高粘弹改性沥青技术在钢桥面铺装上的应用

李丹

广州宏达工程顾问集团有限公司 518001

正文：

一、概述

随着城市建设的需要，桥梁建设规模、速度和技术创新迅速发展，钢结构桥梁凭借梁体轻盈、跨度大、施工便捷等优势得到广泛应用。由于经济增长，道路车流量和车辆货载急剧增长，钢桥桥面铺装也出现了诸如疲劳裂缝等多项早期病害，且伴随有多发、再现等特点。如何优化改进钢桥面板铺装，避免其与桥面之间的粘结破坏、疲劳裂缝等一系列病害，是当下亟需解决的问题。

二、钢桥面铺装影响因素分析

2.1 钢桥面铺装需满足的要求

钢桥面铺装没有普通路面铺装厚实稳重的基础，服役条件苛刻。一般需满足抗疲劳开裂性能 、热稳定性 、层间结合能力 、变形适应性 、密水性 、耐久性等要求。

2.2 钢桥面铺装主要影响因素

钢桥面铺装受力状况复杂、钢板吸热及传热能力强、钢桥面铺装与钢板粘结困难、钢板极易快速生锈、钢板变形大、钢桥面铺装维修养护困难等。

钢桥面铺装的施工有其特殊性，与普通道路具有厚重稳定的基层不同，钢桥面板容易变形，振动碾压过程中钢桥面板随之产生振动变形，大幅度的共振可能会造成沥青混凝土层本身的压实度、沥青混凝土层与钢桥面板间结合等受到影响，从而进一步降低了防水效果。

2.3 钢桥面铺装的破坏形式

主要有铺装层与钢桥面粘结不良，产生脱层、推拥等病害；铺装层抗疲劳变形能力不足，产生开裂、飞散等病害；铺装层密水能力欠缺或开裂引起的渗水，水分侵入产生桥面锈蚀。这几种破坏形式彼此关联，只要产生一种破坏，那么水分侵入引起锈蚀，会严重破坏桥面板与铺装层的粘结，使破坏形式逐步扩大。

三、方案设计考虑因素分析

3.1 钢箱梁结构形式、桥面坡度、承载能力、等等。

钢箱梁铺装厚度不宜过薄，通过铺装层将行车荷载分散传递至钢桥面板；厚度也不宜过厚，以减少变形时的弯拉应力；一般厚度在7cm～10cm为宜。

桥面铺装横坡可适当加大，方便排除积水；

钢箱梁桥面应注意排水设施的布置，不存留积水；

桥面可以轻量化设计，但应注意满足施工设备的需要；

桥面应能承受超载车辆经过，包括维修保养清洁的重型车辆经过。

3.2 气候环境要求

考虑因素：气候、环境因素、等等。

钢箱梁铺装需要因地制宜，贵阳地区全年气候温和，但夏季仍有30℃以上的高温天，冬季气温可达零下，一年四季温差较大，需要沥青混凝土铺装层具备良好的高温稳定性、低温抗裂性能。贵阳地区雨水较多，需要沥青混凝土铺装层提供良好的防渗水、防开裂、防冻融损坏的性能，以及良好的表面抗滑性能。

3.3 交通情况

贵阳市中环路为城市一级主干道，交通量大，夜间有重型车辆通行，呈现出“重载、大流量和渠化交通”的特点，需要从重交通特点出发，对设计指标、参数和结构组合进行研究，分析钢箱梁铺装的设计指标和参数。

