(桐廬飛騰公路工程有限公司， 浙江 杭州 311500)

0 引言

我國早期建設(shè)的諸多公路橋梁橋面鋪裝多為水泥混凝土鋪裝，因早期施工工藝和施工質(zhì)量控制問題，水泥混凝土橋面本身的平整度不高[1-3]。經(jīng)過若干年行車荷載、雨水沖刷以及外界風(fēng)吹日曬等環(huán)境作用，橋面會出現(xiàn)抗滑性能衰減、混凝土鋪裝產(chǎn)生裂縫等問題，難以滿足群眾對行車舒適度日益提高的需求[2]。因此需要針對混凝土橋面由剛性路面轉(zhuǎn)換成柔性鋪裝進(jìn)行專題設(shè)計，主要目標(biāo)為恢復(fù)路面抗滑性能，提升路表平整度，提高行駛舒適度[4-7]。

本文結(jié)合浙江省杭州市渡濟(jì)大橋水泥混凝土橋面白改黑加鋪新型超薄瀝青層，對其原材料設(shè)計、混合料性能、施工工藝及工程效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

浙江杭州渡濟(jì)大橋跨徑為693 m，采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁結(jié)構(gòu)。始建于2000年，經(jīng)過18 a服役后，其橋面出現(xiàn)平整度不佳、行車舒適性差、抗滑性能衰減、混凝土表面剝離麻面等問題。為此，為其加鋪2 cm的新型超薄瀝青混凝土層,以提高路面的使用性能。加鋪范圍為整個橋面，總加鋪面積為7 500 m2。

2 超薄瀝青層組成設(shè)計及性能試驗(yàn)

超薄瀝青層在結(jié)構(gòu)及功能方面均不同于瀝青混凝土面層鋪裝，其對原材料和礦料級配均有特殊的要求[8-10]。

2.1 原材料性能試驗(yàn)

考慮到超薄瀝青層同混凝土表面之間的粘結(jié)和防水性能，兩者之間要進(jìn)行防水及粘結(jié)處理。整體加鋪結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 超薄瀝青層加鋪結(jié)構(gòu)

2.1.1高滲透快干型粘結(jié)劑

混凝土橋面板清潔后，為保證超薄磨耗層與橋面板之間的粘結(jié)性能，需要人工涂布高滲透快干型粘結(jié)劑。本研究中采用的高滲透快干型粘結(jié)劑性能測試結(jié)果如表1所示。

表1 高滲透快干型粘結(jié)劑試驗(yàn)結(jié)果類別固體含量/%表干時間/h實(shí)干時間/h粘結(jié)強(qiáng)度(25 ℃)/MPa技術(shù)要求≥20<0.5≤2.0≥0.6試驗(yàn)結(jié)果23.40.331.00.8

從表1中可以看出，高滲透快干型粘結(jié)劑表干時間較短，可以為工程快速開展提供充分的保障，此外0.8 MPa的粘結(jié)強(qiáng)度保證了良好的粘結(jié)性能。

2.1.2高性能熱熔型防水材料

在粘結(jié)層上要進(jìn)行防水處理，保證從面層滲透的降水不會對混凝土橋面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。本研究中采用的高性能熱熔型防水材料性能測試結(jié)果如表2所示。

表2 高性能熱熔型防水材料類別不透水性(0.3 MPa,30 min)拉伸強(qiáng)度/MPa斷裂延伸率/%技術(shù)要求不透水≥0.3≥500試驗(yàn)結(jié)果不透水0.35543斷裂延伸率(熱老化后)/%拉伸強(qiáng)度保持率/%粘結(jié)強(qiáng)度(25 ℃)/MPa≥300≥80≥0.6357940.8

2.1.3改性瀝青

混合料在拌合時使用SBS改性瀝青并添加高黏外加劑，使混合料間有更強(qiáng)的粘結(jié)效果。高黏外加劑摻量為混合料質(zhì)量的0.2%。SBS改性瀝青及高黏外加劑性能測試結(jié)果如表3及表4所示。

表3 SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果類別針入度(25 ℃)/(0.1 mm)針入度指數(shù)PI軟化點(diǎn)/℃延度(5 ℃)/cm閃點(diǎn)/℃溶解度(三氯乙烯)/%彈性恢復(fù)率(25 ℃)/%質(zhì)量變化(RTFOT)/%針入度比(RTFOT殘留物,25 ℃)/%延度(RTFOT殘留物)/cm技術(shù)要求40～60≥-0.4≥70≥20≥250≥99≥80±0.6≥70≥15試驗(yàn)結(jié)果52-0.34762726199.387.50.468118

表4 高黏外加劑試驗(yàn)結(jié)果類別熔滴點(diǎn)/℃粘度(150 ℃,Brookfield方法)/(cPa·s)技術(shù)要求130～1384 000～6 000試驗(yàn)結(jié)果1354 948

