關(guān)于提高沿海地區(qū)瀝青混合料橋面鋪裝耐久性的探討

潘華良

(廣西玉港高速公路有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

廣西沿海環(huán)境的基本特征是：高溫、多雨、含鹽，屬于沿海鹽濕熱環(huán)境，歷年來(lái)出現(xiàn)的極端最高氣溫多在36 ℃至42 ℃，極端最低氣溫一般在零下2 ℃至0 ℃[1]。在沿海鹽濕熱環(huán)境下，橋面鋪裝在行車荷載、風(fēng)載和溫度應(yīng)力等共同作用下處于復(fù)雜多變的受力狀態(tài)，不僅要滿足一般行車要求和與橋面混凝土板的粘結(jié)性能，還要有良好的防水、抗鹽蝕、抗剪切和耐疲勞等性能。本文結(jié)合廣西玉林至鐵山港鐵高速公路(簡(jiǎn)稱玉鐵路)白沙頭港跨海大橋?qū)嵗腿绾翁岣邩蛎驿佈b耐久性技術(shù)進(jìn)行探討。

1 沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料橋面鋪裝耐久性的影響因素分析

沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料橋面鋪裝耐久性的影響，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1.1 沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料鋪裝材料耐久性的影響

瀝青混合料在沿海高溫、多雨、含鹽等不利環(huán)境因素的影響下，力學(xué)性能和路用性能都會(huì)發(fā)生衰減。瀝青混合料中的水分、鹽分的主要來(lái)源就是通過(guò)瀝青混合料孔隙滲透其中，特別是表面層瀝青混合料出現(xiàn)裂縫后，含鹽水分的滲入明顯增加，同時(shí)，在行車荷載作用下，形成較大的動(dòng)水壓力，增大了鹽水對(duì)瀝青混合料的沖刷，增加了瀝青混合料的老化，降低瀝青-集料的粘附性。通過(guò)鹽濕耦合作用，產(chǎn)生的主要病害為松散、剝落、坑槽等。

1.2 沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系耐久性的影響

瀝青混合料橋面鋪裝由于鋪裝材料的空隙特征、層狀結(jié)構(gòu)、剛度差異及鋪裝層受力的復(fù)雜性等因素的限制，在沿海高溫、多雨、含鹽的環(huán)境中對(duì)橋面鋪裝體系的耐久性產(chǎn)生不利影響。瀝青混合料橋面鋪裝常見(jiàn)病害中，由橋面鋪裝層層間或防水層自身引起的病害是常見(jiàn)病害的重要組成部分，特別是在高溫多雨富鹽地區(qū)，瀝青混合料橋面鋪裝層層間的抗剪性能在行車作用和含鹽雨水的共同作用下很容易受到破壞，引起擁包推移等病害。同時(shí)，由于橋面結(jié)構(gòu)在形成荷載和外部環(huán)境荷載的共同作用下，其受力情況極其復(fù)雜，而水泥混凝土橋面板與瀝青混合料鋪裝層存在協(xié)同變形差異，易造成層間結(jié)構(gòu)破壞。

2 提高瀝青混合料橋面鋪裝耐久性的技術(shù)分析及應(yīng)對(duì)措施

玉鐵高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)廣州至昆明高速公路和蘭州至?？诟咚俟返倪B接線，是玉林通往北海鐵山港的高速公路，是中國(guó)-東盟自由貿(mào)易區(qū)、泛珠三角區(qū)域的重要運(yùn)輸通道，是廣西“四縱六橫”公路網(wǎng)的重要組成部分。玉鐵路白沙頭港跨海大橋位于合浦縣白沙鎮(zhèn)內(nèi)，橋長(zhǎng)757 m，雙向四車道，橋面鋪裝采用雙層瀝青混合料，于2012年9～10月進(jìn)行施工鋪筑，全線于2013-04-03正式通車。