3.4 其它因素

包括原材料、施工技术装备条件、施工人员技术水平、施工工艺操作难易度、工期、成本、等等。

四、铺装方案对比分析

4.1 环氧沥青混凝土

优点：强度高、刚度大、耐疲劳，高温抗车辙、低温抗裂、粘结性能好。

缺点：造价高昂、工期较长、施工参数及工艺要求较高、施工条件苛刻、须使用专用设备、后期保养维护和修补困难、

4.2 浇筑式沥青混凝土

优点：水密性、耐久性、抗冲击好，缩变性小。能吸收钢桥面特有的振动及弯曲变形。

缺点：

1、热稳定性不足，推拥病害的产生，易出现裂缝导致水渗入后产生大面积病害 。

2、高温施工，聚合物改性沥青在200℃以上老化，造成抗裂性能降低。

3、自流淌，在坡度较大情况下无法保证厚度均匀。

4、钢箱梁收缩变形与铺装层不一致，浇筑式沥青混凝土与钢箱梁桥面结合不牢固而产生病害。

4.3 普通双层SMA方案

优点：

1、强度高、造价低。工艺比较传统，施工复杂性降低；工人劳动强度降低；

2、SMA为骨架密实结构，在石料的嵌挤作用下，具有良好的稳定性和抗推拥的性能；

3、施工温度为150～170℃，生产温度在180℃，温度低，沥青老化程度较低；

4、表面构造较大，具有足够的抗滑性能，适宜作为面层结构。

缺点：

1、普通的SMA混合料本身的防水效果不及浇注式沥青混合料，特别对于边缘欠压部分，空隙率可能更大，密水性问题产生病害。

2、普通的SMA的抗疲劳能力不及具有更高沥青含量的浇注式沥青混凝土，因此在桥面反复变形下，一旦开裂，造成水损问题会更严重。

3、普通SMA的粘结性能不及浇注式沥青混凝土，往往形成脱层，然后造成推移、拥包。

4、在使用过程中路面温度高于普通地面道路，特别是铺装层下方接触钢桥面温度较高，使粘结层软化失去粘结力。

5、普通SMA的高温稳定性受制于材料本身的特点，不及环氧沥青混合料。

4.4 高粘弹度改性沥青铺装方案

优点：

1、性价比高，采用传统的沥青混合料铺装，具有比环氧沥青混合料更低的成本优势。

2、施工工艺成熟，工期短；

3、施工工艺与普通沥青混合料相近，避免了环氧沥青混合料的长期养生过程，无使用浇筑式沥青混合料的专用设备等要求。

4、采用高粘度改性沥青，热稳定性和变形特性优良，使用高粘弹改性沥青方案使SMA铺装层具有优异的综合物理力学性能，同时大幅度改善了SMA沥青混合料的施工和易性，实现静碾压实，避免因振动碾压造成压实度不足。

5、采用双层SMA特种沥青混合料铺装，具有良好的变形特性及抗疲劳特性。

缺点：施工参数及工艺要求较高、改性沥青砂胶储运须使用专用设备。

五、贵阳市南垭路（1.5环北段）钢桥面铺装的设计方案

5.1 高温抗车辙、界面联结性、抗疲劳性能要求

5.1.1 高温抗车辙性能要求

要求由铺装面层+粘层+铺装下层+缓冲层组成的组合结构在70℃下的车辙动稳定度不小于4000次/mm。

5.1.2 界面联接性能要求

要求在25℃条件下，由铺装下层+缓冲层+防水粘结层+钢桥面板组成的组合结构，铺装下层与钢桥面板之间的界面剪切强度设计值不小于1.2MPa，界面粘结强度设计值不小于1.0MPa。

5.1.3 疲劳强度

要求对由铺装面层+粘层+铺装下层+缓冲层+防水粘结层+钢桥面板组成的组合结构，采用五点加载疲劳试验对铺装结构的疲劳性能进行评价，在五点加载下组合结构试件的疲劳次数不小于100万次。

5.2 钢桥面铺装施工主要存在问题及解决思路

5.2.1 密水性问题

主要由于碾压时钢桥面板随着压路机同时共振，压实功未被SMA混合料铺装层吸收，造成局部混合料压实度不足。1、采用静碾压实方式； 2、采用密水性良好的材料作为防水粘结层，辅助防水。

5.2.2 变形适应性

为防止渗水加强了SMA混合料与钢桥面之间的防水粘结层之外，还应改善混合料抗疲劳变形能力1、采用高粘度沥青，增加沥青混合料的韧性、抗疲劳能力； 2、采用粘结能力较高的材料作为防水粘结层。

5.2.3 高温稳定性

在使用过程中路面温度高于普通地面道路，特别是铺装层下方接触钢桥面温度较高，使粘结层软化失去粘结力。1、采用高粘度沥青，改善混合料的抗车辙性能； 2、采用热固性材料作为防水粘结层。