2.1.4集料及礦粉

集料采用浙江嵊州玄武巖石場生產(chǎn)的0～5 mm及5～10 mm 2檔集料。粗集料及細(xì)集料性能檢測結(jié)果如表5及表6所示。

表5 粗集料試驗(yàn)結(jié)果類別壓碎值/%洛杉磯磨耗損失/%視密度/(t·m-3)吸水率/%對瀝青的黏附性/級技術(shù)要求≤26≤24≥2.6≤2.0≥5試驗(yàn)結(jié)果21.420.32.81.25堅固性/%針片狀顆粒含量/%粒徑大于9.5 mm含量/%粒徑小于0.075 mm含量/%軟石含量/%石料磨光值(BPN)≤12≤15≤10≤1≤3≥4597.38.40.531.857

表6 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果類別視密度/(t·m-3)堅固性(>0.3 mm)/%含泥量(<0.075 mm)/%技術(shù)要求≥2.5≤12≤3試驗(yàn)結(jié)果2.6791.9砂當(dāng)量/%亞甲藍(lán)值/(g·kg-1)棱角性(流動時間)/s≥60≤25≥306820.435

由上表可知，粗集料及細(xì)集料的檢測指標(biāo)均滿足要求。

2.1.5聚酯纖維

為了提高瀝青用量的同時，保證不出現(xiàn)泛油等現(xiàn)象，需要添加聚酯纖維作為穩(wěn)定劑，參加比例為混合料質(zhì)量的0.2%～0.25%。所摻加纖維在高溫下應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，且在拌合過程中能充分分散均勻，不宜采用須在高溫條件下分散的纖維類型(如瀝青混合造粒纖維)。使用的聚酯纖維其性能如表7所示。

表7 聚酯纖維性能要求類別比重/(g·cm-3)纖維類型纖維長度/mm直徑/μm熔點(diǎn)/℃燃點(diǎn)/℃抗拉強(qiáng)度/MPa斷裂伸長率/%高溫收縮率/%技術(shù)要求1.36～1.406～1220±5≥250≥500≥500≥15≥15試驗(yàn)結(jié)果1.37束裝單絲平均92226455053416.317.2

2.2 配合比設(shè)計

新型超薄瀝青混合料配合比設(shè)計采用馬歇爾配合比設(shè)計法，配合比設(shè)計采用3階段設(shè)計：目標(biāo)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段和生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段。按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)的相關(guān)要求進(jìn)行[11]。

經(jīng)過調(diào)試后，得到瀝青混合料的目標(biāo)配合比為：m(5～10 mm)∶m(0～5 mm)∶m(礦粉)=65∶25∶10,油石比為6.2%，聚酯纖維和高黏外加劑摻量均為0.2%。瀝青混合料礦料級配組成如表8所示，配合比級配曲線見圖2。

表8 新型超薄瀝青層礦料級配組成級配不同篩孔(mm)通過率/%13.29.54.752.36級配下限100954425級配中值10097.55228.5級配上限1001006032設(shè)計級配10095.450.027.8不同篩孔(mm)通過率/%1.180.60.30.150.075201513119231815.513.510.5262118161222.919.115.313.910.5

圖2 新型超薄瀝青層級配曲線

2.3 瀝青混合料性能試驗(yàn)

通過室內(nèi)試驗(yàn)對以上級配的瀝青混合料性能進(jìn)行初步驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 瀝青混合料性能檢測結(jié)果類別馬歇爾穩(wěn)定度/kN流值/mm謝倫堡析漏試驗(yàn)值/%肯塔堡飛散損失/%技術(shù)要求≥8.02～5≤0.1≤10試驗(yàn)結(jié)果12.53.40.075.2凍融劈裂強(qiáng)度比/%動穩(wěn)定度(60 ℃)/(次·min-1)彎曲極限應(yīng)變(-10 ℃)滲水系數(shù)/(mL·min-1)≥85≥4 000≥3 000με≤100896 8624 359με74

3 施工工藝

3.1 施工流程

1) 混凝土橋面板表面銑刨清掃，形成干凈平整的接觸面后，人工涂布粘結(jié)劑。

2) 待粘結(jié)劑干燥后，噴灑高性能熱熔型防水材料。

3) 超薄層瀝青混合料生產(chǎn)。在熱料倉完成熱料稱量后，將高黏外加劑和聚酯纖維與熱料完成充分的攪拌混合，再進(jìn)行瀝青噴灑。

4) 將拌合后的瀝青混合料運(yùn)送至施工現(xiàn)場。

5) 瀝青混合料攤鋪。

6) 瀝青混合料碾壓。

7) 進(jìn)行接縫處理。

3.2 施工要點(diǎn)

1) 混凝土橋面板表面處理。

① 采用專用的銑刨機(jī)對橋面板進(jìn)行精銑刨，銑刨深度控制在1 cm。然后采用掃地機(jī)進(jìn)行清掃，處理后形成一個干燥、干凈、粗糙的界面。

