蔡碩果，段文志，劉曉晨

（1.北京建筑大學，北京市 100044；2.北京市城市道路養(yǎng)護管理中心，北京市 100069；3.北京特希達交通勘察設(shè)計院有限公司，北京市 100067）

高黏高彈瀝青在北京城市橋梁橋面鋪裝層中的應(yīng)用研究

蔡碩果1，3，段文志1，2，劉曉晨3

（1.北京建筑大學，北京市 100044；2.北京市城市道路養(yǎng)護管理中心，北京市 100069；3.北京特希達交通勘察設(shè)計院有限公司，北京市 100067）

隨著交通流量和軸載的不斷增加，以及極端天氣越來越多，對橋面鋪裝層材料提出了更高的要求。分析了北京城市橋梁橋面鋪裝層的使用情況，通過與高摻量SBS改性瀝青及其混合料的對比分析，指出高黏高彈瀝青防水粘結(jié)層具有更好的高溫穩(wěn)定性能、抗剪切性能和抗拉性能，并將其應(yīng)用于北京市某橋梁。通過室內(nèi)實驗研究和實體工程驗證，提出高黏高彈瀝青可以作為一種新材料應(yīng)用在橋面鋪裝層中。

高粘高彈瀝青；防水粘結(jié)層；城市橋梁；橋面鋪裝

0　引言

橋面鋪裝層的質(zhì)量如何，關(guān)系到橋梁整體的壽命和使用年限、行車安全及舒適性。橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)形式一般與所銜接的道路路面相協(xié)調(diào)，主要采用瀝青混凝土或水泥混凝土材料作為橋面鋪裝面層。在北京，上世紀80年代以前多采用水泥混凝土橋面鋪裝面層，其作法是：水泥混凝土厚8 cm、在板中布置10的鋼筋網(wǎng)（其雙向間距為10 cm），此種面層主要問題是在通車前就會出現(xiàn)開裂，通車后在溫度與車載共同作用下開裂更為嚴重。因此在上世紀80年代中期組織了北京有關(guān)力量進行過攻關(guān)，經(jīng)過分析與計算，認為混凝土板應(yīng)至少加厚14 cm且應(yīng)采用雙層配筋，并提出了配筋量。考慮到如果采用瀝青混凝土，可能比水泥混凝土節(jié)省投資，其它方面的技術(shù)指標也較好，自此以后北京市的橋面就改為瀝青混凝土橋面鋪裝面層，一般作法是：改性瀝青混凝土（單層5～6cm或雙層9～10 cm）+防水粘結(jié)層（APP防水卷材或防水涂料）+水泥混凝土（8～10 cm）。

隨著城市交通流量和重型車輛的不斷增加，以及極端天氣越來越多，橋面鋪裝損壞情況越來越嚴重，有的橋梁在通車后不久，橋面即出現(xiàn)了推移、擁包、車轍、裂縫、碎裂等破損現(xiàn)象，這不僅影響了橋梁的服務(wù)品質(zhì)，留下了交通安全隱患，更會造成不良的社會反響，也帶來了經(jīng)濟上的損失。很多研究成果表明，大多數(shù)橋面鋪裝層的損壞是由于防水粘結(jié)層誘發(fā)的。橋梁結(jié)構(gòu)與瀝青面層之間的粘結(jié)與防水對橋面鋪裝層的使用性能和壽命起著至關(guān)重要的作用，由于該層位于剛性橋面板與柔性瀝青鋪裝層之間的薄弱面上，剪切力往往很大，易產(chǎn)生剪切滑動。因此，這一關(guān)鍵層除了應(yīng)具有承上啟下的粘結(jié)作用，還應(yīng)具有優(yōu)良的防水功能，尤其得具有突出的高溫穩(wěn)定性和抗剪切性能。

1　防水粘結(jié)層

目前國內(nèi)橋梁中常用的防水粘結(jié)層材料大致分三大類：卷材料類、改型瀝青類和環(huán)氧瀝青。

卷材類防水粘結(jié)層最常見的是APP改性瀝青防水卷材、SBS改性瀝青防水卷材。目前多采用火焰熱熔施工法，在北京新建城市橋梁中應(yīng)用較為廣泛。

改性瀝青類防水粘結(jié)層，目前應(yīng)用較多的是乳化瀝青SBS改性瀝青和熱噴SBS改性瀝青。SBS改性劑能提高瀝青的使用性能，SBS改性瀝青也是目前使用最為廣泛的改性瀝青。作為防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)使用時通常以同步碎石工藝進行，比較適宜在城市橋梁維修中應(yīng)用。但由于瀝青材料本身的溫度敏感性，SBS改性瀝青在低溫及常溫下具有較高的粘結(jié)強度，隨著溫度的提高，SBS改性瀝青的粘結(jié)強度下降較為明顯。

