橋面橡膠瀝青碎石封層層間結(jié)合穩(wěn)定性研究

宋人武

摘 要：以某中橋?qū)ο鹉z瀝青碎石封層的應(yīng)用情況為依托，通過現(xiàn)場跑車、剎車、掉頭等實體試驗從宏觀角度對其層間結(jié)合穩(wěn)定性進(jìn)行驗證，并且基于現(xiàn)場拉拔試驗對其層間結(jié)合強度進(jìn)行量化評價，同時提出了橡膠瀝青碎石封層施工質(zhì)量控制要點。結(jié)果表明，橡膠瀝青作為水泥混凝土橋面的碎石封層材料具有較好的施工性能和使用效果。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青；碎石封層；層間結(jié)合穩(wěn)定性；施工控制

中圖分類號：U416.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1000-033X（2016）05-0051-04

Abstract： Based on the application of asphalt rubber chip seal to a mid-sized bridge， the interlayer bonding stability was verified by running the test of driving， braking and turning around on the deck. Quantitative evaluation of the interlayer bonding strength was conducted based on pull-out test， and the key points of construction quality control of asphalt rubber chip seal were proposed. The results show that as the chip seal material， asphalt rubber delivers great performance on cement concrete deck.

Key words： asphalt rubber； chip seal； interlayer bonding stability； construction control

0 引 言

橡膠瀝青作為新的碎石封層材料，對施工質(zhì)量控制的要求特別嚴(yán)格，在施工過程中需要嚴(yán)格控制影響其層間結(jié)合穩(wěn)定性的各項關(guān)鍵環(huán)節(jié)，才能更好地發(fā)揮其良好的使用性能[1-3]。本文結(jié)合室內(nèi)試驗研究成果，通過實體工程進(jìn)行現(xiàn)場試驗，從而研究橡膠瀝青作為橋面碎石封層在鋪裝結(jié)構(gòu)中的層間結(jié)合效果，并通過對其施工工藝及質(zhì)量控制的研究，推廣應(yīng)用范圍。

1 實體工程施工方案

以某中橋橋面為試驗工程進(jìn)行橡膠瀝青碎石封層施工，其中：橡膠瀝青的噴灑溫度控制在190 ℃～200 ℃，噴灑量設(shè)定為2.0 kg·m-2；潔凈碎石撒布量為10 kg·m-2（能夠達(dá)到滿鋪面積的70%左右）；現(xiàn)場采用離心式壓力拋丸機對水泥混凝土橋面板進(jìn)行噴砂打毛預(yù)處理。

現(xiàn)場碎石封層施工工藝為：混凝土橋面拉毛（或噴砂處理）；混凝土橋面清理（空壓機）；噴灑橡膠瀝青；撒布碎石（碎石必須干燥且清潔）；用膠輪壓路機碾壓1～2遍；清掃松散碎石；養(yǎng)護(hù)24 h。

碎石封層施作完畢后，隨即在現(xiàn)場進(jìn)行跑車試驗、剎車試驗和車輛掉頭試驗，以驗證橡膠瀝青撒布碎石這種碎石封層的施工工藝是否具備良好的施工性能[4]。鋪筑完瀝青面層后，在現(xiàn)場進(jìn)行拉拔試驗，以確定橡膠瀝青碎石封層的實際應(yīng)用效果[5]。

2 現(xiàn)場試驗

2.1 跑車試驗

為保證瀝青混凝土橋面鋪裝施工的順利進(jìn)行，要求碎石封層必須能夠抵抗施工機械（主要為攤鋪機和運料車等）的沖擊[6]。試驗采用后軸重為20 t的雙后軸載重車，以30 km·h-1的速度在該段碎石封層上行駛，觀察輪跡帶上的碎石封層有無推移、起層、裂縫和破損等現(xiàn)象。

試驗結(jié)果表明，該段碎石封層在行車荷載作用下，輪跡帶上未出現(xiàn)相應(yīng)的破損現(xiàn)象，說明橡膠瀝青碎石封層能夠滿足運料車輛在施工過程中的正常行駛要求。