② 施工環(huán)境要求：環(huán)境溫度不小于5 ℃，空氣相對濕度小于90%。

③ 表面處理完以后，整體進(jìn)行清掃，并采用吹風(fēng)機(jī)將浮塵吹干凈，保持表面清潔、干燥。

2) 粘結(jié)劑涂布。

① 粘結(jié)劑涂布時氣溫不低于5 ℃，風(fēng)速大于4級、有霧、露水、下雨或相對濕度大于90%時以及在大量揚(yáng)沙天氣時不得施工。

② 涂布粘結(jié)層前，作業(yè)區(qū)內(nèi)要絕對保持干燥。若橋面板不干燥時，應(yīng)提前1 h，用高壓熱空氣烘干橋面板。

③ 橋面若平整無刻槽，粘結(jié)層的總涂布量標(biāo)準(zhǔn)為0.3～0.4 L /m2，一次涂布完成；因現(xiàn)場銑刨拉毛，橋面表面有凹槽，粘結(jié)劑涂布量情況可適當(dāng)增加到0.6 L /m2。

④ 使用能夠均勻涂布的滾筒刷進(jìn)行涂布。

⑤ 粘結(jié)劑堆放及涂布時應(yīng)嚴(yán)禁明火。

3) 高性能熱熔型防水層材料應(yīng)在混合料攤鋪前至少提前0.5 h進(jìn)行噴灑，噴灑量為0.5～0.7 kg/m2。

4) 超薄層混合料拌合。

① 拌制超薄層瀝青混合料時，干拌時間不得少于10 s，濕拌時間不得少于50 s，即每拌總拌和時間不得少于60 s。

② 拌和加料順序?yàn)椋杭稀饧觿?聚酯纖維→礦粉→瀝青。

5) 后續(xù)運(yùn)輸攤鋪碾壓過程，應(yīng)注意溫度控制，其他施工要點(diǎn)與瀝青混凝土路面施工基本相同。

4 實(shí)體工程實(shí)施及效果

根據(jù)該方案，工程于2018年7月12～14日進(jìn)行實(shí)施(圖3～圖10)。其中圖3、圖4為現(xiàn)場粘結(jié)劑涂布和防水層完工后表面狀況。防水層實(shí)施完成后，進(jìn)行了現(xiàn)場粘結(jié)強(qiáng)度拉拔試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為0.8 MPa，結(jié)果如圖5所示，滿足設(shè)計要求，然后進(jìn)行超薄瀝青層攤鋪。為不影響交通，瀝青攤鋪碾壓完成后，立刻進(jìn)行灑水降溫，通過3遍灑水確保了表面溫度迅速降低至50 ℃以下，然后通過車輛行走試驗(yàn)，觀察現(xiàn)場，無輪轍現(xiàn)象產(chǎn)生，于是正式開放交通。

圖3 現(xiàn)場涂布粘結(jié)劑

圖4 熱熔防水層噴灑完成

圖5 防水層表面拉拔試驗(yàn)

圖6 超薄瀝青攤鋪

圖7 超薄瀝青碾壓

圖8 現(xiàn)場灑水降溫

圖9 施工完成

圖10 開放交通6個月后

圖10 為加鋪新型超薄瀝青層后開放交通6個月的橋面。從圖中可知，加鋪后的混凝土橋面外觀平整，無離析、輪跡等情況，此外也未出現(xiàn)泛油、松散等表面損害。接縫處緊實(shí)、平整、順宜無跳車現(xiàn)象。

對路面相關(guān)路用性能指標(biāo)檢測后，結(jié)果如表10所示。

表10 路面性能檢測結(jié)果檢測指標(biāo)平整度/mm滲水系數(shù)/(mL·min-1)BPN技術(shù)要求≤3.0≤80≥40試驗(yàn)結(jié)果1.96452

從表10可以看出，各項試驗(yàn)結(jié)果都符合相關(guān)技術(shù)要求。平整度滿足要求，大大提高了車輛行駛的舒適性，同時減少了高速行駛下車輛發(fā)生事故的可能性。滲水系數(shù)和摩擦系數(shù)滿足要求，保證了車輛行駛中具有足夠的摩擦力；此外面臨大量降水時不會出現(xiàn)明顯的路表積水打滑，保證了行駛安全。

5 結(jié)語

通過新型超薄瀝青層在杭州渡濟(jì)大橋的應(yīng)用，初步得出以下結(jié)論：

1) 新型超薄瀝青層能夠顯著提高水泥混凝土橋面的使用性能，能夠從舒適性和功能性兩方面提高舊混凝土橋面的性能。

2) 新型超薄瀝青層結(jié)構(gòu)層薄，能在不過多增加橋梁自重下顯著提高性能，此外路用性能好，施工速度快，在混凝土橋面白改黑工程中具有廣泛的應(yīng)用價值。