组合连续梁浇注式铺装层防水粘结层优化设计研究

张顺先，吴玉刚，曹晓峰，尹敬泽

(1.广东省长大公路工程有限公司，广州　514000； 2.广东省公路建设有限公司，广州　514000；3.广东省交通集团有限公司，广州　514000)

组合连续梁浇注式铺装层防水粘结层优化设计研究

张顺先1，吴玉刚2，曹晓峰3，尹敬泽2

(1.广东省长大公路工程有限公司，广州514000； 2.广东省公路建设有限公司，广州514000；3.广东省交通集团有限公司，广州514000)

摘要：以国内某著名大桥桥面铺装工程为研究背景，针对组合连续梁浇注式沥青混凝土GA10产生的气泡、鼓包现象，以外观表现、空隙率和弯曲应变比作为评价指标，在试验路上采取不同措施进行27种优化方案试验研究。研究结果表明：采用“环氧树脂+碎石+溶剂型粘结剂”作为防水粘结层能较好地解决组合连续梁浇注式沥青混凝土GA10的气泡、鼓包现象。研究成果可为其它类似桥面铺装工程提供较好的借鉴。

关键词：桥面铺装；浇注式沥青混凝土GA10；防水粘结层；优化设计

1工程概况

国内某著名桥梁地处珠江口伶仃洋海域，是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程，是具有国家战略意义的世界级跨海通道。该桥主体工程分为深水区通航孔桥和浅水区非通航孔桥，其中浅水区非通航孔桥采用85 m跨组合连续梁。按照原设计方案，组合连续梁桥面铺装采用45 mm改性沥青SMA-13+改性乳化沥青粘结层+35 mm浇注式沥青GA10+玻璃纤维加筋溶剂型粘结剂的铺装结构形式，如图1所示。

图1　组合梁桥面铺装原设计方案结构

2原设计方案实施过程及结果

2.1原设计方案实施过程

为验证原桥面铺装体系施工工艺、施工组织和人员机械设备组合情况，在组合连续梁混凝土试验路上按原设计方案进行施工。采用车载式抛丸机对组合连续梁混凝土基面进行喷砂抛丸处理。抛丸机行走速度为15 m/min，抛丸后组合连续梁混凝土基面粗糙度符合设计文件要求。采用溶剂型粘结剂自动喷涂机进行玻璃纤维溶剂型粘结剂施工，待溶剂型粘结剂完全固化后施工浇注式沥青混凝土GA10，试验过程如图2所示。

图2　原设计方案施工过程

2.2原设计方案实施结果

浇注式沥青混凝土GA10施工过程中，发现沥青混凝土表面产生了大量气泡、鼓包现象。对产生气泡、鼓包的沥青混凝土进行现场取样，发现其内部出现明显的气孔，如图3所示，不符合浇注式沥青混凝土GA10密实、空隙率几乎为零的要求[1-2]。

图3　浇注式沥青混凝土GA10外观表现

为验证产生气泡、鼓包现象的浇注式沥青混凝土GA10路用性能状况，以空隙率和弯曲应变比作为评价指标，对产生气泡、鼓包现象的混凝土现场取样与室内试件(严格按照设计文件要求和生产级配成型，与现场试验段取样试件尺寸相同)进行对比，测试其空隙率，如表1所示。按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[3]中的弯曲试验方法，测试产生气泡、鼓包现象浇注式沥青混凝土GA10的弯曲性能衰减情况。 产生气泡、鼓包现象的浇注式沥青混凝土GA10弯曲应变比如表2所示。

由表1和表2可知，产生气泡、鼓包现象的浇注式沥青混凝土GA10空隙率为2.4%，不符合浇注式沥青混凝土GA10空隙率小于1%的要求[4-7]；弯曲应变比为79.2%，弯曲应变比衰减20.8%。试验结果表明，浇注式沥青混凝土GA10内部产生的气泡、鼓包现象对混凝土空隙率及弯曲应变均产生一定影响，从而反映出其对浇注式沥青混凝土GA10路用性能及耐久性会带来不利影响。

