論橡膠瀝青防水黏結層在橋梁工程中的應用

1、論橡膠瀝青防水黏結層在橋梁工程中的應用    摘要：橡膠瀝青是先將廢舊輪胎原質加工成為橡膠粉粒，再按一定的粗細級配比例進行組合，同時添加多種高聚合物改性劑，并在充分拌合的高溫條件下(180以上)，與基質瀝青充分熔脹反應后形成的改性瀝青膠結材料。2010年北京市順義區(qū)京密路大修工程中白馬路橋因原有防水層與瀝青面層間粘結不實，導致橋面瀝青面層底部透水，經車輛反復行駛后，橋面瀝青混凝土出現(xiàn)多處脫落、坑槽現(xiàn)象，嚴重影響道路通行。本文結合實例，介紹橡膠瀝青在橋面防水粘結層上的優(yōu)勢。關鍵詞：橡膠瀝青;防水黏結層;橋面鋪裝;配合比設計橡膠瀝青是先將廢舊輪胎原質加工成為

2、橡膠粉粒，再按一定的粗細級配比例進行組合，同時添加多種高聚合物改性劑，并在充分拌合的高溫條件下(180以上)，與基質瀝青充分熔脹反應后形成的改性瀝青膠結材料。橡膠瀝青具有高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗老化性、抗疲勞性、抗水損壞性等性能，是較為理想的環(huán)保型路面材料，目前主要應用于道路結構中的應力吸收層和表面層中。目前中國高速公路混凝土橋面瀝青鋪裝層的損壞率遠大于一般路面的損壞率。病害的成因以水損壞為主，常表現(xiàn)為坑槽、唧漿、推移等。解決鋪裝結構的水損壞問題是提高橋面鋪裝質量、增強耐久性的主要技術措施之一。水泥混凝土橋面板的防水問題不同干一般建筑的防水。由于在使用過程中不斷承受汽車荷載的作用.水泥混凝土

3、橋梁將產生不斷的振動。同時，由于水泥混凝土橋面板的剛度遠遠大于鋪裝的瀝青混凝土(一般相差10倍以上)，因此在荷載作用下水泥混凝土面板與鋪裝瀝青混凝土層之間存在較大的剪應力。當前，解決橋面鋪裝水損壞的技術措施主要有兩種：一是提高鋪裝瀝青混凝土的密實性，提高壓實度，減小空隙率;二是完善結構防水黏結層的設置。1 橡膠瀝青路面的性能優(yōu)勢及作用1.1 性能優(yōu)勢。優(yōu)異的抗疲勞性提高路面的耐久性能; 由于量高、彈性好，提高了路面對疲勞裂縫、反射裂縫的抵抗能力; 較強的低溫柔韌性減輕了路面的溫度敏感性; 因為膠結料含量高、油膜厚以及輪胎中含有抗氧化劑，故提高了道路抗老化、抗氧化能力; 優(yōu)異的抗車轍永久變形能力

4、; 由于道路的耐久性得到提高，使得道路的養(yǎng)護費用顯著降低; 大量使用廢舊輪胎，既節(jié)約了能源，也有利于環(huán)境保護; 橡膠中的炭黑能夠使路面黑色長期保存，與標線的對比度高，提高了道路的安全性; 橡膠瀝青用于瀝青混合料時，由于施工厚度薄，施工迅速，縮短了施工時間。1.2 作用1.2.1 提高瀝青混合料的耐久性和抗疲勞壽命;1.2.2 改善抵抗路面產生疲勞裂縫和反射裂縫的能力，這是由于高的粘結劑含量、瀝青膜厚度和良好的彈性所致;1.2.3 改善高溫抗永久變形能力(車轍、擁包);1.2.4 改善抗低溫裂縫的能力;1.2.5 提高了薄層罩面的耐久性和使用性能，降低了路面成本;1.2.6 降低噪聲，改善了行駛

