论文部分内容阅读
摘 要：针对高速公路运营中桥面铺装层间剪切破坏、开裂、水损害、车辙等病害发生，从桥面防水、粘结特性出发，分析病害与防水粘结层破坏有很大关系，提出桥面防水层采用桥面同步碎石防水层施工方法，并由原材料选择、施工工艺和质量控制入手通过工程施工实例，对施工的桥面同步碎石防水层进行拉拔和剪切试验验证，桥面同步碎石在高速公路上具有防止水分侵入桥面水泥混凝土，起到防水层的作用，供施工技术管理人员参考。
关键词：同步碎石 粘结性能 防水层 应用
中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0061-03
桥面防水粘结层是桥面铺装结构中非常重要的功能层，对于桥面铺装的使用效果有重要影响，调查表明，桥面铺装层间剪切破坏、开裂、水损害、车辙等病害都与防水粘结层破坏有很大关系。从浙北地区已经投入运营的高速公路使用情况来看，车辙是高速公路病害的主要形式，而其中又以桥面车辙的发生情况最为严重，以乍嘉苏高速公路为例，通车第二年便开始发生大规模车辙，这一年进行车辙处理长度为4km多，其中几座大桥的桥面车辙占了一半以上，而桥梁总长占到路线总长的不到20%，这说明桥面车辙的发生概率远远大于一般路段。
目前，桥面防水层的种类繁多，有涂膜类、结构类、卷材类等，常用的同步碎石结构类防水层有改性乳化沥青+ 碎石、改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石及沥青胶砂。嘉兴已建设完成的三条高速公路桥梁占路线全长的11.5%。针对高速公路部分跨度较大、纵坡大的桥梁使用了新型的同步碎石结构类防水材料。本次选择了SBS改性沥青+碎石的结构。SBS改性沥青的60℃粘度可达13000Pa·s，与原桥面有良好的粘结力。上述工程的应用均达到了良好的预期效果，经检测验收工程质量优良，并经过运营使用实践的检验，得到了专家和社会的一致好评。
1 原材料选择
1.1 粘结剂
粘结剂选用QN-100型。粘结剂的针入度、延度、粘度质量要求须符合规范规定。
1.2 改性沥青
基质沥青选用成品泰普克SBS改性沥青，为提高工程的质量，工程要求达到规范1—D技术指标（其中少量技术指标略高于规范规定），在保证沥青正确的洒布温度、洒布量的前提下，使用普通沥青、重交沥青、乳化沥青、改性沥青都可以获得很好的效果。改性沥青技术指标见表1。
1.3 集料
粗集料选用9.5～13.2mm规格料，选用辉绿岩。粗集料采用反击式破碎机轧制，并经冲击式破碎机整形。针片状石料严格控制，几何尺寸要好，不含杂质和石粉，对石料酸碱性无特殊要求，并严格经过水洗风干。粗集料质量要求须符合规范规定。
2 施工工艺及质量控制
2.1 施工工艺
桥面处理（铣刨或抛丸）—洒布粘结剂—同步洒布改性热沥青及碎石—压路机碾压—质量检测—养生。
2.2 原橋面处理
为了保证桥面和防水层的粘结，必须对水泥混凝土桥面进行清理。同时，桥面清理必须彻底，使得沥青和桥面混凝土能够充分粘结。首先采用抛丸机将桥面1～3mm浮浆清除，使桥面缺陷充分暴露，从外观上看，其处理效果优于机械清扫，费用比机械清扫要高。桥面进行铣刨或抛丸处理后，表面浮浆能彻底清除，再洒布改性乳化沥青，就能很好地和桥面粘结，当最后施工桥面沥青铺装层时，由于是同质材料，加上施工时温度很高，沥青铺装层能和桥面同步碎石防水粘结层充分结合，这样桥面同步碎石防水粘结层就充当了水泥铺装层和沥青铺装层之间的过渡、粘结桥梁。
2.3 喷洒粘结剂
喷洒粘结剂是为了提高防水层与桥面的粘结，粘结剂洒布量为0.2～0.4kg/m2。同步碎石封层车的喷油嘴高度不同，所形成的沥青膜厚度会不同（因为各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青重叠情况不同），通过调整喷嘴高度使得沥青膜的厚度符合要求。这层粘结层兼有透层的作用，同时粘结剂内部相互交连，不粘轮，不影响后序施工。粘结剂待养生成型后进行后序施工，养生期间需控制交通（见图1）。