2.2 剎車試驗

由于運料車輛在橋面上制動的可能性比較大，需要測定橡膠瀝青碎石封層的抗剪性能。試驗采用后軸重為20 t的雙后軸載重車，以30 km·h-1的速度在該段碎石封層上行駛并緊急制動，觀察輪跡帶上的碎石封層有無明顯的剝離、起層、裂縫和破損等現(xiàn)象。試驗結(jié)果如圖1所示。

試驗結(jié)果表明，在運料車輛緊急制動作用下，輪跡帶上的碎石封層未出現(xiàn)明顯的破壞現(xiàn)象，說明橡膠瀝青碎石封層具有較好的抗剪性能，在施工過程中能夠滿足車輛緊急制動的要求。

2.3 車輛掉頭試驗

由于運料車輛不可避免地要在橋面上掉頭，需要測定橡膠瀝青碎石封層是否會因車輛掉頭而產(chǎn)生破壞。試驗采用后軸重為20 t的雙后軸載重車，在該段碎石封層上掉頭，觀察輪跡帶上碎石封層有無推移、剝離、起層、裂縫和破損等現(xiàn)象。

試驗結(jié)果表明，在車輛掉頭過程中，輪跡帶上的碎石封層未出現(xiàn)相應(yīng)的破壞現(xiàn)象，說明橡膠瀝青碎石封層能夠滿足施工車輛的掉頭要求。

2.4 拉拔試驗

在橋面瀝青混凝土鋪裝后，可以在現(xiàn)場采用橋面鋪裝層測試系統(tǒng)（圖2）來檢測瀝青混凝土面層與水泥混凝土橋面板之間的粘結(jié)強度。該設(shè)備的工作原理與室內(nèi)的萬能試驗機相同，都是通過拉鉤施加垂直拉拔力。

具體試驗方法為：在瀝青混凝土鋪裝層施工完畢后，用直徑10 cm的鉆芯機在橋面上鉆孔，鉆至水泥混凝土橋面板后取出鉆頭，使得該部分的瀝青混凝土與周邊的瀝青混凝土鋪裝層完全割斷；用環(huán)氧樹脂將橋面鋪裝層測試系統(tǒng)的金屬頭粘貼在瀝青混凝土表面；待環(huán)氧樹脂凝固后，通過橋面鋪裝層拉拔試驗系統(tǒng)對圓盤粘頭施加連續(xù)拉力（速率為10 mm·min-1），直至芯樣拉斷。

本次試驗在32 ℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行，共進(jìn)行6次獨立試驗，破壞面均在碎石封層與水泥混凝土之間，試驗結(jié)果見表1。

與室內(nèi)拉拔試驗數(shù)據(jù)相比，現(xiàn)場拉拔試驗所測得結(jié)果較小，而且變異性較大。究其原因，可能有以下幾點：鉆孔對瀝青混凝土鋪裝層的擾動較大，對層間結(jié)合狀況有一定影響；在取芯過程中，瀝青混凝土鋪裝層中滲入較多水分，影響其自身結(jié)合強度；水泥混凝土橋面板粗糙程度差異較大。但從總體上來講，現(xiàn)場拉拔試驗?zāi)軌蛟谝欢ǔ潭壬嫌行У卦u價瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面板之間的層間粘結(jié)強度，并對碎石封層的實際效果進(jìn)行檢驗。

通過現(xiàn)場試驗簡單驗證橡膠瀝青碎石封層的層間結(jié)合穩(wěn)定性能，結(jié)果證明：橡膠瀝青碎石封層具有良好的施工性能，在施工過程中能夠滿足各種施工機械在其上正常行駛、剎車、掉頭等的要求，而且橡膠瀝青具有較高的粘度，能夠很好地將瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面板結(jié)合起來，從而使橋面在后期使用過程中發(fā)揮優(yōu)良的性能[7]。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 水泥混凝土橋面板預(yù)處理階段的質(zhì)量控制

（1）防止碎石封層的噴涂厚度不均勻。水泥混凝土橋面板應(yīng)該平整，對2 mm以上的尖銳突出物和凹深5 mm以上的小坑應(yīng)進(jìn)行打磨或修補處理；而且對于橫坡不符合要求的地方也應(yīng)予以處理。

