装配式桥梁铺装结构与材料的研究与应用

任 园，张玉斌

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 合肥市 230088；2.公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心 合肥市 230088)

0 引言

国务院办公厅下发了《关于大力发展装配化建筑的指导意见》，装配式桥梁结构是未来桥梁工程高效施工的重要保障，装配式桥梁桥面板采用工厂预制[1]，到施工现场进行拼装完成，因此，其桥面板的拼装湿接缝密集，受施工精度影响，桥面板平整度一般较差，拼装完桥面板后直接铺筑桥面铺装层[2]，一般不设置防渗与调平混凝土。这就不可避免地造成铺装层粘结性差、湿接缝位置收缩变形易开裂[3-4]、水易下渗到桥面板结构等缺陷，其铺装结构耐久性面临着巨大挑战。

排水路面是一种降噪抗滑型路面，材料的内部空隙大，可以迅速排除装配式桥梁铺装层内部和路表积水[5]。高强度透水混凝土材料开发，强度等级C40以上[6]，满足铺装层对混凝土强度要求，采用纯无机材料，抗老化、耐久性好，高强度确保混凝土内部空隙在荷载作用下比较稳定[7-8]，形成持久畅通的排水通道，自然降水的冲洗，就能实现日常空隙养护，避免堵塞。装配式桥梁铺装层采用高强透水混凝土路面，避免水的冲刷和积聚对铺装层和桥梁结构损坏，承载能力较好，与桥面板共同受力，是一种高品质的铺装结构。

针对装配式桥梁铺装层存在的固有缺陷，采用透水型混凝土铺装结构，突破透水混凝土强度低的瓶颈，进行高强透水混凝土材料设计，通过对铺装层与桥面板之间界面分析，进行铺装结构设计，防水粘结层采用橡胶态防水涂料，与混凝土基面牢固粘结，达到抗裂和密封防水效果。结合实体工程，从工序衔接、界面处理、材料自身控制等角度，提出装配式桥梁桥面铺装层施工工艺与关键技术，形成装配式桥梁桥面铺装耐久性提升技术。

1 高强透水混凝土材料性能研究

目前，国内常用的透水混凝土强度在C30以下，主要用在轻载交通、等外公路、人行道等。本文采用无机增强剂增加透水混凝土强度，增强剂中减水剂、早强剂成分，能达到早强、增强效果，增强剂与水泥中钙物质反应，生成不溶物，激发水泥形成大量的凝胶产物，增加骨料之间粘结性，增加混凝土强度，增强剂与水泥水化产物发生反应，形成絮状网络的凝胶物质，填充集料表面毛细孔，改善胶体与骨料界面密实性，以此增加混凝土强度。

按照透水混凝土空隙要求，采用标号为52.5水泥、粒径为3～5mm的玄武岩、细度模数2.5的中砂进行配合比设计，配合比设计结果如表1所示。

表1 高强透水混凝土配合比

对不同增强剂用量对混凝土强度变化规律研究，结果如图1所示，按照装配式桥梁混凝土铺装层强度在C40以上要求，考虑到经济性与强度要求，1m3混凝土增强剂最佳用量10.5kg。

图1 高强透水混凝土强度变化规律

透水混凝土材料，采用单一粒径的碎石骨料，多点支撑形成骨架结构，具备较大空隙，骨料之间接触面积小，在行车荷载的冲击作用下，容易造成骨料分散，另一方面，混凝土材料不可避免地存在干缩、温缩效应，在冬季，透水混凝土中水没有及时排出，水结冰对混凝土有一个撑开作用，铺装层结构内存水结冰，荷载作用下，也会加快混凝土骨料剥离，因此高强透水混凝土在使用过程中，通过相关指标研究与控制，从而具有较长的使用寿命。

按照配合比设计结果，对高强透水混凝土的抗折、抗冻性能及耐磨、干缩等相关性能试验。试验结果如表2所示：

表2 高强透水混凝土试验结果

本方法设计透水混凝土满足在规范中极重、特重、重交通条件下水泥混凝土强度要求；透水混凝土抗弯拉弹性模量为9500MPa，正常情况下，普通水泥混凝土在20000～40000MPa，而沥青混凝土一般在7000～9000MPa，弹性模量反应材料在受到应力作用下的变形能力，模量高，受力变形较小，受约束材料容易发生脆裂，而模量低，承载能力差，变形追溯性较好，不容易发生损伤，透水混凝土模量介于两者之间，在承载能力与变形恢复之间达到一定耦合。

透水混凝土收缩率很低，在混凝土干缩、温缩变形时，大空隙提供一定变形空间，对透水混凝土进行冻融循环，其强度与质量损失很低，能够在冻融条件下，保持结构和强度稳定。透水路面材料常见病害是石料脱落，对透水混凝土耐磨性分析，其质量损失值很小，表明增加剂激发水泥生成络合物，在骨料之间形成较强粘结，在轮胎揉搓碾压、环境温度、湿度作用下，保持石料之间紧密结合。因此，高强透水混凝土材料是一种高效耐久的桥面铺装材料。