2.4 喷洒防水材料和碎石
如图2所示，采用同步碎石撒布车喷洒SBS改性沥青和撒布碎石，SBS改性沥青洒布量为1.0～1.2kg/m2，碎石撒布覆盖率70%～80%，采用9.5～13.2mm粒径的辉绿岩集料，本次应用中碎石较为洁净，没有进行预裹覆处理，如碎石含泥量较高，应进行清洗处理。
同步碎石撒布车集沥青结合料的洒布与碎石骨料撒布于一体，可在1s内同时完成两种材料的洒（撒）布，保证了沥青结合料与碎石的粘结。整机采用计算机控制系统，沥青结合料喷洒部分最大洒（撒）布宽度为3.75m，撒布量可通过料门开启大小和滚筒转速自动调节，方便的操作更容易与沥青结合料喷洒部分保持同步。同时，可根据施工需要控制洒布量，随机调节洒布度，喷洒均匀，性能可靠，可喷洒高粘度的改性沥青、重交沥青、乳化沥青等，碎石撒布部分可撒布不同规格的碎石。
桥面同步碎石防水粘结层施工技术的关键是热沥青的洒布和碎石的撒布必须尽可能同时，要求必须控制在1s以内，因为热沥青洒布时必须雾化，导致热沥青降温很快，如果碎石撒布不同步，等热沥青温度降低时，将无法和碎石粘结，影响同步碎石防水粘结层的使用功能。
2.5 技术要点
（1）选用技术性能先进的同步碎石封层机并保持其良好的技术状态是保证沥青路面同步碎石封层质量和效率的前提和基础，其中包括：结构合理的沥青喷洒装置，保证对沥青喷洒量及均匀性进行精确调节与控制；先进合理的沥青控制系统；精确调节和控制碎石的撒布量及均匀性；沥青喷洒与碎石撒布要保持高度一致。
（2）喷嘴高度不同时喷洒后形成的沥青膜厚度不同（各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青的重叠情况不同），因此要通过调整喷嘴高度使得沥青膜厚度适宜。 （3）施工中沥青用量是决定封层质量好坏的一个十分重要的因素。沥青过少时所封层的路面有可能出现严重的碎石脱粒；若过多时，则会出现泛油现象。因此沥青用量要根据气候、交通量、路面状况、材料、工程特点等需要而提出控制要求，如大交通量的道路用量宜减少5%～10%，秋季施工用量比夏季应增加5%左右。
（4）为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度的沥青膜，必须保持沥青在160℃～170℃的温度范围内。
（5）同步碎石封层机应以适宜的作业速度匀速行驶，在此条件下碎石和沥青的撒（洒）布率必须匹配。
（6）根据路面平整度和抗滑性能要求，应严格控制所用石料的粒径范围，即等粒径石料最理想，但考虑到石料的破碎及筛分有一定困难，针片状石料要限制在15%以内，不含杂质和石粉，压碎值小于14%，要经过水洗、风干。
（7）作为沥青路面表面处理层或磨耗层的同步碎石封层，其平整度和强度必须满足要求。
2.6 碾压及养生
喷洒完SBS改性沥青和碎石后，采用15t以上的胶轮压路机对防水材料进行碾压，使碎石与SBS改性沥青充分粘结，碾压2～3遍即可，以便在热沥青温度降低之前或乳化沥青破乳后能及时完成碾压定位工序。
碾压完成后养生24h后，使SBS改性沥青冷却后，即可开放交通。
3 施工质量检测
在施工过程中，现场同时采用涂膜类防水涂料和SBS改性沥青+碎石两种施工方案对桥面进行处理进行比对，从应用效果来看，SBS改性沥青+碎石明显好于涂膜类防水涂料处理效果。
3.1 现场检测
施工完成后，选取部分路段进行拉拔试验和剪切试验，检测防水材料与桥面的粘结情况。
3.1.1 拉拔试验
采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结力状况，涉及因素有温度、防水层厚度、模量、铺装层厚度等。试验检测结果见表2。
3.1.2 剪切试验
剪切试验是高温环境中水平剪切力作用下的防水粘结层最不利情况的试验。考虑到材料对温度的敏感性，在不同环境温度下进行抗剪强度的测定。在25℃下，就防水粘结材料用量、桥面准备状况、老化等因素对层间抗剪强度的影响规律进行探讨。现场进行的剪切试验结果见表3。
