精表处预防性养护技术在钢桥面铺装中的应用研究

彭祝涛, 程 广, 黄 勇, 尚 飞

(1.重庆市智翔铺道技术工程有限公司, 重庆 400060; 2.安徽省交通控股集团有限公司, 合肥 230031)

近年来,我国建造了一大批大跨径悬索桥、斜拉桥及其他形式钢桥,它们是交通网的咽喉要道,其交通荷载和通行量压力远超普通道路。在交通荷载和各种环境因素的作用下,钢桥面的抗滑性能和承载能力逐渐衰减,服务能力逐渐下降。市面上成熟的预防性养护技术方案,大多用于普通路面养护工程,而钢桥面铺装因其铺装材料特殊、结构为柔性体系、交通荷载繁重等特点,普通的预防性养护技术在钢桥面铺装上应用效果不佳。如雾封层技术能解决一般路面松散脱落、裂缝、渗水等病害,但不能改善钢桥面铺装的表面构造及磨耗性能,甚至可能导致抗滑性能下降;石屑封层在交通量较大、车速较高的钢桥面铺装上易出现集料被车轮带走的问题;稀浆封层采用普通乳化沥青,性能较差,也难以满足钢桥面铺装重交通的使用要求;薄层罩面采用热拌沥青混合料的空隙率较大,防水性差,易产生贯穿裂缝,不宜在钢桥面铺装上使用[1]。针对钢桥面铺装的预防性养护技术,尽管国内也出现了一些热反射涂层、高韧性树脂薄层罩面等技术,但均未大范围推广应用[2-3]。

精表处技术是在借鉴含砂雾封层、石屑封层、微表处、超薄磨耗层等预养护技术的基础上,衍生的一种高性能的冷拌冷铺功能结构层。该技术通过隔离和封闭原路面防止水、空气、阳光对下层路面的侵入和老化,并提供新筑的抗滑磨耗表层,可起到矫正原路面的细料失散,封闭微细疲劳裂纹,重建路面的抗滑性能,增加行车安全性能等作用,达到沥青路面预防性养护的目的[4-10]。

精表处技术采用机械一体化喷洒/撒布施工,具有经济高效、低碳环保、性能可靠及快速开放交通等优点,在国内已有许多成功应用案例,主要应用在高速公路、国省道、县乡道、城市快速路以及城市道路等在内的各等级公路[11-19],但在钢桥面铺装工程中鲜有应用报道。为此,本文将探讨精表处预防性养护技术在钢桥面铺装上的应用情况。

1 精表处及材料性能

1.1 精表处结构

精表处主要由高粘改性乳化沥青、界面保护剂和单粒径集料组成,采用专用施工车,依次将高粘沥青粘接料、集料、界面保护剂等材料,分层洒布/撒布至原路面,使用胶轮碾压,并可在原路面形成2 mm～8 mm厚度磨耗层的新型预养护技术,结构见图1。

单位:mm

1.2 材料性能

高粘改性乳化沥青和界面保护剂为施工方自主研发材料,而集料为3 mm～5 mm玄武岩集料,主要的材料性能指标见表1～表3。

表1 高粘改性乳化沥青指标

表2 界面保护剂性能指标

表3 集料性能指标

1.3 技术特点

1) 表面裹覆有丰富的高粘沥青膜,能有效减少摩擦和振动等产生的噪音。

2) 在表面形成全新的构造纹理和摩擦界面,可大幅度提高表面抗滑性能。

3) 沥青洒布量大,能对原路面的微小裂缝进行封闭和灌注,并具有良好的抗渗水性能。

4) 在常温状态下施工,具有节能环保,绿色低碳的特点。

2 实桥工程应用

2.1 工程概况

某大桥为2×1 080 m的3塔2跨悬索桥,双向6车道,设计车速为100 km/h,钢桥面铺装结构采用甲基丙烯酸树脂防水体系+33 mm浇注式沥青混凝土+35 mm高弹改性SMA结构,见图2。大桥于2013年底开始通车运营,据不完全统计,大桥综合日交通量在3万辆,且重载交通量比例约为35%。

图2 钢桥面铺装结构

大桥铺装已运营9年,在对钢桥面铺装的使用状况进行定期检测中发现,该桥超车道和行车道的钢桥面铺装表面出现疲劳开裂和局部段落抗滑性能衰减等问题,亟需处理段落有4段,合计长度2 090 m。为解决钢桥面铺装性能衰减问题,在铺装表面上实施了精表处预防性养护技术。

2.2 实施流程

将钢桥面铺装表面清扫干净后,采用一体化精表处施工车依次将高粘沥青粘接料、细集料、界面保护剂等材料洒布/撒布至铺装表面,并利用胶轮碾压提高粘结性能和加速破乳。本项目在钢桥面铺装上形成磨耗层厚度为4 mm～6 mm。

精表处施工工艺如下,实桥应用情况见图3。

1) 工前检测

正式喷洒前,对喷嘴疏通情况逐个试喷检查,防止喷涂过程中出现堵塞、洒布不均等现象。

2) 界面防护

对原铺装的车道标线、行车道中指示文字、箭头标识等在表面粘贴胶带,以保证在施工洒布过程不受胶结料和保护剂的污染。

为保证施工质量,确保材料喷涂的均匀性,在施工区域外3 m范围内覆盖胶布。当施工车通过胶布区域时,精表处高粘乳化沥青、界面保护剂等液体喷洒量和骨料撒布量等保持稳定后,即可驶入工作面正常作业。