（2）防止碎石封層在施工過程中出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象。水泥混凝土橋面板必須干燥，不能有任何明顯的潮濕區(qū)域。根據(jù)已有工程經(jīng)驗，可以將含水量在6%以下時視為干燥狀態(tài)，而橋面處于干燥狀態(tài)的時間大概是澆注1個月后。

（3）防止碎石封層與水泥混凝土橋面板之間形成薄弱層。水泥混凝土橋面板必須潔凈，無塵土、油污、碎石或沙粒等施工殘留物。鋪設(shè)碎石封層前應(yīng)該用空壓機、去油劑等將表面處理干凈，如有砂漿等結(jié)硬雜物，應(yīng)將其打磨掉[8]。

（4）水泥混凝土橋面板的強度應(yīng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)號，且表面不得有松散、浮漿、掉皮、空鼓和嚴(yán)重開裂現(xiàn)象。

（5）水泥混凝土橋面板必須注意養(yǎng)生，達(dá)到預(yù)期效果后才能鋪涂碎石封層，以免混凝土在施工后期由于嚴(yán)重收縮使碎石封層撕裂。

（6）為保證碎石封層能夠與水泥混凝土橋面板更好地結(jié)為整體，建議對水泥混凝土橋面進(jìn)行噴砂或拉毛處理。拉毛處理時最好使用專用機械，以獲得均勻的粗糙表面；同時不能順著行車方向拉毛，否則將減小橋面的抗剪強度，在車輛行駛時易造成橋面剪切破壞，建議拉毛方向與行車方向垂直；拉毛之后采用吹風(fēng)機將浮粒吹掉（根據(jù)經(jīng)驗，橋梁兩側(cè)的防撞欄處容易遺留粉塵，最好采用吸塵器將粉塵吸走），最后采用高壓水槍沖洗橋面。

根據(jù)已有的施工經(jīng)驗，對具體的常見缺陷提出處理建議，見表2。

3.2 噴灑橡膠瀝青及撒布碎石階段的質(zhì)量控制

（1）橡膠瀝青碎石封層噴涂之前應(yīng)該對其性能進(jìn)行嚴(yán)格檢驗。橡膠瀝青碎石封層材料的質(zhì)量檢測分為物理性能檢測和路用性能檢測，性能檢測合格后才可進(jìn)行噴涂，具體檢測項目見表3。

（2）橡膠瀝青施工時的最低氣溫不應(yīng)低于5 ℃，在雨天、霧天及大風(fēng)天氣不得施工，嚴(yán)禁夜間施工。

（3）橡膠瀝青碎石封層應(yīng)該采用專用機械進(jìn)行噴灑式施工，將橡膠瀝青用瀝青泵泵入瀝青灑布車，且在瀝青泵管道入口和出口處設(shè)置篩網(wǎng)，以防止雜物進(jìn)入瀝青灑布車中。

（4）瀝青灑布車進(jìn)入橋面施工范圍以前，應(yīng)該清除輪胎上粘附的泥土等雜物，防止行駛過程中污染橋面。灑布范圍周邊的防水粘結(jié)材料應(yīng)予以保護(hù)，起點及終點用油氈墊好，兩端保護(hù)長度必須達(dá)到15 m以上。

（5）噴灑前應(yīng)清理灑布管道并試噴檢查，每一噴嘴均噴射出后，才能進(jìn)行噴灑。不需要灑粘層油，直接分2～3層并按一定的方向順序噴灑橡膠瀝青。噴灑時應(yīng)做到厚度適宜，噴灑均勻，不得有流淌、堆積或漏噴現(xiàn)象，以保證碎石封層在橋面上形成一個完整的表層。橡膠瀝青的噴灑溫度控制在190 ℃～200 ℃，其用量控制為1.8～2.2 kg·m-2。

（6）若有漏噴，應(yīng)該進(jìn)行人工補涂，補涂時應(yīng)能夠確保補涂厚度達(dá)到碎石封層材料的要求厚度。整個噴灑過程直至撒布碎石保護(hù)層前，應(yīng)封閉交通，嚴(yán)禁任何人踩踏未干的碎石封層，禁止穿帶跟或帶釘?shù)仔鳂I(yè)，以免損壞碎石封層。