由拉拔和剪切试验结果来看，同步碎石防水层与原桥面的粘结强度较传统的涂膜类防水涂料高。
3.2 破坏调查
涂膜类桥面防水层在施工完成后与原桥面粘结力相对较差，养生完成后开放交通时多被运料车破坏，即使没有遭到运料车破坏也难逃摊铺机履带的破坏，由此可见，其材料优越性根本没能体现出来。
本次采用同步碎石结构类的防水层，经后期观察，基本没有遭到运料车的破坏，同时在桥面铺筑下面层沥青混合料时，从现场观察结果来看，同步碎石与原桥面粘结牢固，不会受到摊铺机履带作用时的挤压而“起皮”。
4 施工应注意的问题
为了获得满意的同步碎石施工效果，需要注意以下几个问题。
（1）沥青路面损伤的类型及程度的准确判断以及正确选择同步碎石封层施工工艺。
（2）根据交通量、气候和供应条件，合理选择沥青和碎石，并使沥青品质（润湿性、粘结性和内聚性等）和碎石品质（粒度、耐磨性、抗压性和持久性等）之间有良好的相容性。
（3）保持同步碎石封层机和配套机具良好的技术状态，以保证封层施工质量和生产率。
（4）在施工工艺及技术规范所允许的范围内正确调整和操作同步碎石封层机及其他机具。
（5）必须进行试封层，并依此对选择的技术参数做必要的修正。
（6）聘用训练有素的人员选择材料、确定配方、组合机具、操作试验和作业。
（7）仔细做好封层施工全过程的记录，并认真总结。
5 结语
通过在桥面施工中应用同步碎石结构类的防水层，进行拉拔试验和剪切试验来检测防水材料与桥面的粘结情况，从效果来看，SBS改性沥青+碎石明显好于涂膜类防水涂料处理效果。同步碎石防水层由于桥面洒布了一层改性热沥青，厚度在1mm左右，而且灑布较为均匀，能够有效防止水分侵入桥面水泥混凝土，起到防水层的作用。粘结层用于增强桥面水泥铺装层和沥青铺装层的粘结，缓解了桥面车辙的发生。
参考文献
[1] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].
[2] 黄志斌，罗旗帜.曲线连续箱梁桥病害分析及加固措施[J].施工技术，2017，3（5）：70-72.
[3] 汪建群，许巧，方志，等.早龄混凝土的压缩与拉伸徐变及其研究现状[J].土木建筑与环境工程，2016，38（5）：122-129.
关键词：同步碎石 粘结性能 防水层 应用
中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（c）-0061-03
桥面防水粘结层是桥面铺装结构中非常重要的功能层，对于桥面铺装的使用效果有重要影响，调查表明，桥面铺装层间剪切破坏、开裂、水损害、车辙等病害都与防水粘结层破坏有很大关系。从浙北地区已经投入运营的高速公路使用情况来看，车辙是高速公路病害的主要形式，而其中又以桥面车辙的发生情况最为严重，以乍嘉苏高速公路为例，通车第二年便开始发生大规模车辙，这一年进行车辙处理长度为4km多，其中几座大桥的桥面车辙占了一半以上，而桥梁总长占到路线总长的不到20%，这说明桥面车辙的发生概率远远大于一般路段。
目前，桥面防水层的种类繁多，有涂膜类、结构类、卷材类等，常用的同步碎石结构类防水层有改性乳化沥青+ 碎石、改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石及沥青胶砂。嘉兴已建设完成的三条高速公路桥梁占路线全长的11.5%。针对高速公路部分跨度较大、纵坡大的桥梁使用了新型的同步碎石结构类防水材料。本次选择了SBS改性沥青+碎石的结构。SBS改性沥青的60℃粘度可达13000Pa·s，与原桥面有良好的粘结力。上述工程的应用均达到了良好的预期效果，经检测验收工程质量优良，并经过运营使用实践的检验，得到了专家和社会的一致好评。
1 原材料选择
1.1 粘结剂
粘结剂选用QN-100型。粘结剂的针入度、延度、粘度质量要求须符合规范规定。
1.2 改性沥青
