箱梁橋預(yù)制橋面鋪裝材料及施工技術(shù)研究

摘 要：為了解決瀝青橋面鋪裝現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量易受環(huán)境條件影響，施工過(guò)程造成氣體污染等問(wèn)題，本文以自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土為材料，研究混凝土箱梁橋上預(yù)制瀝青橋面鋪裝層，用環(huán)氧瀝青膠作為預(yù)制構(gòu)件組裝的接縫處理材料，并提出一套完整可行的裝配式瀝青橋面鋪裝施工工藝和裝配式混凝土箱梁橋橋面組合結(jié)構(gòu)。本文使用的預(yù)制材料具有足夠的流動(dòng)性和力學(xué)性能，通過(guò)采用的施工工藝可以保證接縫處理材料與前面結(jié)構(gòu)具有良好的協(xié)同工作性能。

關(guān)鍵詞：預(yù)制式；箱梁橋；橋面鋪裝

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 74" " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在工廠制造裝配式結(jié)構(gòu)，完工后運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定目的地，并通過(guò)組裝建造后，具有加快施工進(jìn)度、節(jié)約能源資源、減輕對(duì)環(huán)境的影響等優(yōu)點(diǎn)。目前，預(yù)制技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，許多預(yù)制主梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際工程中[1-2]。橋面鋪裝層是橋梁的重要組成部分，它作為橋上的道路，通常采用瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工，但現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量容易受到環(huán)境條件的影響，施工過(guò)程中大量的工程機(jī)械還會(huì)產(chǎn)生碳排放和污染氣體，而裝配式瀝青橋面鋪裝可以有效緩解上述問(wèn)題[3-4]。本文將自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土作為預(yù)制瀝青橋面鋪裝材料，采用科學(xué)的鋪裝施工工藝，研究裝配式混凝土箱梁橋橋面組合結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用。

1 預(yù)制瀝青橋面鋪裝材料準(zhǔn)備

1.1 自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土

橋面鋪裝層為薄層結(jié)構(gòu)，厚度小于10cm。如果單獨(dú)制造瀝青橋面鋪裝層，那么在運(yùn)輸和組裝過(guò)程中容易變形，嚴(yán)重影響橋面鋪裝層的組裝，并且預(yù)制瀝青橋面鋪裝層與預(yù)制主梁的粘結(jié)是一個(gè)很大的問(wèn)題?？尚械慕鉀Q方案是在預(yù)制廠預(yù)制的主梁上鋪設(shè)瀝青橋面鋪裝層，實(shí)現(xiàn)瀝青路面與主梁一體化預(yù)制，將組合預(yù)制節(jié)段（包括瀝青路面和主梁）運(yùn)輸?shù)焦こ态F(xiàn)場(chǎng)，并組裝在一起。

為滿足預(yù)制式瀝青橋面鋪裝施工和運(yùn)營(yíng)要求，本研究采用自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土作為預(yù)制瀝青橋面鋪裝材料，該混凝土由環(huán)氧瀝青和玄武巖骨料混合而成，環(huán)氧瀝青由雙酚-A二縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂、HX3088型固化劑和AH70級(jí)瀝青組成，質(zhì)量比為1∶1∶8。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定該瀝青混合料施工和易性，得到瀝青混合料劉埃爾流動(dòng)度小于50s，抗拉強(qiáng)度為2.36MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為207%，黏度增至1Pa·s所需的時(shí)間為42min。為了體現(xiàn)所用材料性能的優(yōu)越性，同時(shí)對(duì)自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土、澆筑式瀝青混凝土和堿骨料瀝青混凝土進(jìn)行劉埃爾流動(dòng)度試驗(yàn)、劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、彎曲梁試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。各混凝土骨料級(jí)配見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土的流動(dòng)性略弱于澆筑式瀝青混凝土，但差異不大，滿足施工和易性要求。對(duì)堿骨料瀝青混凝土的性能進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土具有更好的低溫抗裂和抗疲勞性能。自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性雖然弱于堿骨料瀝青混凝土，但仍能滿足瀝青橋面鋪裝的技術(shù)要求。因此，所采用的自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土可以作為一種合適的預(yù)制橋面鋪裝材料[5]。

1.2 接縫處理材料

從和易性、水密性和粘結(jié)性能等方面考慮，接縫處理材料應(yīng)具有氣孔率低、操作方便、與預(yù)制瀝青橋面鋪裝界面粘結(jié)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。環(huán)氧瀝青膠（EAM）因其優(yōu)異的物理力學(xué)性能而被選為接縫處理材料，現(xiàn)已廣泛用在路面坑槽修補(bǔ)材料中，研究表明環(huán)氧瀝青膠坑槽修補(bǔ)結(jié)構(gòu)與原路面結(jié)構(gòu)具有良好的協(xié)同工作性[6]。

環(huán)氧瀝青膠由環(huán)氧瀝青結(jié)合料、玄武巖細(xì)集料和石灰石填料組成，環(huán)氧瀝青結(jié)合料由環(huán)氧樹(shù)脂（A組分）和瀝青、固化劑及其他添加劑的均勻混合物（B組分）組成，其質(zhì)量比為10∶29，抗拉強(qiáng)度3.26MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為242%，黏度增至 1 Pa·s 所需的時(shí)間為110min。假設(shè)環(huán)氧瀝青結(jié)合料能均勻地附著在集料和填料表面，顆粒吸附的環(huán)氧瀝青結(jié)合料質(zhì)量與其比表面積成正比，測(cè)定EAM的環(huán)氧瀝青結(jié)合料含量為8.9%。