3) 精表处喷洒/撒布

采用一体化的精表处施工车,按照3 mm～5 mm集料6 kg/m2～7 kg/m2,高粘改性沥青1.0 kg/m2～1.2 kg/m2(共2层)和界面保护剂0.5 kg/m2～0.6 kg/m2的设计用量,依次将界面保护剂、乳化高粘沥青、集料等材料,分层同步洒/撒布至铺装面层。

在实施过程中,人工检查撒布情况,对漏撒或缺陷区域及时进行人工补料。

4) 养生及胶轮碾压

当精表处施工完成后进行养生,期间禁止一切车辆和行人通行,养生时间为0.5 h～2 h,具体可根据施工期间的天气情况(气温、湿度、风力等)进行适当调整。

待界面剂破乳后,用8 t重的喷水雾胶轮对精表处进行复压2～3遍,增加精表处的粘附性能和粘聚性能,防止出现材料剥离、飞溅等不良现象。

(a) 工前设备试喷检查

(b) 标识胶带保护

(c) 开始或结束段胶布保护

(d) 材料洒布/撒布施工

(e) 人工缺陷检查

2.3 工后检测

采用多功能检测车、横向力系数车及人工检测方式,对实施精表处技术段落的应用效果进行跟踪检测,检测的内容有表面破损状况、抗滑性能及渗水性能,检测指标参照《公路技术状况评定标准》(JTG 5210—2018)和《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450—2019)。

1) 抗滑性能

精表处的实施为原钢桥面铺装表面提供了1层4 mm～6 mm厚度的磨耗层,并形成了全新的构造纹理和磨耗界面。对抗滑性能指标进行检测,结果见图4。

图4 横向力系数SFC检测情况

从图4抗滑性能指标检测结果看,精表处实施前的横向力系数SFC基本保持在43～45水平,在实施精表处后,抗滑性能有大幅度的提升,工后1个月,横向力系数SFC能保持在65～70水平。在钢桥面铺装运营过程中,抗滑性能有轻微的衰减,到6个月时,路面抗滑性能基本保持稳定在60～65水平。

2) 渗水性能

精表处在钢桥面铺装表面喷洒的树脂类、高粘沥青类材料,在基面上形成了较厚的高粘沥青膜,并灌注在表面孔隙和裂缝中,起到了防水隔水的作用。对渗水性能指标进行检测,结果见表4。

从表4渗水性能指标检测结果看,精表处实施前的渗水系数在22 mL/min～26 mL/min,在实施精表处后至6个月期间,钢桥面铺装表面渗水系数均为0,表明精表处的实施对钢桥面铺装的渗水性能有较大提升,对抑制早期水损害有积极作用。

表4 渗水系数检测情况

3) 破损状况

在实施精表处前,钢桥面铺装表面上主要病害类型为微细的疲劳裂缝,裂缝宽度介于0.3 mm～1 mm之间,为钢桥面铺装早期典型的病害类型。精表处的高性能改性胶结料可渗入到铺装表面空隙中,与原基面能粘结成一个整体,可起到裂缝修复、再生还原的作用[20]。对表面破损状况指标进行检测,结果见表5。

表5 破损率DR检测情况

从表5破损状况检测结果看,在实施精表处前,钢桥面铺装表面局部存在早期病害,而精表处的实施修复了早期病害。在工后6个月期间,钢桥面铺装表面未新增任何病害,破损率DR均为0,表明精表处的实施可对早期病害进行防止或延缓,能够降低日常养护和维修的需求。

3 结论

精表处预防性养护技术在某实体大桥上进行应用,项目组对实施前后的横向力系数SFC、渗水性能、破损率DR分别在工前、工后1个月、工后3个月和工后6个月进行跟踪检测,检测结果表明:

1) 精表处可为钢桥面铺装提供全新的构造纹理和磨耗界面,在精表处实施前后,钢桥面的横向力系数SFC从43～45提升到65～70,并在工后6个月,仍能保持60～65,表明精表处可大幅度提高并能长久保持较高的表面抗滑性能。

2) 在精表处实施前后,钢桥面铺装的渗水系数从22 mL/min～26 mL/min下降到0,且在工后6个月期间,钢桥面铺装表面均为不渗水,表明精表处可改善钢桥面铺装的渗水性能,对抑制早期水损害有积极作用。

3) 在精表处实施前后,钢桥面铺装表面的破损率DR由0.026～0.078下降到0,且在工后6个月期间,钢桥面铺装表面未新增任何病害,表明精表处能够防止或延缓钢桥面铺装早期裂缝病害,可降低日常养护和维修需求。

4) 精表处预防性养护技术在钢桥面铺装上能够改善原有基面的破损状况、抗滑性能和渗水性能,可修复早期裂缝,延缓病害发育,提供高抗滑基面,封闭水分等功能,达到了预防性养护的目的。