2.3原因分析

上述浇注式沥青混凝土GA10出现气泡、鼓包现象，其主要原因是沥青混凝土施工温度较高(220～240 ℃)[8]，在高温状态下，组合连续梁混凝土面板中未完全参加水化反应的自由水以及混凝土减水剂中的水变成水蒸气，而溶剂型防水材料不能完全有效封闭水蒸气，从而导致铺装层出现大量气泡、鼓包。

表1　产生气泡、鼓包的浇注式沥青混凝土GA10空隙率

表2　产生气泡、鼓包的浇注式沥青混凝土GA10弯曲应变汇总

3防水粘结层优化措施

3.1采取措施

为充分发挥浇注式沥青混凝土GA10路用性能特性，防止其产生气泡、鼓包现象，提出了以下几种改进措施，并在后续试验路上加以实施。

措施1：防水粘结层采用环氧树脂封闭层+碎石(机制砂)+溶剂型粘结剂形式。

措施2：防水封闭层采用高渗透高粘结性能乳化沥青。

措施3：对混凝土面板进行干燥处理。

措施4：防水粘结层采用甲基苯烯酸树脂(MMA)类防水材料。

根据以上4种措施，在试验路上实施了27种优化方案，其中环氧树脂选取5种不同厂家的产品。各方案布置如图4所示。图4中，①～⑤代表不同厂家的环氧树脂。

3.2浇注式混凝土GA10外观状况表现

按照图4所示27种试验方案进行浇注式沥青混凝土GA10铺筑，其施工外观表现状况如图5所示。铺筑结果显示，采用合理的优化方案可减少GA10沥青混凝土外观表面产生气泡、鼓包现象，从而可保证并延长GA10沥青混凝土使用寿命，使其发挥应有的路用性能。各方案外观表现如图6所示。

为直观检验各优化方案的外观效果及可行性，铺筑了试验路，对试验路进行了检测，发现采用方案7、8、12、13、14、19、20、21、22、23、25、26等铺筑的浇注式沥青混凝土GA10外观表现较理想，未产生气泡、鼓包现象，表明“环氧+碎石+溶剂型(玻璃纤维)+GA”铺装方案原则上可行，能减少浇注式沥青混凝土GA10产生气泡、鼓包问题。但有部分“环氧+碎石+溶剂型粘结剂”方案外观表现并不理想。如方案5、6、9、10、11等，铺筑时浇注式沥青混凝土GA10表面出现了大量气泡、鼓包。调查分析表明，由于浇注式沥青混凝土GA10自身施工工艺特点如拌和温度高、摊铺温度高等超出了部分环氧树脂的高温耐久极限，故导致环氧树脂封闭层不能承受浇注式沥青混凝土GA10的高温作用，致使环氧树脂封闭层出现融化、破裂等现象，从而导致浇注式沥青混凝土GA10表面出现大量气泡、鼓包。

图4　试验路27种优化方案

图5　不同方案下浇注式沥青混凝GA10土外观表现状况

因此，选择环氧树脂时，除应进行常规性能检测外，还应充分考虑环氧树脂的耐高温性能。在环氧树脂类材料生产与配制过程中，应通过物理或化学手段改进环氧树脂耐高温性能，以使其适用于浇注式沥青混凝土GA10铺装体系。

图6　试验路各方案外观表现效果

3.3浇注式沥青混凝土GA10空隙率状况

为检验不同优化方案浇注式沥青混凝土GA10铺装层空隙率变化情况，对现场取样的浇注式沥青混凝土GA10采用水中称重法计算其毛体积密度，各方案铺装层空隙率情况如图7所示。部分方案由于防水粘结层在浇注式沥青混凝土GA10的高温作用下不能有效隔绝组合梁混凝土中水分的蒸发作用，导致铺装层产生大量气泡、鼓包现象，并致使浇注式沥青混凝土GA10内部存在空隙，从而导致混凝土空隙率较大，超过空隙率小于1%的要求[4-7]。部分方案由于采用“环氧树脂封闭层+碎石+溶剂型粘结剂”形式作为防水粘结层，减少了连续组合梁混凝土中水分的蒸发，并防止铺装层外观出现气泡、鼓包现象，使浇注式沥青混凝土GA10空隙率小于业界公认的1%标准，但并非所有将环氧树脂封闭层作为防水粘结层的浇注式沥青混凝土GA10其空隙率都小于1%，而是只有环氧树脂耐高温性能较好，且在混凝土摊铺过程中外观状况表现良好的环氧树脂封闭层方案其实测混凝土空隙率才小于1%。因此，进行方案选择时应充分考虑环氧树脂耐高温的特点。

