基于防水粘结应力吸收的桥面铺装技术浅析

2012-01-26田永强中铁十局集团青岛工程分公司山东青岛266555

中国建材科技 2012年1期

田永强(中铁十局集团青岛工程分公司，山东青岛，266555)

1 绪论

伴随我国交通事业的快速发展，大跨径桥梁，特别是大型跨江海桥梁的建设快速发展，钢箱梁桥梁由于其自重轻、造价低、架设方便等优点得到了广泛的应用。然而，钢箱梁桥梁的桥面铺装是一个世界性难题，传统沥青基材料在高温条件下与钢板协同变形较差，进而造成桥面铺装层极易产生推移、拥抱等病害，并逐步造成铺装层的大面积破坏。因此，研究开发适合于钢一混凝土组合梁桥面铺装的，集防水、粘结和应力吸收作用于一体的铺装材料，并对其铺装结构进行优化，对钢一混凝土组合梁结构的进一步推广具有重要意义。本文针对目前混凝土桥面铺装过程存在的各种问题，提供一种基于防水粘结应力吸收的，能够有效减缓混凝土桥梁发生钢筋锈蚀、冻融破坏的，可以防止沥青铺装层与桥面发生脱粘造成推移、拥抱等病害、延长混凝土桥梁的使用寿命的桥面铺装中间层材料以及结构的设计方法。通过本文研究，力求在提高混凝土桥梁耐久性和使用寿命的同时，对整个桥梁的行车安全性和行车舒适性也得到进一步的改善。

2 防水粘结应力吸收层作用机理分析

防水粘结应力吸收层的使用性能主要有以下几个方面的因素决定：(l)沥青与混凝土桥面和矿料的粘结力大小;(2)沥青自身的弹性恢复能力(荷载作用下的应力吸收效果);(3)沥青抵抗蠕变疲劳的能力(自身抵抗疲劳破坏的能力)。这些能力直接关系到防水粘结应力吸收层的结构防水性能，过渡粘结性能、应力吸收效果以及自身耐久性能等一系列性能指标。综合分析防水粘结应力吸收材料的作用机理，决定防水粘结应力吸收层性能。

l)防水粘结应力吸收层厚度以及沥青包裹碎石后产生的沥青膜厚度大小。合理的防水粘结应力吸收层厚度可以使得桥面组合结构具有最为优良的使用性能，合理的碎石以及沥青洒铺量能够使得桥面铺装结构具有优良的防水粘结性能和施工性能。

2)防水粘结应力吸收层用沥青的模量大小以及弹性恢复能力，这两项指标直接决定了防水粘结应力吸收材料的应力吸收效果，沥青的模量越小、弹性恢复能力越好，防水粘结应力吸收层的缓解应力集中作用越明显。

3)防水粘结应力吸收层用沥青的蠕变抗拉强度大小，这项指标直接决定防水粘结应力吸收层自身的抗疲劳性能的优劣。沥青蠕变抗拉强度越大，应力吸收层的疲劳寿命越长。

3.防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的制备

3.1 高粘度改性沥青母液的配合比优化设计

l)改性主剂掺量对沥青性能的影响分析

改性主剂对基质沥青的3大指标均有显著影响，针入度、软化点的变化表明沥青粘度变大，流动性变小，高温稳定性能提高。延度增加、低温柔性的断裂温度降低，说明改性主剂直接提高了沥青的低温抗弯拉性能，但提高效果并不明显。而沥青的韧性、粘韧性和弹性恢复的增加，说明沥青的抵抗荷载作用下的变形能增加。而随着改性主剂的增加，其分离软化点随之增加，说明沥青的储藏稳定性逐步降低，改性沥青的分层离析现象逐渐增加。但当SBS掺量超过8%后，改性沥青的针入度降低幅度明显增大，而其对软化点贡献度也明显减小。

2)增塑组分对改性沥青性能的影响

当SBS掺量为8%沥青低温性能并不十分明显，而且针入度值的相对偏低表明低温条件下沥青明显偏硬，容易产生脆裂情况，会严重的影响应力吸收层低温条件下的应力吸收效果，因此本文利用增塑剂对SBS掺量为8%改性沥青的低温性能进行进一步研究。增塑剂对改性沥青低温性能的产生显著地影响，延度、低温柔性和针入度试验的变化表明沥青在低温条件下的粘韧性能和抵抗弹性形变能力明显增加，其低温条件的柔性明显增加。实验结果表明增塑剂的加入能够明显降低低温对应力吸收层材料的不利影响。但随着增塑剂的增加，当其掺量超过4%其改性的效果逐渐减弱，因此确定增塑剂的掺量为4%。

3)增粘组分对改性沥青的性能影响

防水粘结应力吸收材料作为桥面铺装材料使用，在夏季高温条件下为防止桥面沥青混凝土铺装层发生推移、拥抱等病害，必须提高改性沥青高温粘结性能，因此本文通过添加增粘剂石油树脂，并对改性沥青的软化点、60℃粘度等高温性能指标进行研究，确定增粘组分的最佳掺量。增粘组分对改性沥青高温性能产生显著地影响，软化点和60℃粘度的变化表明沥青的高温粘结性能得到了明显提高，而低温性能也得到了一定的改善。但过高的软化点和高温粘度会导致改性沥青的制备和沥青混合料的的制备温度升高，导致无谓的能源消耗，因此选用增粘剂掺量为2%配制的改性沥青己经能够满足防水粘结应力吸收层的需要。

