下流动性好,在运输过程中如果采用普通的沥青混凝土运输车进行运输,混合料就会在运输过程中产生离析。为了应对以上要求,应当采用专用设备进行运输,应用较多的是德国进口设备COOKER运输车,这种专用运输设备封闭性好,在运输途中能够对混合料进行加热,能够保证混合料到达现场的温度,而且这种设备能够在运输过程中对混合料进行搅拌,能够有效防止混合料离析。

2.3 行车道铺装

2.3.1 钢面板处理和防水粘结层施工

为保证铺装下层与钢板良好粘结,在铺装前对钢桥面进行除锈清洁,要求钢板表面干燥,并且打毛(粗糙度 50μm～100μm)以增大层间粘结力,不得有任何杂质、油污。在其清洁程度达到Sa2.5以上后,在钢板表面喷Eliminator防水粘结层。防水系尽量连续一次性施工,以保证防水系的整体性。

2.3.2 浇筑式沥青混凝土摊铺

浇筑式沥青混凝土摊铺,在摊铺过程中必须保证混合料的摊铺温度在180℃以上。为保证铺装下层的均匀性与平整性,摊铺机在摊铺过程中应尽量不停机,不超时,匀速摊铺。运料车在卸料时要在摊铺机前一定距离进行卸料,不得与摊铺机发生碰撞。运料车的卸料高度不得高于1 m,以减少卸载混合料时产生的离析。为保证摊铺质量,需要合理调整摊铺速度与运料车的供料速度及混合料的拌合效率,使摊铺能力与运输能力及拌合能力能够很好地配合,保证连续稳定施工。如果摊铺机不得已要停机,在停机后需要尽快对已摊铺部分进行切边处理,然后做侧限处理,在下一次摊铺前需对摊铺机的熨平板进行预热,一般要预热到160℃～200℃。

2.3.3 层间粘结层施工

铺装下层与铺装上层之间结合层处选择的骨料为粒径5 mm～10 mm的碎石集料,其质量要求同浇筑式混凝土所用集料,结合料采用改性乳化沥青。在铺装下层摊铺一定距离后,在浇筑式沥青混合料凝固之前,进行层间碎石撒布,碎石撒布车在撒布过程中要连续匀速进行,保证碎石撒布均匀性。然后通过人工辊子碾压的方式,使撒布碎石的1/3～1/2粒径部分压入铺装下层中。铺装下层摊铺完成后,摊铺铺装上层前,在铺装下层上喷洒改性乳化沥青,然后再进行SMA面层铺装。

2.3.4 横缝、纵缝和边缘处理

在施工过程中应该合理确定摊铺幅度,在保证摊铺质量的前提下,尽量减少纵缝,根据工程实践经验,一般摊铺宽度为3 m左右,尽量设置成一个车道宽度。在确定摊铺幅度时要充分考虑其受力,在桥面静荷载和车辆荷载作用下,通过桥面系受力分析,在纵向腹板或加劲肋板处桥面铺装层顶面所受的横向拉应力最大,为最不利横向受力位置,因而应避免纵缝位置与纵向腹板或者纵向加劲肋板位置重合,并保证两者之间的距离在20 cm以上。同理桥面铺装层在横隔板处所受的纵向拉应力最大,为最不利纵向受力位置,要避免在此位置纵向1 m范围内产生横缝。铺装下层与铺装上层的横缝不得重合,上下层纵缝间距不应小于15 cm,横缝间距要在1 m以上。纵缝横缝及边缘处是铺装层病害发生的薄弱环节,对产生纵缝和横缝的位置做好记录,在以后的运营桥面养护中对这些位置进行重点监控。

横施工缝处要做成45°或60°热斜接缝,施工时要在斜接缝面上喷洒粘结料以保证层间结合良好。在纵接缝处及桥面边缘处加热,在纵缝或边缘处填充粘结性、密水性好的热熔橡胶材料使两不同铺装幅能够很好的粘结在一起,形成一个整体。