2 装配式桥梁铺装结构研究

装配式桥梁桥面板表面粗糙，湿接缝位置后浇注的混凝土，受到工艺、钢筋、混凝收缩变形等方面的影响，表面平整度很差，进行铺装层施工前，应进行表面0.5cm精铣刨，一方面清理表面，同时增加桥面板与铺装层直接整体性。

为了适应桥面板不平整，防水粘结层选用涂装类材料，装配式桥梁桥面板铺装层中未设置混凝土防渗调平层，铺装层受到剪应力较大，水易下渗到桥面板中，因此，防水粘结层应具有粘结、受力变形恢复能力及密水的特性。橡胶态防水涂料干燥速度快，固化成膜率高，防水涂膜保持橡胶弹性和柔性，具有蠕变自愈功效，与混凝土基面牢固粘结，达到蠕变抗裂的密封防水效果。水基渗透型无机防水剂封堵混凝土表面空隙，防止水的下渗，属纯无机材料，耐久性以及渗透效果好。铺装结构将两者配合使用。

橡胶态防水涂料粘结性能强，直接在上面施工透水混凝土，会对防水层加以破坏，同时橡胶态防水涂料黏住施工人员、机械，对于下一道工序施工影响较大，在进行铺装结构设计时，采用水泥净浆保护层，水泥净浆属无机材料，能与透水混凝土粘结、相容，橡胶态防水涂料将桥面板与水泥浆粘结，形成一种复合式的牢固结构。

因此，结合装配式桥梁桥面板固有缺陷和铺装层功能需求，装配式桥梁铺装采用水基渗透型无机防水剂防渗层，1.2～1.8mm橡胶态防水粘结层，1mm厚水泥净浆保护层以及10cmC40透水混凝土功能层结构。

3 装配式桥梁铺装层施工工艺研究

依托合巢芜高速公路改扩建桩板式路基施工项目，研究桥面铺装层施工工艺，装配式桩板无土路基是一种新型的桩板梁结构，是由工厂化预制的板梁、管桩组成的框架结构体系，采用纵向分块预制，桥面板尺寸为宽3m、长8.7m，相邻预制板之间采用湿接缝进行连接，湿接缝宽度0.3m，预制板拼装完成后，有大量的纵横向湿接缝。

装配式桥梁预制桥面板拼装完成后，对桥面板进行精铣刨，铣刨深度为5mm，铣刨出的桥面纹理间隔在3～8mm之间，处理后的混凝土面板粗糙度为0.5～1.0mm。

经过精铣刨处理后的水泥混凝土面板处于干爽状态时，进行水基渗透型无机防水剂喷涂施工，喷涂完成后，确保混凝土桥面板表面空隙完全封堵，作为桥面板防渗保护的第一层，一般分两遍进行喷涂，每次用量为200～300g/m2。

水基渗透型无机防水剂施工完成后，进行橡胶类防水层涂料底涂的施工，底涂材料采用水与防水涂料按照比例在1∶1～2∶1制备，采用滚筒滚涂施工，底涂施工表干之后，方可进行面涂施工，底涂应完全覆盖基面。涂刷橡胶态防水涂料，采用滚筒滚涂，涂刷应均匀，避免堆积，防水涂料干固前，禁止人员踩踏及泡水。对于湿接缝位置，橡胶态防水涂料进行两遍涂刷，第一遍涂刷完毕后，铺设高分子增强抗裂胎基，高分子增强抗裂胎基张贴完毕后，涂刷第二层橡胶态涂料。橡胶态防水涂料施工完成后，喷撒水泥净浆保护层，水泥净浆采用水泥和水的比例为0.5∶1，水泥浆洒布量为1.5～2.0kg/m2。

在防水、防渗和保护层施工完成后，进行高强透水混凝土施工，混凝土的拌和均匀性，对形成的强度起到决定性作用，增加剂加水勾兑，先与碎石拌和，碎石表面均匀裹附，再加入水泥拌和，增强剂与水泥在石料表面发生反应，产生高强度的粘结络合物，分批加入水，混凝土保持最佳和易性和强度。透水混凝土采用水稳摊铺机进行均匀摊铺，松铺系数控制在1.1～1.2，采用1～3t小型压路机进行碾压，碾压过程中无需开震动，施工完成后无需切缝处理，并立即覆盖塑料膜以避开阳光直射和冬季保暖保湿，蒸养24h后拆模，期间可在塑料膜上洒水进行养护，整个养护期为7～14d。

4 结论

(1)基于装配式桥梁桥面板的特点，提出高强透水混凝土铺装结构，在铺装结构中采用水基渗透型防渗层、橡胶态防水粘结层、水泥净浆保护层、高强透水混凝土排水层，并对湿接缝位置抗裂加强处理。

(2)文章研究强度与增强剂变化规律，制备了高强透水混凝土材料，其强度C40以上，弹性模量介于刚性的水泥混凝土与柔性沥青混凝土之间。通过冻融、冲击、磨耗等试验，该材料收缩率低、石子粘结性强、内部空隙稳定，用作装配式桥面铺装材料，能够迅速排除铺装层间水，且材料性能稳定，使用寿命更长。

(3)结合实体工程，依据装配式桥梁自下而上的铺装结构，分别针对各结构层铺装材料提出相应的施工方法。