環(huán)氧瀝青是一種由環(huán)氧樹脂、固化劑與基質(zhì)瀝青經(jīng)復(fù)雜的化學改性所得的混合物。與傳統(tǒng)瀝青材料相比，環(huán)氧瀝青無論在粘結(jié)能力、變形能力，還是高溫穩(wěn)定性方面都有明顯優(yōu)勢但是環(huán)氧瀝青施工難度大、養(yǎng)護周期長、工程成本高。國內(nèi)的大跨徑鋼橋通常采用環(huán)氧瀝青作為防水粘結(jié)層的鋪裝材料，北京城市橋梁較少應(yīng)用。

北京城市橋梁橋面鋪筑層的維修養(yǎng)護作業(yè)通常要求夜間凌晨12點至5點這個時間段內(nèi)施工或分車道不中斷交通施工，這樣就要求施工工藝簡便、施工速度快、工期短?？紤]到北京市夏季高溫時段越來越長，許多水泥混凝土箱梁橋本身散熱就比較慢，導致橋面鋪裝層內(nèi)部溫度過高，達到60℃～70℃甚至更高，這就給橋面防水粘結(jié)層的高溫性能提出了更高的要求。鑒于此，北京市采用高粘高彈瀝青作為橋面防水粘結(jié)層的鋪裝材料進行了應(yīng)用與研究。

2　高黏高彈瀝青防水粘結(jié)層

2.1材料基本性能

根據(jù)國標GB/T 30516-2014《高黏高彈道路瀝青》定義：粘度（60℃）大于20 000 Pa·s，彈性恢復(fù)（25℃）85%的瀝青，稱之為高粘高彈瀝青。我們在把高黏高彈瀝青應(yīng)用于橋面防水粘結(jié)層時，考慮到橋面瀝青鋪裝層在夏日的實際溫度往往會達到60℃～70℃甚至更高，因此采用真空動力毛細管粘度計試驗測定其60℃和70℃的動力粘度，并把其與高摻量SBS改性瀝青（道路石油瀝青A-70摻入6%SBS改性劑）進行了對比，試驗結(jié)果見表1。

2.2路用性能研究

橋面鋪裝層材料不僅要求具有足夠的強度、較強的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐磨性能，還得具有優(yōu)良的抗疲勞、抗剪能力和防水性能。對于北京城市橋梁維修養(yǎng)護而言，還得從施工方面考慮，選擇的鋪裝層材料要便于施工，可操作性強。因此，選用高黏高彈瀝青作為橋面鋪裝層中的防水粘結(jié)層進行高溫性能、抗疲勞性能和防水性能研究。

2.2.1高溫性能

傳統(tǒng)研究認為，瀝青混合料的剪切破壞主要是瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，在荷載作用下產(chǎn)生永久變形和剪切推移，致使路面出現(xiàn)車轍和擁包等現(xiàn)象。對于橋面鋪裝用防水粘結(jié)層材料，考慮到其特殊的要求及其作用，特別是在結(jié)構(gòu)中位于接縫或裂縫的部位，受到較大的剪應(yīng)力作用，因此將防水粘結(jié)層的抗剪性能作為其高溫穩(wěn)定性的評價指標。

試驗采用C45水泥混凝土試塊，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm；控制防水粘結(jié)層厚度分別為1.0 mm；控制瀝青混凝土厚度為50 mm；測試其在不同溫度下的剪切強度，試驗結(jié)果見表2。

表2　剪切強度對比　MPa

實驗結(jié)果表明，溫度對防水粘結(jié)層的剪切強度有很大的影響。隨著溫度的升高，防水黏結(jié)層抗剪切能力迅速下降；SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青在低溫和高溫下均表現(xiàn)出良好的抗剪性能，但高黏高彈瀝青在高溫時的抗剪性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青。

2.2.2抗疲勞性能

一般認為在橋面鋪裝層中，水泥混凝土橋面板與瀝青混凝土面層的粘結(jié)強度對橋面鋪裝層的整體抗疲勞性能有很大的影響，因此將防水粘結(jié)層的粘結(jié)強度作為其抗疲勞性能的評價指標。采用拉拔試驗來檢測不同溫度下的粘結(jié)強度，試驗結(jié)果見表3。

