混凝土桥面铺装病害成因分析及中修设计

2017-12-19王伟成宋贤喆

城市道桥与防洪 2017年11期

关键词：罩面装层薄层

王伟成，宋贤喆

（南昌市公路勘察设计院，江西南昌330077）

混凝土桥面铺装病害成因分析及中修设计

王伟成，宋贤喆

（南昌市公路勘察设计院，江西南昌330077）

结合某混凝土桥面铺装的实际情况，通过现场调查发现该混凝土桥面铺装存在混凝土桥面开裂与破损、薄层环氧罩面剥落等病害。全面分析了病害产生的原因，并在此基础上提出了该混凝土桥面铺装的中修设计方案，采用加铺极薄罩面、抛丸、环氧修补砂浆、清灌缝等处治方法，修补原桥面铺装病害。以期为其他相似工程提供参考与借鉴。

混凝土桥面铺装；中修设计；开裂；极薄罩面

1 概述

某混凝土预应力混凝土空心板桥位于南昌市境内，因2008年冰灾除冰时损伤了表面功能，养护过程中加铺了一层4 mm左右的薄层环氧罩面（桥面铺装结构见表1），经过多年的通车营运，这座桥出现了不同程度的破坏现象，尤其是薄层环氧罩面出现了明显的剥落，给桥面的行车舒适性和安全性造成了较大影响。

表1 原桥面铺装结构

结合现场路况调查情况，该座桥面铺装病害主要是水泥混凝土桥面开裂、破碎和薄层环氧罩面剥落等类型，呈现以下特点：

（1）水泥混凝土桥面开裂，如图1所示。

（2）水泥混凝土桥面破碎。该混凝土桥面均存在一定程度的破碎现象，尤其是在桥梁伸缩缝两侧、行车道和超车道之间的纵缝位置，如图2所示。

（3）薄层环氧罩面剥落。该桥薄层环氧罩面均存在明显剥落现象，尤其在上下坡路段剥落情况非常严重，如图3所示。

图1 水泥混凝土桥面开裂

图2 水泥混凝土桥面破碎

图3 薄层罩面剥落

2 病害成因分析

结合该混凝土桥所处的气候、水文地质及交通组成、材料设计、施工等因素，对上述病害产生的原因进行如下分析。

2.1 水泥混凝土桥面开裂与破碎

该混凝土桥面铺装开裂和破碎是由以下几种因素综合作用产生的：

（1）主梁混凝土与桥面铺装层黏结不足。桥面铺装层施工前，应对主梁混凝土表面进行精铣刨处治，首先要清除主梁混凝土表面的浮浆；其次，在正式施工前，应对主梁混凝土表面进行清扫，保证表面整洁、干燥；最后采用同步碎石封层，加强主梁混凝土与桥面铺装层黏结，如处理不当，易造成桥面铺装开裂与破碎。

（2）混凝土的干缩作用。桥面铺装混凝土施工时，常采用泵送混凝土，泵送混凝土坍落度较大，经常掺加外加剂，采用较多的水泥用量和较大的水灰比，所以泵送混凝土的干缩作用更为明显。水泥用量大时，水化热大，混凝土桥面铺装层的温差大，产生变形约束。加上混凝土铺装结构层凝结硬化过程中的抗拉强度小，一旦干缩和温缩产生的拉应力超过自身的抗拉强度，将导致桥面铺装层混凝土内部及表面产生裂缝。

（3）桥面铺装混凝土质量的影响。桥面铺装的使用寿命受桥面铺装混凝土自身施工质量的直接影响。如原材料质量不好、水灰比控制不好、砂率过大、砂石级配差、混凝土拌和物和易性差及施工时漏振、模板漏浆等，易造成混凝土出现蜂窝、麻面、强度降低等诸多缺陷，这些缺陷严重影响了混凝土铺装层的整体性，降低了桥面铺装层抗开裂、抗冲击、抗弯曲及抗磨耗的能力。

（4）超载及动荷载影响。超载车辆的荷载远超设计荷载，造成桥梁和桥面铺装层设计寿命变短，桥面铺装混凝土层病害加剧。加上在桥面不平整、有高差和不连续的地方，如伸缩缝等处，易遭到大型轮载带来的冲击破坏。

2.2 薄层环氧罩面剥落

原薄层罩面出现了不同程度的剥落，主要原因如下：

（1）铲运积雪造成的剥落。冬季冰雪天气条件下，为保障车辆通行的顺畅和安全，养护部门通常采用铲车铲运桥面铺装上的积雪。铲运过程中势必会对薄层罩面造成一定的损坏，这是造成薄层罩面剥落最主要的原因之一。