根據(jù)沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料橋面鋪裝耐久性的影響因素，玉鐵路白沙頭港跨海大橋從瀝青混合料橋面鋪裝的材料技術(shù)要求、橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化和施工工藝控制等幾方面采取相應(yīng)的措施，提高瀝青混合料橋面鋪裝的耐久性。

2.1 橋面鋪裝材料技術(shù)要求分析及應(yīng)對(duì)措施

2.1.1 瀝青混合料的低滲透性

從瀝青混合料橋面鋪裝層滲入的水是橋面鋪裝體系水分的主要來(lái)源。瀝青混合料鋪裝層滲透性越低，則含鹽雨水、鹽霧等從瀝青混合料層滲入橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中的機(jī)率就小，對(duì)瀝青混合料的鹽蝕破壞就小，有益于橋面鋪裝體系的耐久性。

2.1.2 瀝青與集料的高粘附性

根據(jù)表面構(gòu)造理論，瀝青-集料之間的粘附性對(duì)瀝青混合料的路用性能有重要影響。影響瀝青與集料之間粘附力的因素包括瀝青與集料表面的界面張力、瀝青與集料的化學(xué)組成、集料的表面構(gòu)造、瀝青的粘性、集料的孔隙率、集料的清潔度、集料表面的干濕程度、瀝青與集料的拌合溫度等。沿海鹽濕熱環(huán)境對(duì)瀝青混合料性能的不利影響很大程度上表現(xiàn)為對(duì)瀝青-集料粘附性的降低和破壞。

2.1.3 瀝青混合料良好的抗鹽蝕性

根據(jù)表面能理論，海水對(duì)不同的瀝青-集料組合的粘附性影響也有所不同，因此，在材料選擇時(shí)，需考慮不同的材料組成的瀝青混合料的抗鹽蝕性能。SBS改性瀝青因其內(nèi)部瀝青相和SBS相相互交織成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鹽離子進(jìn)入其內(nèi)部相對(duì)基質(zhì)瀝青更為困難，因此SBS改性瀝青的抗鹽蝕性能更為優(yōu)越。

2.1.4 實(shí)際采取的措施

為了滿足瀝青混合料具有低滲透、高粘附、耐鹽蝕等性能。玉鐵路白沙跨海大橋采用玄武巖與SBS改性瀝青作為瀝青混合料橋面鋪裝材料，并使用骨架結(jié)構(gòu)明顯的密實(shí)性級(jí)配，現(xiàn)場(chǎng)混合料空隙率控制在3.0%～4.5%，使用纖維等添加劑提高瀝青混合料的抗裂性能。

2.2 橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的要求分析和應(yīng)對(duì)措施

2.2.1 良好的層間粘結(jié)力

瀝青混合料橋面鋪裝常見(jiàn)病害中，有很大部分都是因?yàn)殇佈b層層間粘結(jié)力不足引起的。瀝青混合料鋪裝層與水泥混凝土面板由于材料性質(zhì)的不同，對(duì)粘結(jié)層瀝青的吸收和粘結(jié)能力有較大差異，因此，在存在固有差異的同時(shí)，提高瀝青混合料鋪裝層與水泥混凝土橋面板間的粘結(jié)力，保證粘結(jié)層的粘結(jié)力對(duì)橋面體系的耐久性有重要意義。

2.2.2 防水層抗鹽蝕

沿海地區(qū)橋面鋪裝體系中的防水層的完好對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命起到一定作用，當(dāng)含鹽水分從瀝青鋪裝層下滲進(jìn)入防水層時(shí)，若防水層能有效阻隔含鹽水分進(jìn)入橋面板，則橋梁不會(huì)發(fā)生重大的結(jié)構(gòu)破壞，而含鹽水分一旦進(jìn)入水泥混凝土橋面板中，不僅對(duì)橋面板發(fā)生強(qiáng)烈侵蝕，還會(huì)對(duì)橋梁中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，引起結(jié)構(gòu)破壞。