图7　各方案浇注式沥青混凝土GA10空隙率值

4结论

1) 按原方案施工的浇注式沥青混凝土GA10产生气泡、鼓包现象主要原因是其施工温度较高(220～240 ℃)，在高温作用下连续组合梁混凝土中未完全参加水化反应的自由水及减水剂中的水变成水蒸气，从而产生气泡、鼓包现象。

2) 产生气泡、鼓包现象的浇注式沥青混凝土GA10其空隙率为2.4%(大于1%的规范要求)，且其弯曲应变比损失为20.8%，表明气泡、鼓包对浇注式沥青混凝土GA10空隙率及弯曲应变均产生一定的不利影响，也反映出其对浇注式沥青混凝土GA10路用性能及耐久性带来不利影响。

3) 将“环氧树脂+碎石+溶剂型粘结剂”形式作为防水粘结层能有效降低浇注式沥青混凝土GA10的气泡、鼓包产生频率，但应选择耐高温性能较好的环氧树脂。

4) 本文研究成果解决了连续组合梁浇注式沥青混凝土按原方案铺装产生的气泡、鼓包现象，延长了浇注式沥青混凝土GA10路用性能及耐久性，可为其它类似桥面铺装工程提供较好的借鉴。

参 考 文 献

[1]皮育晖，陈仕周．浇注式沥青混凝土GA10在桥面铺装中的应用[J]．中外公路，2006，26(1)：155-158.

[2]张顺先.江阴长江大桥钢桥面铺装层改性沥青浇注式混凝土的组成与性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2009.

[3]交通运输部公路科学研究院.JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程 [S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]British Standards Institution.BS6925:1988. Mastic Asphalt for Building and Civil Engineering Work(Limestone Aggregate)[S]．London：British Standards Institution，2000.

[5]British Standards Institution.BS5284：1993. Methods of Sampling and Testing Mastic Asphalt and Pich Mastic Used in buiIding[S]．London：British Standards Institution，2000.

[6]李洪涛，黄卫． 浇注式沥青混凝土GA10在日本桥面铺装上的应用[J]．华东公路，1999(3)：39-42.

[7]British Standards Institution.BS 1447:1988. Specification for Mastic asphalt (limestone fine aggregate) for roads, footways and pavings in building [S]. London: British Standards Institution，1988

[8]潘承维．Guss沥青混凝土成效特性之研究[D]．台湾：国立中央大学，2002.

Research on Optimized Design of Waterproof Bonding Layer in Combined Continuous Beam Casting Payment Layer

ZHANG Shunxian1, WU Yugang2, CAO Xiaofeng3,YIN Jingze2

Abstract:With the deck pavement project of some famous bridge at home as the research background, in allusion to bubbles and bumps produced in casting asphalt concrete GA10, and with appearance performance, porosity and bending strain ratio as evaluation indices, this paper takes different measures on test road to perform experimental study of 27 optimized schemes. The results of study show that “epoxy resin+gravel+solvent based adhesive” adopted as waterproof bonding layer can better deal with bubbles and bumps of casting asphalt concrete GA10. The results of study can provide a good reference for other similar deck pavement projects.

Keywords:deck pavement; casting asphalt concrete GA10; waterproof bonding layer; optimized design

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.012

基金项目：国家重大科技支撑计划项目(2011BAG07B03)

收稿日期：2016-01-11

作者简介：张顺先(1984-)，男，黑龙江省讷河市人，博士，工程师。

文章编号：1009-6477(2016)03-0048-04中图分类号：U416.217

文献标识码：A