关于提高沿海地区沥青混合料桥面铺装耐久性的探讨

2018-06-14潘华良

西部交通科技 2018年2期

潘华良

(广西玉港高速公路有限公司，广西南宁 530000)

0 引言

广西沿海环境的基本特征是：高温、多雨、含盐，属于沿海盐湿热环境，历年来出现的极端最高气温多在36 ℃至42 ℃，极端最低气温一般在零下2 ℃至0 ℃[1]。在沿海盐湿热环境下，桥面铺装在行车荷载、风载和温度应力等共同作用下处于复杂多变的受力状态，不仅要满足一般行车要求和与桥面混凝土板的粘结性能，还要有良好的防水、抗盐蚀、抗剪切和耐疲劳等性能。本文结合广西玉林至铁山港铁高速公路(简称玉铁路)白沙头港跨海大桥实例，就如何提高桥面铺装耐久性技术进行探讨。

1 沿海盐湿热环境对沥青混合料桥面铺装耐久性的影响因素分析

沿海盐湿热环境对沥青混合料桥面铺装耐久性的影响，主要表现在以下两个方面。

1.1 沿海盐湿热环境对沥青混合料铺装材料耐久性的影响

沥青混合料在沿海高温、多雨、含盐等不利环境因素的影响下，力学性能和路用性能都会发生衰减。沥青混合料中的水分、盐分的主要来源就是通过沥青混合料孔隙渗透其中，特别是表面层沥青混合料出现裂缝后，含盐水分的渗入明显增加，同时，在行车荷载作用下，形成较大的动水压力，增大了盐水对沥青混合料的冲刷，增加了沥青混合料的老化，降低沥青-集料的粘附性。通过盐湿耦合作用，产生的主要病害为松散、剥落、坑槽等。

1.2 沿海盐湿热环境对沥青混合料桥面铺装结构体系耐久性的影响

沥青混合料桥面铺装由于铺装材料的空隙特征、层状结构、刚度差异及铺装层受力的复杂性等因素的限制，在沿海高温、多雨、含盐的环境中对桥面铺装体系的耐久性产生不利影响。沥青混合料桥面铺装常见病害中，由桥面铺装层层间或防水层自身引起的病害是常见病害的重要组成部分，特别是在高温多雨富盐地区，沥青混合料桥面铺装层层间的抗剪性能在行车作用和含盐雨水的共同作用下很容易受到破坏，引起拥包推移等病害。同时，由于桥面结构在形成荷载和外部环境荷载的共同作用下，其受力情况极其复杂，而水泥混凝土桥面板与沥青混合料铺装层存在协同变形差异，易造成层间结构破坏。

2 提高沥青混合料桥面铺装耐久性的技术分析及应对措施

玉铁高速公路是国家高速公路网广州至昆明高速公路和兰州至海口高速公路的连接线，是玉林通往北海铁山港的高速公路，是中国-东盟自由贸易区、泛珠三角区域的重要运输通道，是广西“四纵六横”公路网的重要组成部分。玉铁路白沙头港跨海大桥位于合浦县白沙镇内，桥长757 m，双向四车道，桥面铺装采用双层沥青混合料，于2012年9～10月进行施工铺筑，全线于2013-04-03正式通车。

根据沿海盐湿热环境对沥青混合料桥面铺装耐久性的影响因素，玉铁路白沙头港跨海大桥从沥青混合料桥面铺装的材料技术要求、桥面铺装结构体系优化和施工工艺控制等几方面采取相应的措施，提高沥青混合料桥面铺装的耐久性。

2.1 桥面铺装材料技术要求分析及应对措施

2.1.1 沥青混合料的低渗透性

从沥青混合料桥面铺装层渗入的水是桥面铺装体系水分的主要来源。沥青混合料铺装层渗透性越低，则含盐雨水、盐雾等从沥青混合料层渗入桥面铺装结构中的机率就小，对沥青混合料的盐蚀破坏就小，有益于桥面铺装体系的耐久性。

2.1.2 沥青与集料的高粘附性

根据表面构造理论，沥青-集料之间的粘附性对沥青混合料的路用性能有重要影响。影响沥青与集料之间粘附力的因素包括沥青与集料表面的界面张力、沥青与集料的化学组成、集料的表面构造、沥青的粘性、集料的孔隙率、集料的清洁度、集料表面的干湿程度、沥青与集料的拌合温度等。沿海盐湿热环境对沥青混合料性能的不利影响很大程度上表现为对沥青-集料粘附性的降低和破坏。

2.1.3 沥青混合料良好的抗盐蚀性

根据表面能理论，海水对不同的沥青-集料组合的粘附性影响也有所不同，因此，在材料选择时，需考虑不同的材料组成的沥青混合料的抗盐蚀性能。SBS改性沥青因其内部沥青相和SBS相相互交织成空间网状结构，盐离子进入其内部相对基质沥青更为困难，因此SBS改性沥青的抗盐蚀性能更为优越。