5、舒適性;2 橡膠瀝青防水黏結層的特性橡膠瀝青在壓、剪狀態(tài)下具有較高的黏結強度，且在180 高溫下仍具有較高的旋轉黏度值(40目膠粉，23%摻量條件下旋轉黏度約為24 Pa· S)，可使瀝青灑布量增大到2.2 kg·m-2左右，增強防水黏結層的耐久性1 這些特性主要表現(xiàn)在以下3個方面。首先.橡膠瀝青有著優(yōu)良的黏彈性性能。圖l為普通瀝青與橡膠瀝青的荷載-變形曲線， 曲線下的面積代表破壞前蓄積的能量。對比可以看出，橡膠瀝青破壞前蓄積的能量比普通瀝青高出30%50%。其次，由于橡膠瀝青的溫度敏感性較低，因此其灑布量并不是一個很關鍵的指標，從最佳性能出發(fā)，橡膠瀝青封層灑布量高于其他封

6、層。以公稱12.5 mm的碎石封層為例，采用乳化瀝青時，灑布量為1.41.8 kg·m-2，采用聚合物改性瀝青時，灑布量為1.62.0 kg·m-2，而采用橡膠瀝青的灑布量為2.03.0 kg·m-2。此外，橡膠粉作為輪胎的產品，包含一些添加劑。這些添加劑使得橡膠瀝青比普通瀝青及其他改性瀝青有著更為突出的抗老化性能，能夠保持長期的黏彈性性能2，進而提高耐久性并減少維修次數。國內外的實際工程表明，橡膠瀝青防水黏結層用于橋面防水，有以下特點：防水效果優(yōu)良;與混凝土板的黏結性及變形追隨性極佳;提高橋面鋪裝的耐久性;縮短橋面鋪裝的施工日寸間;節(jié)約能源和自然資源;降低養(yǎng)護和

7、維修費用。3 橡膠瀝青防水黏結層試驗確定橋面橡膠瀝青應力吸收層配合比最常用的方法是：依靠過去的經驗給定橡膠瀝青灑布量、碎石粒徑及其撒鋪量，在實際施工中再根據工程人員的經驗進行調整。在橋面鋪裝中將瀝青混凝土鋪筑在剛性基面上.由于水泥混凝土和瀝青混凝土兩者的彈性模量相差數百倍，瀝青混合料面層基本上處于受壓狀態(tài)，因此橋面受到破壞的主要原因不是拉應力，而是上、下層之間的脫離造成的滑移和脫落3。橋面鋪裝層出現(xiàn)擁包和推移的搓板現(xiàn)象主要有兩方面原因：一是由于橋面鋼筋混凝土模量遠大于瀝青混凝土和防水層的模量， 加上瀝青混凝土厚度較小，瀝青層受到較大的剪力，從而引起破壞面的剪切變形;二是由于防水層與瀝青混凝土和

8、橋面層間黏結力不足而發(fā)生剪切破壞。本次研究基于橋面鋪裝防水黏結層的受力特性，通過反應層間黏結剪切性能的斜剪試驗.確定應力吸收層的碎石粒徑、橡膠瀝青灑布量.碎石撒布量則按照滿鋪面積的70%80%來控制。3.1 試驗方法。振動成型15cm×7cm泥混凝土試件5個，水泥混凝土材料及配合比與橋面板水泥混凝土相同。標養(yǎng)28 d后，用鋼刷清除水泥混凝土表面的浮漿，按試驗設計橡膠瀝青灑布量，在水泥混凝土上灑180橡膠瀝青。再按照試驗設計碎石粒徑及撤鋪量，將碎石撒布于橡膠瀝青面上。待橡膠瀝青冷卻后，采用靜壓法在防水層上成型瀝青混凝土。將試件在50±2的條件下放置4 h.取出后立即進行斜剪試

9、驗，夾具外形見圖2.剪切角為3O°，試驗機速度為10mm·min-2。記錄試驗過程中的最大力及滑移位置。計算試驗結果。3.2 試驗結果。本試驗原材料均由滬蓉西高速宜恩段路面2標提供.橋面板水泥混凝土標號為3O，瀝青混凝土為橡膠瀝青混凝土ARAC13，碎石為石灰?guī)r。試驗結果見表1。表1 室內斜剪(50)試驗結果 MPa            碎石粒徑/mm        瀝青灑布

10、量/(kg·m-2)                1.0        1.5        2.0        2.5     

11、60;  3.0                4.8-9.5        1.24        1.39        1.56    

12、;    1.50        1.36                9.5-13.2        1.03        1.34  

13、;      1.57        1.61        1.44                13.2-16.0        1.