表3　粘結(jié)強度對比　MPa

實驗結(jié)果表明，高黏高彈瀝青防水粘結(jié)層的拉撥強度明顯高于SBS改性瀝青。

2.2.3防水性能

理論上來說無論哪種防水材料應(yīng)用于橋面鋪裝層中都能滿足防水要求，由于實際橋面鋪裝施工過程中防水粘結(jié)層之上還得進行瀝青混凝土面層的攤鋪和碾壓，在此工序?qū)嵤┻^程中有可能會造成防水粘結(jié)層的損壞。高黏高彈瀝青防水粘結(jié)層因其成型后的特性更適合用于城市橋梁維修工藝之中。為進一步檢測其材料的防水特性，在剪切試驗時成型的水泥混凝土試件上進行滲水試驗。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)高黏高彈防水粘結(jié)層和SBS改性瀝青防水粘結(jié)層均沒有滲水跡象。

3　工程應(yīng)用

為了檢驗高黏高彈瀝青作為橋面防水粘結(jié)層的實際使用性能，于2015年6月在北京市二環(huán)路的一座跨線橋上進行了實體工程（快車橋）施工，見圖1?？燔嚇驏|西向跨越二環(huán)路和護城河，兩端連接東、西主干線和東南、東北、西南、西北四條機動車匝道線，橋面的橫坡和縱坡都比較大，施工面積約為6 000 m2。由于橋面鋪裝層施工要求在凌晨0點～5點完成，基本沒有養(yǎng)生時間，因此不適宜采用環(huán)氧瀝青作鋪裝層；同時由于其交通量大、坡度大，傳統(tǒng)的SBS改性瀝青也難以保證施工質(zhì)量，因此，本工程采用了1 cm高粘高彈瀝青防水粘結(jié)層+ 4 cm高黏改性瀝青SMA混合料作為橋面鋪裝層材料。

圖1　實體工程示意圖

防水粘結(jié)層鋪設(shè)前要求基層混凝土鋪裝表面不得有浮漿，表面干燥。高粘高彈瀝青防水粘結(jié)層的施工采用同步碎石封層車，瀝青的加熱溫度控制在180℃～185℃范圍內(nèi)，碎石覆蓋率要求達到70%以上，以確保橋面鋪裝SMA面層施工時不會破壞防水粘結(jié)層。

高黏高彈防水粘結(jié)層施工完成后，立即攤鋪SMA橋面鋪裝面層，要求瀝青混合料的60℃動穩(wěn)定度大于5 000次/mm，現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果為8 956次/mm。施工完成后，瀝青混合料溫度低于50℃即開放交通。目前該工程已經(jīng)經(jīng)過一個夏天的運營考驗，使用效果良好，未出現(xiàn)任何形式的損壞，其耐久性仍在進一步跟蹤觀測中。

4　結(jié)　語

本文通過室內(nèi)實驗和實體工程，對比研究了SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青防水粘結(jié)層作為橋面鋪裝層中防水粘結(jié)層材料的性能，研究結(jié)果表明：

（1）結(jié)合北京市城市橋梁橋面鋪裝層使用情況調(diào)查，指出了介于水泥凝土橋面板與瀝青混凝土鋪裝面層之間的防水粘結(jié)層的重要性。

（2）對常用的各種防水粘結(jié)層材料與性能特征進行評價，并重點對比分析了SBS改性瀝青和高粘高彈瀝青作為防水粘結(jié)層材料的性能。溫度對兩種材料的抗剪強度和抗拉強度都有較大影響，在高溫條件下，高粘高彈瀝青的抗剪和抗拉性能明顯優(yōu)于SBS改性瀝青。

（3）高黏高彈瀝青防水粘結(jié)層具有很強的抗剪切能力、抗拉拔能力和防水等使用性能，完全可以勝任橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)要求。

（4）室內(nèi)實驗研究和實體工程檢驗均表明，高粘高彈瀝青可以作為一種新材料應(yīng)用在橋面鋪裝層中。

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U443.33

A

1009-7716（2016）07-0321-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.095

2016-04-07

蔡碩果（1977-），男，湖南湘陰人，高級工程師，從事道路橋梁工程設(shè)計以及交通規(guī)劃咨詢工作。