3.2 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的性能优化

废旧橡胶粉粒径对改性沥青的性能影响很大，分别选择20目一80目的废旧轮胎橡胶粉，先将基质沥青加热到160℃左右，然后分别按照橡胶沥青质量的15%缓慢加入橡胶粉，在190℃条件下高速搅拌60min，制备成不同类型的改性沥青。

随着废旧橡胶粉细度的增加，针入度、软化点以及延度均呈先增加后减小的趋势。当胶粉细度为40目时，软化点最高为95.4℃，延度最大为50.9cm，具有最为优良的使用性能。由此可见，对沥青改性并非胶粉细越好。而且胶粉越细，其价格也越高。所以，我们从以上的技术分析和经济等方面考虑，40目胶粉改性沥青具有最佳的性价比，由此确定采用40目胶粉作为防水粘结应力吸收层用改性沥青的胶粉最佳细度。

从拌合温度上看：随着温度的上升，橡胶粉在沥青越来越容易分散，因此在适当温度范围内提高温度可以提高橡胶粉的改性效率。但过高的拌合温度会使得橡胶粉以及沥青迅速老化，降低沥青的使用性能。本文研究发现，最佳使用性能出现的时间，在175℃条件下需要100min，200℃时，需要60min，且200℃改性沥青的使用性能最为优良。

从拌合时间上看：软化点、延度以及60℃粘度随搅拌时间的延长为先升高，然后降低，但是当温度超过220℃时，各项使用性能没有上升过程，直接转为下降。在不同拌合温度下，沥青达到最佳使用性能的拌合时间也不相同，随着拌合温度的增加，达到最佳使用性能的时间不断提前。说明通过提高拌合温度的方式可以提高橡胶粉在沥青中的反应速率，有利于改性沥青制备。

由以上分析可知：适宜的橡胶沥青搅拌温度为175℃～225℃，适宜的拌和时间为60一100min。选择的温度越低，需要的搅拌时间越长，橡胶粉脱硫降解的组分越多。当拌和温度为190℃时，改性沥青可以达到最为优良的使用性能，但是考虑到目前受橡胶沥青生产设备的限制，190℃的高温很难达到，为此选择180℃-185℃作为拌和温度，拌和时间为60一100min。

3.3 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的生产工艺

防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的生产工艺首先将一定比例的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性剂、增粘组分、增韧组分等改性剂同时加入基质沥青中，经过胶体磨高速碾磨分散后，再加入增容稳定组分进行搅拌，制的高粘度改性沥青母液。然后向高粘度改性沥青中加入废旧橡胶粉

在180℃-185℃条件下利用胶体磨高速碾磨高速剪切60-l00min。最后通过高温低速搅拌发育6h即可制得防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青。此工艺过程有以下优点：掺入改性剂，经胶体磨高速碾磨分散后，其在沥青中的分散均匀性及相容性得到改善，在SBS改性主剂与沥青形成空间网络结构后再加入橡胶组分，增强网络交织程度，提高改性沥青各方面的使用性能。

通过上文研究，综合考虑改性主剂、增塑组分、增粘组分、增容稳定组分以及废旧橡胶粉对改性沥青性能的影响以及高粘高弹改性沥青的成本问题，选择SBS掺量为5%、增塑剂掺量为4%、增粘剂掺量为2%、增容稳定剂掺量为2%、废旧橡胶粉15%，配置的防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青具有优良的使用性能。

4 防水粘结应力吸收层铺装技术

防水粘结应力吸收材料施工采用沥青碎石同步洒铺车进行铺装，要求将沥青喷出的改性沥青呈雾状均匀分布。为了使石料完全嵌入洒铺的高粘高弹改性沥青中，碎石应紧跟沥青迅速洒铺，并且安排钢轮压路机紧跟碾压。为使石料尽量洒铺均匀，应安排工人手持扫帚将碎石洒铺不均匀处迅速扫平。

4.1 混凝土桥面预处理工作

l)桥面混凝土板预处理

对桥面混凝土板进行平整度测定，利用混凝土拉毛找平洗刨设备对混凝土板进行平整及粗糙化处理。对于混凝土板的拼接处、裂缝处以及凹槽处，应采用高粘高弹改性沥青进行填补;对于较大的坑洞，可采用早强型混凝土材料或者高粘乳化沥青桥面修补材料进行补平处理。

2)基层混凝土板的清洁

在防水粘结应力吸收层铺装前必须保证桥面混凝土板清洁和干燥。首先对桥面混凝土进行喷砂打毛处理，然后利用鼓风机沿喷砂打毛方向吹净浮沉，最后用高压水枪进行冲洗。待桥面完全干燥后即可进行防水粘结应力吸收层的施工。混凝土板上的浮浆、灰尘以及水都会造成防水粘结应力吸收材料与混凝土板产生脱粘，从而造成其使用性能无法体现。

3)沥青的准备

在使用沥青前，沥青应保持低温存放，预使用前迅速将沥青温度升至185℃并将其直接注入沥青碎石洒铺车前方的沥青管中，在沥青碎石同步洒铺车中沥青加热温度不应超过190℃，同时沥青罐内应配有搅拌设备，防止高粘高弹改性沥青发生离析。

4)集料准备

碎石集料的取用应保证均匀稳定。开工前，应按照级配通过拌合楼加热筒，控制碎石集料的加热温度，集料加热至120℃，将集料加入沥青碎石同步洒铺车的后部的碎石洒铺仓，仓内应具有一定的保温措施，防止集料温度下降过快。