新型超薄沥青层在混凝土桥面白改黑中的应用

2020-04-08 01:12

湖南交通科技 2020年1期

(桐庐飞腾公路工程有限公司，浙江杭州 311500)

0 引言

我国早期建设的诸多公路桥梁桥面铺装多为水泥混凝土铺装，因早期施工工艺和施工质量控制问题，水泥混凝土桥面本身的平整度不高[1-3]。经过若干年行车荷载、雨水冲刷以及外界风吹日晒等环境作用，桥面会出现抗滑性能衰减、混凝土铺装产生裂缝等问题，难以满足群众对行车舒适度日益提高的需求[2]。因此需要针对混凝土桥面由刚性路面转换成柔性铺装进行专题设计，主要目标为恢复路面抗滑性能，提升路表平整度，提高行驶舒适度[4-7]。

本文结合浙江省杭州市渡济大桥水泥混凝土桥面白改黑加铺新型超薄沥青层，对其原材料设计、混合料性能、施工工艺及工程效果进行分析。

1 工程概况

浙江杭州渡济大桥跨径为693 m，采用预应力混凝土简支T梁结构。始建于2000年，经过18 a服役后，其桥面出现平整度不佳、行车舒适性差、抗滑性能衰减、混凝土表面剥离麻面等问题。为此，为其加铺2 cm的新型超薄沥青混凝土层,以提高路面的使用性能。加铺范围为整个桥面，总加铺面积为7 500 m2。

2 超薄沥青层组成设计及性能试验

超薄沥青层在结构及功能方面均不同于沥青混凝土面层铺装，其对原材料和矿料级配均有特殊的要求[8-10]。

2.1 原材料性能试验

考虑到超薄沥青层同混凝土表面之间的粘结和防水性能，两者之间要进行防水及粘结处理。整体加铺结构如图1所示。

图1 超薄沥青层加铺结构

2.1.1高渗透快干型粘结剂

混凝土桥面板清洁后，为保证超薄磨耗层与桥面板之间的粘结性能，需要人工涂布高渗透快干型粘结剂。本研究中采用的高渗透快干型粘结剂性能测试结果如表1所示。

表1 高渗透快干型粘结剂试验结果类别固体含量/%表干时间/h实干时间/h粘结强度(25 ℃)/MPa技术要求≥20<0.5≤2.0≥0.6试验结果23.40.331.00.8

从表1中可以看出，高渗透快干型粘结剂表干时间较短，可以为工程快速开展提供充分的保障，此外0.8 MPa的粘结强度保证了良好的粘结性能。

2.1.2高性能热熔型防水材料

在粘结层上要进行防水处理，保证从面层渗透的降水不会对混凝土桥面结构产生影响。本研究中采用的高性能热熔型防水材料性能测试结果如表2所示。

表2 高性能热熔型防水材料类别不透水性(0.3 MPa,30 min)拉伸强度/MPa断裂延伸率/%技术要求不透水≥0.3≥500试验结果不透水0.35543断裂延伸率(热老化后)/%拉伸强度保持率/%粘结强度(25 ℃)/MPa≥300≥80≥0.6357940.8

2.1.3改性沥青

混合料在拌合时使用SBS改性沥青并添加高黏外加剂，使混合料间有更强的粘结效果。高黏外加剂掺量为混合料质量的0.2%。SBS改性沥青及高黏外加剂性能测试结果如表3及表4所示。

表3 SBS改性沥青试验结果类别针入度(25 ℃)/(0.1 mm)针入度指数PI软化点/℃延度(5 ℃)/cm闪点/℃溶解度(三氯乙烯)/%弹性恢复率(25 ℃)/%质量变化(RTFOT)/%针入度比(RTFOT残留物,25 ℃)/%延度(RTFOT残留物)/cm技术要求40～60≥-0.4≥70≥20≥250≥99≥80±0.6≥70≥15试验结果52-0.34762726199.387.50.468118

表4 高黏外加剂试验结果类别熔滴点/℃粘度(150 ℃,Brookfield方法)/(cPa·s)技术要求130～1384 000～6 000试验结果1354 948

2.1.4集料及矿粉

集料采用浙江嵊州玄武岩石场生产的0～5 mm及5～10 mm 2档集料。粗集料及细集料性能检测结果如表5及表6所示。

表5 粗集料试验结果类别压碎值/%洛杉矶磨耗损失/%视密度/(t·m-3)吸水率/%对沥青的黏附性/级技术要求≤26≤24≥2.6≤2.0≥5试验结果21.420.32.81.25坚固性/%针片状颗粒含量/%粒径大于9.5 mm含量/%粒径小于0.075 mm含量/%软石含量/%石料磨光值(BPN)≤12≤15≤10≤1≤3≥4597.38.40.531.857

表6 细集料试验结果类别视密度/(t·m-3)坚固性(>0.3 mm)/%含泥量(<0.075 mm)/%技术要求≥2.5≤12≤3试验结果2.6791.9砂当量/%亚甲蓝值/(g·kg-1)棱角性(流动时间)/s≥60≤25≥306820.435