（7）噴灑橡膠瀝青之后應(yīng)立即撒布一層干燥且潔凈的碎石作保護(hù)層，并用26 t的膠輪壓路機以較慢的速度穩(wěn)壓1～2遍。碎石撒布量控制在10 kg·m-2 左右，覆蓋表面70%左右。為提高層間結(jié)合效果，應(yīng)提前將碎石在160 ℃～165 ℃下進(jìn)行預(yù)熱處理。

（8）橡膠瀝青及碎石保護(hù)層施工完畢后，應(yīng)指派專人進(jìn)行管理、養(yǎng)護(hù)。至少養(yǎng)護(hù)24 h后方可允許車輛以低于5 km·h-1的速度行駛，且不得剎車或掉頭；同時嚴(yán)禁重物沖擊碎石封層，封層上不得任意堆放物品。

3.3 瀝青混凝土鋪裝階段的質(zhì)量控制

水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝層的施工程序及工藝與常規(guī)的路面施工基本一致。為保證瀝青混凝土鋪裝層自身的質(zhì)量，必須嚴(yán)格檢查原材料質(zhì)量，認(rèn)真做好目標(biāo)配合比及生產(chǎn)配合比的設(shè)計；嚴(yán)格控制瀝青混合料的拌和時間及溫度；嚴(yán)格控制碾壓工序，確保壓實質(zhì)量。這些措施在保證瀝青混凝土鋪裝層質(zhì)量的同時，也在一定程度上提高了碎石封層的使用性能，延長其使用壽命。以下就試驗工程施工過程中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行詳細(xì)說明。

（1）橡膠瀝青及碎石保護(hù)層灑（撒）布完成并至少養(yǎng)護(hù)24 h以后，經(jīng)技術(shù)人員檢驗合格方可進(jìn)行瀝青混凝土鋪裝層的施工。

（2）施工過程中必須嚴(yán)格控制碾壓工序，對實行空隙率和壓實度雙控來保證壓實質(zhì)量，并通過防止混合料離析等措施來改善鋪裝層的抗開裂能力，從而減少水分的滲透。尤其應(yīng)該重視瀝青混凝土鋪裝層在靠近隔離帶部分的壓實質(zhì)量，防止間隙水從此滲入。

（3）運輸車輛及攤鋪、碾壓設(shè)備在施工過程中應(yīng)保持勻速前進(jìn)，不得在未碾壓成型路段上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭或急剎車等，以免對碎石封層造成人為破壞。

（4）施工完成后，不得有殘留物堵塞排水管道，以免造成橋面排水困難。

3.4 碎石封層施工質(zhì)量檢驗

（1）水泥混凝土橋面板的厚度、強度、結(jié)構(gòu)尺寸及瀝青混凝土鋪裝層的厚度、壓實度等項目的檢測按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1—2004）執(zhí)行。

（2）水泥混凝土橋面板的表面清潔度、干燥度以及碎石封層的表觀質(zhì)量均用目測檢驗。

（3）碎石封層的粘結(jié)強度在瀝青混凝土鋪裝層施工完畢后用拉拔儀進(jìn)行檢測，也可以委托檢測單位進(jìn)行檢測。

4 結(jié) 語

（1）通過對實體橡膠瀝青碎石封層進(jìn)行現(xiàn)場跑車、剎車、掉頭及拉拔試驗，發(fā)現(xiàn)碎石封層的各項技術(shù)指標(biāo)表現(xiàn)良好，明確了橡膠瀝青碎石封層的施工技術(shù)參數(shù)為：橡膠瀝青噴灑溫度控制在190 ℃～200 ℃，噴灑用量設(shè)定在2.0 kg·m-2；潔凈碎石撒布量為10 kg·m-2（能夠達(dá)到滿鋪面積的70%左右）。

（2）為保證碎石封層能夠與水泥混凝土橋面板更好地結(jié)為整體，應(yīng)采用專用機械對水泥混凝土橋面進(jìn)行噴砂或拉毛處理，同時拉毛方向應(yīng)與行車方向垂直。

（3）水泥混凝土橋面板必須干燥，不能有任何明顯的潮濕區(qū)域，一般應(yīng)在橋面澆注1個月后才能進(jìn)行碎石封層鋪筑。

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[責(zé)任編輯：杜敏浩]