2.2.3 嚴(yán)密的防水體系

瀝青混合料橋面鋪裝的防水體系包括排水系統(tǒng)和防水粘結(jié)層，含鹽水分進(jìn)入橋面鋪裝體系后會(huì)對(duì)瀝青混合料、橋面板及粘結(jié)層性能都會(huì)產(chǎn)生影響。嚴(yán)密的防水體系要求橋面范圍內(nèi)的含鹽水分能迅速排離橋面，而不進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部引起混合料、粘結(jié)層和橋面板的損壞。

2.2.4 實(shí)際采取的措施

玉鐵路白沙頭港跨海大橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，為了同時(shí)具有優(yōu)良的層間粘結(jié)、嚴(yán)密的防水體系和良好的變形協(xié)調(diào)性，當(dāng)表面混凝土鋪筑完成后，用露石劑對(duì)混凝土表面進(jìn)行化學(xué)處理，處理后的表面構(gòu)造深度為0.9±0.1 mm，達(dá)到露石效果后再噴灑SBS改性瀝青粘結(jié)層；剛鋪筑完瀝青混合料上面層后，用瀝青混合料將瀝青鋪裝層與水泥混凝土構(gòu)筑物邊緣設(shè)置成斜坡或圓弧狀構(gòu)造，以避免含鹽水分從瀝青鋪裝層與橋面邊緣縫隙進(jìn)入橋面結(jié)構(gòu)中(圖1)。用SBS改性瀝青將排水孔周圍全部涂刷，防止水滲入結(jié)合處。

圖1 瀝青混合料橋面鋪裝特殊防水構(gòu)造圖

2.3 橋面鋪裝施工要求分析和應(yīng)對(duì)措施

沿海地區(qū)特殊環(huán)境對(duì)橋面鋪裝的瀝青混合料及施工工藝提出了更高要求，為提高它的耐久性，減少沿海鹽濕環(huán)境對(duì)它的損害，需要嚴(yán)格控制施工的工藝，特別是關(guān)鍵細(xì)節(jié)的處理，對(duì)瀝青混合料橋面鋪裝層的使用性能和耐久性都會(huì)有很大影響。玉鐵路白沙跨海大橋施工時(shí)，做了如下處理：

2.3.1 粘結(jié)層的施工控制

玉鐵路白沙頭港跨海大橋橋面鋪裝體系中設(shè)置粘結(jié)層兩層：(1)防水粘結(jié)層(位于橋面板之上)。該層施工前，均勻噴灑B&B水性無(wú)機(jī)滲透結(jié)晶型防水劑，采用人工輔助機(jī)械方式進(jìn)行噴灑，確保全面覆蓋整個(gè)橋面，干燥后才開始撒布瀝青。灑布SBS改性瀝青溫度控制在165 ℃～170 ℃之間。采取預(yù)拌碎石撒布時(shí)橡膠瀝青的溫度應(yīng)≥100 ℃，灑布量為1.2 kg/m2，預(yù)拌碎石的撒布量應(yīng)采取控制在撒布面積60%～70%的方式，確保SBS改性瀝青與碎石有很好的粘接性。預(yù)拌碎石撒布完成后，采用膠輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，以保證預(yù)拌碎石與橡膠瀝青層較好的連接，形成穩(wěn)定均勻的防水粘結(jié)層體系。(2)瀝青間粘結(jié)層(位于兩層瀝青混合料之間)。該層也采用了SBS改性瀝青，施工過(guò)程同防水粘結(jié)層類似。

2.3.2 鋪裝層施工控制

瀝青混合料的攤鋪必須保證材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，按如下開展：

(1)混合料生產(chǎn)過(guò)程必須確?；旌狭霞?jí)配、溫度等均勻穩(wěn)定，不滿足的混合料應(yīng)廢棄；保證現(xiàn)場(chǎng)攤鋪工作能夠連續(xù)進(jìn)行；注意減少溫度、攤鋪離析。