5.3 桥面铺装组合结构组成

一般段钢桥面铺装总厚度80mm，主要结构组成为：38mm高弹改性沥青SMA-13+4mm（缓冲层+防水粘结层）+38mm高弹改性沥青SMA-13。

六、贵阳市南垭路（1.5环北段）钢桥面铺装的施工作业要点

6.1 施工工艺流程图

作业程序分为钢板除锈及防腐、防水粘结层、缓冲层、粘层以及SMA改性沥青混凝土的拌制、运输、摊铺和碾压几道工序，紧密配合、协调一致。

6.2 结合料要求

6.2.1 钢桥面铺装的结合料应使用高粘度沥青，以改善沥青混合料的抗车辙能力。

6.2.2 钢桥面铺装的结合料应尽量减少老化过程，以改善沥青混合料的抗裂、抗疲劳破坏的能力。

6.2.3 应采用施工时粘度较低的沥青结合料，为静碾压实提供条件。

6.2.4 采用高弹粘改性沥青，提高与石料的粘附能力 ，高韧性，加强抵抗常温疲劳能力，高弹性，提高低温延展能力。

6.3 防腐层要求

1、钢箱梁构件出厂时已经经过防腐处理，但在安装施工过程中会破坏其防腐漆面，因此仍有必要在铺装前进行防腐处理。

2、除锈工艺后，防腐漆是防水防腐的最后一道防线，不应省略。

防腐层要求：

除锈达到Sa2.5级，粗糙度80μm～100μm；

环氧富锌漆1遍～2遍，厚度80μm以上。

环氧富锌漆中的金属锌含量应大于70%，HG/T 3668-2009“富锌底漆”中II-2型。

环氧富锌底漆中，锌作为钢箱梁构件阴极保护用的牺牲阳极，起到电化学保护作用，在腐蚀后期过程中，锌腐蚀沉积物屏蔽保护，即形成的碱式碳酸锌结构致密且不导电，是难溶的稳定化合物，能够阻挡和屏蔽腐蚀介质的侵蚀，起到防蚀效果。

6.4 防水粘结层要求

1、防水粘结层是承上启下的关键；要在防腐层彻底固化并检测合格后，方可进行防水粘结层施工

2、施工前要对桥面板进行清洁处理，处理掉全部油污、水分及其他污染物。与沥青混凝土、环氧富锌漆均需要粘结牢固；

3、防水粘结层需要致密，保证水分不渗入；

4、尽量减少施工设备对防水粘结层的破坏

5、工期紧张时快速施工；

6、满足粘结与防水需要前提下控制成本；

7、减少施工工序，方便施工工艺控制，保证质量；

6.5 缓冲层施工

改性沥青砂胶所采用的矿粉应加热干燥，将矿粉分批加入搅拌罐并逐步升温至220℃左右，搅拌保温，拌合均匀后矿粉无任何结团现象。

改性沥青砂胶采用人工挂铺法施工，施工厚度为3-5mm。改性沥青砂胶施工温度为200-220℃，施工完毕后应无气泡和脱空现象。

6.6 粘层施工

改性乳化沥青粘层施工符合以下要求：

改性乳化沥青粘层采用洒布车喷洒，并选择适合的喷嘴，洒布速度和喷洒量保持稳定。气温低于10℃时不得喷洒，基面潮湿时不得喷洒。

待乳化沥青破乳、水分完全蒸发后应及时铺筑沥青铺装层，确保粘层不受污染。

6.7 侧向防水与边缘防水要求

必要性：

SMA铺装层在边缘处容易出现压实度不足现象，形成水分侵蚀的通道。

侧向防水与边缘防水要求：

1、环氧沥青应涂刷至防撞墙上，高度不低于5cm。

2、在环氧沥青施工完成之后，于防撞墙上倚墙粘贴自粘性防裂贴。粘贴防裂贴时注意高于铺装层厚度，于上面层铺装后裁剪多余部分。

3、自粘性防裂贴应选择沥青质地且较厚的产品，SMA铺装后防裂贴应融于铺装层侧面，起到侧向防水、边缘防水的作用。

6.8 铺筑试验路段

1、钢桥面铺装各个工序正式施工前应实施试验段，包括钢板的喷砂除锈、防水粘结层涂布、沥青混合料铺装层摊铺等不同工序。

2、试验路段获得数据

SMA高弹改性沥青混凝土面层施工配合比、最佳沥青含量、松铺系数、压实机具和方法、摊铺速度、温度控制、试验段施工渗水系数、各项质量技术控制指标。试验段所有材料性能指标、混合料配比、各工序施工工艺、各铺装层完工后的检测结果均满足设计及规范要求后，方可进行实桥主体铺装施工。

结语

SMA高弹改性沥青混凝土面层铺装方案工艺简单、快速、无需大型专用设备，技术体系已日渐成熟、完善，在多个地区的市政钢箱梁桥面铺装项目中，得到了推广和应用。贵阳市南垭路（1.5环北段）于2016年12月建成通车，其中第一合同段盐沙立交和蛮坡立交部分主线和匝道设计为钢箱梁，共计16联/17520平方米。桥面铺装采用了高粘弹改性沥青技术，取得了良好的使用效果。