基质沥青选用成品泰普克SBS改性沥青，为提高工程的质量，工程要求达到规范1—D技术指标（其中少量技术指标略高于规范规定），在保证沥青正确的洒布温度、洒布量的前提下，使用普通沥青、重交沥青、乳化沥青、改性沥青都可以获得很好的效果。改性沥青技术指标见表1。
1.3 集料
粗集料选用9.5～13.2mm规格料，选用辉绿岩。粗集料采用反击式破碎机轧制，并经冲击式破碎机整形。针片状石料严格控制，几何尺寸要好，不含杂质和石粉，对石料酸碱性无特殊要求，并严格经过水洗风干。粗集料质量要求须符合规范规定。
2 施工工艺及质量控制
2.1 施工工艺
桥面处理（铣刨或抛丸）—洒布粘结剂—同步洒布改性热沥青及碎石—压路机碾压—质量检测—养生。
2.2 原橋面处理
为了保证桥面和防水层的粘结，必须对水泥混凝土桥面进行清理。同时，桥面清理必须彻底，使得沥青和桥面混凝土能够充分粘结。首先采用抛丸机将桥面1～3mm浮浆清除，使桥面缺陷充分暴露，从外观上看，其处理效果优于机械清扫，费用比机械清扫要高。桥面进行铣刨或抛丸处理后，表面浮浆能彻底清除，再洒布改性乳化沥青，就能很好地和桥面粘结，当最后施工桥面沥青铺装层时，由于是同质材料，加上施工时温度很高，沥青铺装层能和桥面同步碎石防水粘结层充分结合，这样桥面同步碎石防水粘结层就充当了水泥铺装层和沥青铺装层之间的过渡、粘结桥梁。
2.3 喷洒粘结剂
喷洒粘结剂是为了提高防水层与桥面的粘结，粘结剂洒布量为0.2～0.4kg/m2。同步碎石封层车的喷油嘴高度不同，所形成的沥青膜厚度会不同（因为各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青重叠情况不同），通过调整喷嘴高度使得沥青膜的厚度符合要求。这层粘结层兼有透层的作用，同时粘结剂内部相互交连，不粘轮，不影响后序施工。粘结剂待养生成型后进行后序施工，养生期间需控制交通（见图1）。
2.4 喷洒防水材料和碎石
如图2所示，采用同步碎石撒布车喷洒SBS改性沥青和撒布碎石，SBS改性沥青洒布量为1.0～1.2kg/m2，碎石撒布覆盖率70%～80%，采用9.5～13.2mm粒径的辉绿岩集料，本次应用中碎石较为洁净，没有进行预裹覆处理，如碎石含泥量较高，应进行清洗处理。
同步碎石撒布车集沥青结合料的洒布与碎石骨料撒布于一体，可在1s内同时完成两种材料的洒（撒）布，保证了沥青结合料与碎石的粘结。整机采用计算机控制系统，沥青结合料喷洒部分最大洒（撒）布宽度为3.75m，撒布量可通过料门开启大小和滚筒转速自动调节，方便的操作更容易与沥青结合料喷洒部分保持同步。同时，可根据施工需要控制洒布量，随机调节洒布度，喷洒均匀，性能可靠，可喷洒高粘度的改性沥青、重交沥青、乳化沥青等，碎石撒布部分可撒布不同规格的碎石。
桥面同步碎石防水粘结层施工技术的关键是热沥青的洒布和碎石的撒布必须尽可能同时，要求必须控制在1s以内，因为热沥青洒布时必须雾化，导致热沥青降温很快，如果碎石撒布不同步，等热沥青温度降低时，将无法和碎石粘结，影响同步碎石防水粘结层的使用功能。
2.5 技术要点
（1）选用技术性能先进的同步碎石封层机并保持其良好的技术状态是保证沥青路面同步碎石封层质量和效率的前提和基础，其中包括：结构合理的沥青喷洒装置，保证对沥青喷洒量及均匀性进行精确调节与控制；先进合理的沥青控制系统；精确调节和控制碎石的撒布量及均匀性；沥青喷洒与碎石撒布要保持高度一致。
（2）喷嘴高度不同时喷洒后形成的沥青膜厚度不同（各个喷嘴喷出的扇形雾状沥青的重叠情况不同），因此要通过调整喷嘴高度使得沥青膜厚度适宜。 （3）施工中沥青用量是决定封层质量好坏的一个十分重要的因素。沥青过少时所封层的路面有可能出现严重的碎石脱粒；若过多时，则会出现泛油现象。因此沥青用量要根据气候、交通量、路面状况、材料、工程特点等需要而提出控制要求，如大交通量的道路用量宜减少5%～10%，秋季施工用量比夏季应增加5%左右。
（4）为保证雾状喷洒而形成均匀、等厚度的沥青膜，必须保持沥青在160℃～170℃的温度范围内。