(2)壓實(shí)溫度要在150 ℃以上，原則為緊跟慢壓。

(3)縱向熱接縫施工時(shí)，應(yīng)保留10～20 cm寬度已鋪混合料不進(jìn)行碾壓，作為后攤鋪瀝青混合料的基準(zhǔn)面，最后跨縫碾壓；上下面層相鄰層的縱向施工接縫應(yīng)錯(cuò)開至少30 cm。

3 鋪裝試驗(yàn)效果分析

2015年11月對(duì)開通兩年半的玉鐵路白沙頭港跨海大橋進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果如下：

3.1 橋面彎沉值較小

通過(guò)采用Dynatest 8000 FWD落錘式彎沉儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋面鋪筑路面結(jié)構(gòu)的彎沉值較小(轉(zhuǎn)換后的靜態(tài)回彈彎沉值L20在3～5.3之間，平均為4.1，單位為0.01 mm)，而非橋面位置鋪筑路面結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生了較大的彎沉(轉(zhuǎn)換后的靜態(tài)回彈彎沉值L20在10.9～22.9之間，平均為16.3，單位為0.01 mm)。

3.2 橋面車轍深度小

通過(guò)3米直尺檢測(cè)(每100 m測(cè)2～3點(diǎn))，檢測(cè)結(jié)果非橋面鋪筑面層結(jié)構(gòu)位置處車轍深度略大于橋面鋪筑面層結(jié)構(gòu)處，且整體車轍深度不大，約為4.5 mm。

3.3 橋面滲水系數(shù)為0

通過(guò)采用滲水試驗(yàn)儀進(jìn)行檢測(cè)(每200 m測(cè)1處)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)橋面不滲水，即滲水系數(shù)為0，抗?jié)B透性良好。

3.4 橋面抗滑性能較好

通過(guò)采用擺式儀進(jìn)行摩擦系數(shù)檢測(cè)(每200 m測(cè)1處)，發(fā)現(xiàn)橋面抗滑性能均較為良好，路面擺值為57、58。

4 結(jié)語(yǔ)

在沿海鹽濕熱環(huán)境下，可通過(guò)瀝青混合料橋面鋪裝的材料要求、橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)優(yōu)化和施工工藝控制等方面，提高瀝青混合料橋面鋪裝耐久性。

(1)通過(guò)橋面瀝青混合料鋪裝層，使用具有低滲透、抗裂、高粘附、耐鹽蝕、抗老化等性能的混合料，如采用玄武巖與SBS改性瀝青，并使用骨架結(jié)構(gòu)明顯的密實(shí)性級(jí)配，空隙率控制在3.0%～4.5%，提高瀝青混合料相關(guān)性能。

(2)通過(guò)優(yōu)化橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系，提高其耐久性。如待處理橋面板達(dá)到露石效果后再噴灑SBS改性瀝青粘結(jié)層；采用小斜坡構(gòu)造和涂刷改性瀝青防止含鹽水分從瀝青混合料與路緣石的銜接處進(jìn)入橋面結(jié)構(gòu)中。

(3)通過(guò)嚴(yán)格控制施工工藝，提升施工品質(zhì)，提高橋面耐久性。

[1]蘇 志，余緯東，黃 理，等.北部灣海岸帶的地理環(huán)境及其對(duì)氣候的影響[J].氣象研究與應(yīng)用，2009(3)：44-47.

[2]徐偉民.瀝青混合料設(shè)計(jì)原理與方法[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2001.

[3]張 偉.濕熱地區(qū)水泥混凝土路面瀝青加鋪結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[4]王德強(qiáng).濕熱地區(qū)橋面鋪裝動(dòng)水行為及材料組成設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[5]王 樂(lè).高溫潮濕地區(qū)瀝青混合料水穩(wěn)定性研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[6]韋 樓，王大偉.沿海地區(qū)瀝青混凝土橋面鋪裝施工關(guān)鍵技術(shù)探討[J].珠江水運(yùn)，2016(10)：78-79.