（2）环境因素的影响。薄层罩面在桥面铺装层的表面，长年累月直接经受雨水、日照等环境因素的直接作用，造成薄层罩面材料中结合料的老化，黏结力下降，造成薄层罩面剥落。

（3）车辆荷载作用。邵怀高速公路车流量大，重载、超载车辆多，对桥面铺装提出了更高的要求。尤其上下坡路段，车辆行驶过程中产生的水平剪应力大，使薄层罩面产生剥落（江口特大桥右幅下坡路段、左幅上坡路段是三座桥梁薄层罩面剥落最为严重的路段）。

（4）水泥混凝土桥面铺装与薄层罩面黏结欠佳。水泥混凝土桥面铺装与薄层罩面的黏结性能的好坏决定了桥面铺装性能的优劣。薄层罩面施工前，应对水泥混凝土桥面铺装进行必要的处理，并将混凝土松散颗粒、砂石、污泥等杂物清除干净。若水泥混凝土桥面铺装表面没有进行处理或处理不到位，局部路段水泥混凝土桥面铺装与薄层罩面的黏结性能欠佳，也会造成薄层罩面的剥落。

（5）水泥混凝土桥面铺装潮湿状况下，铺装薄层罩面极易造成罩面材料与底层混凝土黏结不牢，容易开裂。

3 中修设计方案

根据设计方案比选、基础资料和实地调查分析，该混凝土桥面铺装中修工程采用加铺极薄罩面，并采用抛丸、环氧修补砂浆、清灌缝等处治方法，修补原桥面铺装病害。

3.1 原薄层罩面清除和混凝土桥面铺装抛丸

（1）首先将原薄层罩面清除，然后进行抛丸处治，把原桥面铺装混凝土表面浮浆清除并打毛，形成具有一定粗糙度要求的桥面铺装表层，从而加强罩面层与桥面铺装的黏结。

（2）抛丸范围为桥面铺装层全桥范围。

3.2 水泥混凝土桥面铺装裂缝处治

（1）对于宽度小于0.5 mm的可以不做处理，通过后继施工的环氧黏结层材料渗入裂纹中予以修补。

（2）对于大于0.5 mm的铺装层裂缝采用混凝土地面硬化剂进行灌缝处治。

3.3 水泥混凝土桥面铺装破碎的处治

（1）对于破碎处治面积较大的桥面铺装，可采用切割机配合风镐对水泥混凝土桥面铺装进行切除。对于破碎处治面积较小的桥面铺装，可采用小型冲击钻配合手工切除原破损区域。施工过程中不得切断水泥混凝土桥面铺装层内的钢筋。

（2）切除范围应覆盖整个破碎区域，并应包含周边混凝土5 cm区域；处治深度应根据现场实际情况确定，设计按平均处治深度8 cm计算。

（3）切除后，清除洞内杂物，在坑槽底部和侧部刷涂环氧黏结剂，并及时采用环氧修补砂浆回填，振捣密实、抹平。

3.4 加铺极薄罩面

极薄罩面由表面磨耗层和黏结防水层构成。表面磨耗层能提供一个安全、舒适、耐久的行驶表面，恢复路面的表面功能，提高路面的抗滑性能，降低路面噪声，改善路面的平整度。黏结防水层能够保证极薄罩面与原路面结合紧密，防止雨水下渗，并可封闭基底混凝土的微小裂缝。

极薄罩面是一种通过摊铺设备将冷拌特殊环氧改性沥青混合料快速摊铺成型的高效养护方案，厚度一般为0.7～1.5 cm，典型厚度为1.0 cm，主要应用于高等级路面的预防性养护和水泥混凝土桥梁的“白改黑”加铺工程中，减少铺装层厚度及荷载，也可作为新建道路的表面磨耗层，具有抗滑、抗裂、降噪、耐磨、防水、环保等特点，可有效改善路面平整度与路面标线对比度。极薄罩面的混合料采用半开级配，结合专用黏层油，可以实现1.0 cm厚度的微薄摊铺同时保证与原路面良好黏结。半开级配混合料表面具有良好的粗糙纹理结构，同时特殊的柔性结合料使得极薄罩面能够提供安静的行驶环境。其独特的环氧改性沥青性能使得极薄罩面具有良好的高温稳定性，且交通量越大极薄罩面与原路面黏结越牢固。

极薄罩面是一种轻质高韧、高黏高弹的新型环氧沥青混凝土桥面薄层材料，与基材黏结强度高、防水耐磨性能好、协同变形能力强、自重轻，非常适用于对旧桥进行薄层铺装改造、新桥超薄层的铺装。

该材料主要由复合高韧环氧沥青与耐磨材料组成，并配套使用自主研发的专用黏层油与促强养护剂，使之形成一个完整的整体。