2.1.4 实际采取的措施

为了满足沥青混合料具有低渗透、高粘附、耐盐蚀等性能。玉铁路白沙跨海大桥采用玄武岩与SBS改性沥青作为沥青混合料桥面铺装材料，并使用骨架结构明显的密实性级配，现场混合料空隙率控制在3.0%～4.5%，使用纤维等添加剂提高沥青混合料的抗裂性能。

2.2 桥面铺装结构的要求分析和应对措施

2.2.1 良好的层间粘结力

沥青混合料桥面铺装常见病害中，有很大部分都是因为铺装层层间粘结力不足引起的。沥青混合料铺装层与水泥混凝土面板由于材料性质的不同，对粘结层沥青的吸收和粘结能力有较大差异，因此，在存在固有差异的同时，提高沥青混合料铺装层与水泥混凝土桥面板间的粘结力，保证粘结层的粘结力对桥面体系的耐久性有重要意义。

2.2.2 防水层抗盐蚀

沿海地区桥面铺装体系中的防水层的完好对桥梁结构的使用寿命起到一定作用，当含盐水分从沥青铺装层下渗进入防水层时，若防水层能有效阻隔含盐水分进入桥面板，则桥梁不会发生重大的结构破坏，而含盐水分一旦进入水泥混凝土桥面板中，不仅对桥面板发生强烈侵蚀，还会对桥梁中的钢筋产生锈蚀，引起结构破坏。

2.2.3 严密的防水体系

沥青混合料桥面铺装的防水体系包括排水系统和防水粘结层，含盐水分进入桥面铺装体系后会对沥青混合料、桥面板及粘结层性能都会产生影响。严密的防水体系要求桥面范围内的含盐水分能迅速排离桥面，而不进入沥青混合料内部引起混合料、粘结层和桥面板的损坏。

2.2.4 实际采取的措施

玉铁路白沙头港跨海大桥桥面铺装结构，为了同时具有优良的层间粘结、严密的防水体系和良好的变形协调性，当表面混凝土铺筑完成后，用露石剂对混凝土表面进行化学处理，处理后的表面构造深度为0.9±0.1 mm，达到露石效果后再喷洒SBS改性沥青粘结层；刚铺筑完沥青混合料上面层后，用沥青混合料将沥青铺装层与水泥混凝土构筑物边缘设置成斜坡或圆弧状构造，以避免含盐水分从沥青铺装层与桥面边缘缝隙进入桥面结构中(图1)。用SBS改性沥青将排水孔周围全部涂刷，防止水渗入结合处。

图1 沥青混合料桥面铺装特殊防水构造图

2.3 桥面铺装施工要求分析和应对措施

沿海地区特殊环境对桥面铺装的沥青混合料及施工工艺提出了更高要求，为提高它的耐久性，减少沿海盐湿环境对它的损害，需要严格控制施工的工艺，特别是关键细节的处理，对沥青混合料桥面铺装层的使用性能和耐久性都会有很大影响。玉铁路白沙跨海大桥施工时，做了如下处理：

2.3.1 粘结层的施工控制

玉铁路白沙头港跨海大桥桥面铺装体系中设置粘结层两层：(1)防水粘结层(位于桥面板之上)。该层施工前，均匀喷洒B&B水性无机渗透结晶型防水剂，采用人工辅助机械方式进行喷洒，确保全面覆盖整个桥面，干燥后才开始撒布沥青。洒布SBS改性沥青温度控制在165 ℃～170 ℃之间。采取预拌碎石撒布时橡胶沥青的温度应≥100 ℃，洒布量为1.2 kg/m2，预拌碎石的撒布量应采取控制在撒布面积60%～70%的方式，确保SBS改性沥青与碎石有很好的粘接性。预拌碎石撒布完成后，采用胶轮压路机碾压1～2遍，以保证预拌碎石与橡胶沥青层较好的连接，形成稳定均匀的防水粘结层体系。(2)沥青间粘结层(位于两层沥青混合料之间)。该层也采用了SBS改性沥青，施工过程同防水粘结层类似。

2.3.2 铺装层施工控制

沥青混合料的摊铺必须保证材料质量和施工质量，按如下开展：

(1)混合料生产过程必须确保混合料级配、温度等均匀稳定，不满足的混合料应废弃；保证现场摊铺工作能够连续进行；注意减少温度、摊铺离析。

(2)压实温度要在150 ℃以上，原则为紧跟慢压。

(3)纵向热接缝施工时，应保留10～20 cm宽度已铺混合料不进行碾压，作为后摊铺沥青混合料的基准面，最后跨缝碾压；上下面层相邻层的纵向施工接缝应错开至少30 cm。

3 铺装试验效果分析

2015年11月对开通两年半的玉铁路白沙头港跨海大桥进行实测，结果如下：

3.1 桥面弯沉值较小

通过采用Dynatest 8000 FWD落锤式弯沉仪检测，发现桥面铺筑路面结构的弯沉值较小(转换后的静态回弹弯沉值L20在3～5.3之间，平均为4.1，单位为0.01 mm)，而非桥面位置铺筑路面结构处产生了较大的弯沉(转换后的静态回弹弯沉值L20在10.9～22.9之间，平均为16.3，单位为0.01 mm)。