由上表可知，粗集料及细集料的检测指标均满足要求。

2.1.5聚酯纤维

为了提高沥青用量的同时，保证不出现泛油等现象，需要添加聚酯纤维作为稳定剂，参加比例为混合料质量的0.2%～0.25%。所掺加纤维在高温下应具有良好的稳定性，且在拌合过程中能充分分散均匀，不宜采用须在高温条件下分散的纤维类型(如沥青混合造粒纤维)。使用的聚酯纤维其性能如表7所示。

表7 聚酯纤维性能要求类别比重/(g·cm-3)纤维类型纤维长度/mm直径/μm熔点/℃燃点/℃抗拉强度/MPa断裂伸长率/%高温收缩率/%技术要求1.36～1.406～1220±5≥250≥500≥500≥15≥15试验结果1.37束装单丝平均92226455053416.317.2

2.2 配合比设计

新型超薄沥青混合料配合比设计采用马歇尔配合比设计法，配合比设计采用3阶段设计：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。按《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的相关要求进行[11]。

经过调试后，得到沥青混合料的目标配合比为：m(5～10 mm)∶m(0～5 mm)∶m(矿粉)=65∶25∶10,油石比为6.2%，聚酯纤维和高黏外加剂掺量均为0.2%。沥青混合料矿料级配组成如表8所示，配合比级配曲线见图2。

表8 新型超薄沥青层矿料级配组成级配不同筛孔(mm)通过率/%13.29.54.752.36级配下限100954425级配中值10097.55228.5级配上限1001006032设计级配10095.450.027.8不同筛孔(mm)通过率/%1.180.60.30.150.075201513119231815.513.510.5262118161222.919.115.313.910.5

图2 新型超薄沥青层级配曲线

2.3 沥青混合料性能试验

通过室内试验对以上级配的沥青混合料性能进行初步验证，试验结果如表9所示。

表9 沥青混合料性能检测结果类别马歇尔稳定度/kN流值/mm谢伦堡析漏试验值/%肯塔堡飞散损失/%技术要求≥8.02～5≤0.1≤10试验结果12.53.40.075.2冻融劈裂强度比/%动稳定度(60 ℃)/(次·min-1)弯曲极限应变(-10 ℃)渗水系数/(mL·min-1)≥85≥4 000≥3 000με≤100896 8624 359με74

3 施工工艺

3.1 施工流程

1) 混凝土桥面板表面铣刨清扫，形成干净平整的接触面后，人工涂布粘结剂。

2) 待粘结剂干燥后，喷洒高性能热熔型防水材料。

3) 超薄层沥青混合料生产。在热料仓完成热料称量后，将高黏外加剂和聚酯纤维与热料完成充分的搅拌混合，再进行沥青喷洒。

4) 将拌合后的沥青混合料运送至施工现场。

5) 沥青混合料摊铺。

6) 沥青混合料碾压。

7) 进行接缝处理。

3.2 施工要点

1) 混凝土桥面板表面处理。

① 采用专用的铣刨机对桥面板进行精铣刨，铣刨深度控制在1 cm。然后采用扫地机进行清扫，处理后形成一个干燥、干净、粗糙的界面。

② 施工环境要求：环境温度不小于5 ℃，空气相对湿度小于90%。

③ 表面处理完以后，整体进行清扫，并采用吹风机将浮尘吹干净，保持表面清洁、干燥。

2) 粘结剂涂布。

① 粘结剂涂布时气温不低于5 ℃，风速大于4级、有雾、露水、下雨或相对湿度大于90%时以及在大量扬沙天气时不得施工。

② 涂布粘结层前，作业区内要绝对保持干燥。若桥面板不干燥时，应提前1 h，用高压热空气烘干桥面板。

③ 桥面若平整无刻槽，粘结层的总涂布量标准为0.3～0.4 L /m2，一次涂布完成；因现场铣刨拉毛，桥面表面有凹槽，粘结剂涂布量情况可适当增加到0.6 L /m2。

④ 使用能够均匀涂布的滚筒刷进行涂布。

⑤ 粘结剂堆放及涂布时应严禁明火。

3) 高性能热熔型防水层材料应在混合料摊铺前至少提前0.5 h进行喷洒，喷洒量为0.5～0.7 kg/m2。

4) 超薄层混合料拌合。

① 拌制超薄层沥青混合料时，干拌时间不得少于10 s，湿拌时间不得少于50 s，即每拌总拌和时间不得少于60 s。

② 拌和加料顺序为：集料→外加剂+聚酯纤维→矿粉→沥青。

5) 后续运输摊铺碾压过程，应注意温度控制，其他施工要点与沥青混凝土路面施工基本相同。

4 实体工程实施及效果

根据该方案，工程于2018年7月12～14日进行实施(图3～图10)。其中图3、图4为现场粘结剂涂布和防水层完工后表面状况。防水层实施完成后，进行了现场粘结强度拉拔试验，实验结果为0.8 MPa，结果如图5所示，满足设计要求，然后进行超薄沥青层摊铺。为不影响交通，沥青摊铺碾压完成后，立刻进行洒水降温，通过3遍洒水确保了表面温度迅速降低至50 ℃以下，然后通过车辆行走试验，观察现场，无轮辙现象产生，于是正式开放交通。