（5）同步碎石封层机应以适宜的作业速度匀速行驶，在此条件下碎石和沥青的撒（洒）布率必须匹配。
（6）根据路面平整度和抗滑性能要求，应严格控制所用石料的粒径范围，即等粒径石料最理想，但考虑到石料的破碎及筛分有一定困难，针片状石料要限制在15%以内，不含杂质和石粉，压碎值小于14%，要经过水洗、风干。
（7）作为沥青路面表面处理层或磨耗层的同步碎石封层，其平整度和强度必须满足要求。
2.6 碾压及养生
喷洒完SBS改性沥青和碎石后，采用15t以上的胶轮压路机对防水材料进行碾压，使碎石与SBS改性沥青充分粘结，碾压2～3遍即可，以便在热沥青温度降低之前或乳化沥青破乳后能及时完成碾压定位工序。
碾压完成后养生24h后，使SBS改性沥青冷却后，即可开放交通。
3 施工质量检测
在施工过程中，现场同时采用涂膜类防水涂料和SBS改性沥青+碎石两种施工方案对桥面进行处理进行比对，从应用效果来看，SBS改性沥青+碎石明显好于涂膜类防水涂料处理效果。
3.1 现场检测
施工完成后，选取部分路段进行拉拔试验和剪切试验，检测防水材料与桥面的粘结情况。
3.1.1 拉拔试验
采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结力状况，涉及因素有温度、防水层厚度、模量、铺装层厚度等。试验检测结果见表2。
3.1.2 剪切试验
剪切试验是高温环境中水平剪切力作用下的防水粘结层最不利情况的试验。考虑到材料对温度的敏感性，在不同环境温度下进行抗剪强度的测定。在25℃下，就防水粘结材料用量、桥面准备状况、老化等因素对层间抗剪强度的影响规律进行探讨。现场进行的剪切试验结果见表3。
由拉拔和剪切试验结果来看，同步碎石防水层与原桥面的粘结强度较传统的涂膜类防水涂料高。
3.2 破坏调查
涂膜类桥面防水层在施工完成后与原桥面粘结力相对较差，养生完成后开放交通时多被运料车破坏，即使没有遭到运料车破坏也难逃摊铺机履带的破坏，由此可见，其材料优越性根本没能体现出来。
本次采用同步碎石结构类的防水层，经后期观察，基本没有遭到运料车的破坏，同时在桥面铺筑下面层沥青混合料时，从现场观察结果来看，同步碎石与原桥面粘结牢固，不会受到摊铺机履带作用时的挤压而“起皮”。
4 施工应注意的问题
为了获得满意的同步碎石施工效果，需要注意以下几个问题。
（1）沥青路面损伤的类型及程度的准确判断以及正确选择同步碎石封层施工工艺。
（2）根据交通量、气候和供应条件，合理选择沥青和碎石，并使沥青品质（润湿性、粘结性和内聚性等）和碎石品质（粒度、耐磨性、抗压性和持久性等）之间有良好的相容性。
（3）保持同步碎石封层机和配套机具良好的技术状态，以保证封层施工质量和生产率。
（4）在施工工艺及技术规范所允许的范围内正确调整和操作同步碎石封层机及其他机具。
（5）必须进行试封层，并依此对选择的技术参数做必要的修正。
（6）聘用训练有素的人员选择材料、确定配方、组合机具、操作试验和作业。
（7）仔细做好封层施工全过程的记录，并认真总结。
5 结语
通过在桥面施工中应用同步碎石结构类的防水层，进行拉拔试验和剪切试验来检测防水材料与桥面的粘结情况，从效果来看，SBS改性沥青+碎石明显好于涂膜类防水涂料处理效果。同步碎石防水层由于桥面洒布了一层改性热沥青，厚度在1mm左右，而且灑布较为均匀，能够有效防止水分侵入桥面水泥混凝土，起到防水层的作用。粘结层用于增强桥面水泥铺装层和沥青铺装层的粘结，缓解了桥面车辙的发生。
参考文献
[1] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].
[2] 黄志斌，罗旗帜.曲线连续箱梁桥病害分析及加固措施[J].施工技术，2017，3（5）：70-72.
[3] 汪建群，许巧，方志，等.早龄混凝土的压缩与拉伸徐变及其研究现状[J].土木建筑与环境工程，2016，38（5）：122-129.