14、06        1.43        1.65        1.69        1.58               

15、 16.0-19.0        0.86        1.13        1.35        1.36        1.32    

16、由表1可知，當碎石粒徑為13.216 mm.橡膠瀝青灑布量為2.5 kg·m-2時，斜剪強度出現(xiàn)最大值。隨著橡膠瀝青灑布量的增大，斜剪強度出現(xiàn)先增大后減小的趨勢：隨著碎石粒徑的增大，斜剪強度總體上也出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。除了碎石粒徑和瀝青灑布量.碎石的撤鋪量也是影響應力吸收層各種功能的一個重要因素。碎石太多會影響橋面板與鋪裝層的黏接，同時造成不必要的浪費：碎石太少則無法提供充足的內摩阻力。根據施工經驗，施工時碎石量越少.攤鋪機等施工機械對防水黏結層的破壞越嚴重，應力吸收層的防裂效果也越差，帶來泛油、推移等病害。因此在進行橋面瀝青防水黏結層的設計和施工時.應嚴格將碎石撒鋪量控制在滿鋪

17、面積的70%80%。3 橡膠瀝青防水黏結層施工3.1 清掃。在防水黏結層施工前應對施工現(xiàn)場進行認真的清理，保證下承層干凈、干燥、無浮塵。采用小型打毛機將橋面板表面的浮漿徹底清除后，再用鋼絲清掃車清掃，最后結合人工細部清理干凈后方可噴灑橡膠瀝青。3.2 橡膠瀝青的灑鋪。在灑鋪過程中，灑鋪車應按照試驗確定的有關參數，保持勻速行駛，穩(wěn)定轉速，以保證灑鋪的均勻。橡膠瀝青的灑鋪溫度為190200 ，橡膠瀝青灑布量(2.5±O.2)kg·m -2。在瀝青灑鋪過程中應注重接頭的施工處理，具體分為橫向接頭和縱向接頭。在橫向接頭的位置，再次施工時既要與前次施工緊密銜接，同時也要避免與前次施工

18、的斷面重疊。3.3 碎石撒布。瀝青灑鋪后緊接著進行碎石撒布，撒布的碎石為通過拌和樓加熱到150170 、除塵和篩分為單一規(guī)格的粒徑為13.216 mm的熱石灰?guī)r碎石. 撒鋪量為滿鋪面積的70%80%(一般為812 kg·m -2)，要求撒布后各斷面上的碎石均勻、無塵。3.4 膠輪碾壓。碎石撤布后緊跟1臺膠輪壓路機碾壓2遍。對施工完成的路段進行檢查，主要檢查瀝青灑布后是否存在局部的油丁，碎石撒布是否均勻，對于撒布較密的部位要清除，對于較稀松的部位要采用人工補撒。4 施工注意事項4.1 注意乳化瀝青的撒布量，瀝青攤鋪后會出現(xiàn)表層泛油現(xiàn)象，過少起不到防水作用;4.2注意靠近路緣石兩側的撒布，因機械撒布限制，此處會出現(xiàn)撒不到的現(xiàn)象，需人工處理;4.3 鋪設瀝青防水粘結層后及時撒布經熱浸的乳化瀝青的碎石，撒布量不應過大，以不粘輪胎且不影響與瀝青混凝土的粘結為宜，表面不應有浮散的碎石;4.4 注意伸縮縫的保護，灑布車過伸縮縫防止保護方木，且伸縮縫需進行覆蓋防護;4.5 做好瀝青灑布車和碎石灑布車的選擇，撒布橡膠瀝青防水粘結層注意出場及撒布溫度(乳化瀝青防水粘結層粘度較大)，撒布碎石及攤鋪面層時運輸材料的汽車輪胎需進行處理，防止黏輪;4.6 橋面灑布前需進行徹底的清掃和檢查;5 質量檢查采用現(xiàn)場拉拔試驗檢驗防水黏結層的鋪筑質量。水泥混凝土橋面