1.3 層間粘結(jié)材料

為保證預(yù)制主梁與預(yù)制瀝青橋面鋪裝層之間有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)在2個(gè)構(gòu)件之間設(shè)置粘結(jié)層，考慮環(huán)氧瀝青基粘結(jié)材料具有優(yōu)異的粘結(jié)強(qiáng)度和良好的粘結(jié)性能，與環(huán)氧瀝青路面適應(yīng)性好，便于機(jī)械化施工，因此本研究對(duì)象采用的環(huán)氧瀝青基材料作為層間粘結(jié)材料。該環(huán)氧瀝青基粘結(jié)材料由環(huán)氧樹(shù)脂（A組份）和瀝青、固化劑及其他添加劑的均勻混合物（B組份）組成，組分質(zhì)量比為1∶3，橋面與鋪裝層之間的粘結(jié)層拉拔強(qiáng)度為2.37 MPa、剪切強(qiáng)度為1.66 MPa。

2 工程概況

某雙向四車(chē)道高速公路A3標(biāo)段大橋全長(zhǎng)294m，一共11跨，每跨為26m，全部為混凝土箱型梁橋，采用預(yù)制式裝配施工。瀝青橋面鋪裝層一般包括基層和磨耗層，如果基層和磨耗層均預(yù)制，那么拼裝后的橋面鋪裝層表面平整度會(huì)較差?；诖耍狙芯吭O(shè)計(jì)了一種裝配式橋面組合結(jié)構(gòu)型式，如圖1所示，并提出了一套完整可行的預(yù)制瀝青橋面鋪裝層施工工藝，如圖2所示。在工廠預(yù)制的主梁上預(yù)制基層，現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)耐磨層，以保證橋面鋪裝表面的平整度。

3 預(yù)制瀝青橋面鋪裝施工技術(shù)

3.1 瀝青橋面鋪層裝預(yù)制

預(yù)制瀝青橋面鋪裝層是在預(yù)制主梁上施工的，在主梁預(yù)制完成后，應(yīng)將預(yù)制好的主梁牢牢固定，便于瀝青橋面鋪裝層的預(yù)制施工。預(yù)制主梁原橋面在預(yù)制后暴露在空氣中，易造成表面污染，而橋面涂覆一定粗糙度的防水粘結(jié)層可以提供更好的層間剪切強(qiáng)度。因此，需要對(duì)橋面進(jìn)行拋丸處理，使其具有一定的粗糙度，對(duì)橋面進(jìn)行清理，以便進(jìn)行下一道施工工序[7]。對(duì)長(zhǎng)10m、寬4.0m的段落進(jìn)行跑完后進(jìn)行粗糙度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

在預(yù)制主梁預(yù)制好后，應(yīng)盡快在橋面鋪裝環(huán)氧瀝青基防水粘結(jié)材料，避免橋面二次污染。環(huán)氧瀝青基材料需要預(yù)熱，以便兩個(gè)組分能夠完全混合，將施用量控制在0.7kg/m2～0.8kg/m2，并通過(guò)機(jī)械噴嘴施加，當(dāng)施用量不足時(shí)，橋面與瀝青橋面的層間粘結(jié)強(qiáng)度較弱，如果采用過(guò)多的防水黏結(jié)材料，就會(huì)產(chǎn)生滑移層，從而影響橋面與瀝青橋面之間的抗剪性能，因此，施工前應(yīng)嚴(yán)格校準(zhǔn)機(jī)械噴嘴防水黏結(jié)材料的使用率。

在涂敷防水黏結(jié)材料后，即可攤鋪?zhàn)悦軐?shí)環(huán)氧瀝青混凝土，預(yù)制瀝青橋面鋪裝層時(shí)，應(yīng)在預(yù)制廠內(nèi)建造一座瀝青廠來(lái)生產(chǎn)瀝青混凝土，在攪拌前將骨料和環(huán)氧組分預(yù)熱至相應(yīng)恒溫，根據(jù)瀝青廠在一次攪拌生產(chǎn)中的生產(chǎn)能力，計(jì)量每個(gè)環(huán)氧組分的使用量并將其添加到攪拌機(jī)中，將環(huán)氧組分混合120s以上即可得到環(huán)氧瀝青。將預(yù)干燥的集料和填料按混合料級(jí)配加入瀝青設(shè)備中，攪拌約15s，然后加入環(huán)氧瀝青，再攪拌約100s，即可完成環(huán)氧瀝青混合料生產(chǎn)，環(huán)氧瀝青混合料施工控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土是一種熱固性材料，一旦環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑混合，就會(huì)發(fā)生不可逆固化反應(yīng)，且混凝土的強(qiáng)度隨固化反應(yīng)程度的增加而增加，從而影響自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土的流動(dòng)性和施工質(zhì)量，因此應(yīng)在生產(chǎn)出自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土后，立即用自動(dòng)攤鋪機(jī)鋪設(shè)，并對(duì)局部區(qū)域的表面進(jìn)行平整處理，使用手持壓路機(jī)或平衡壓路機(jī)壓實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土。

3.2 瀝青橋面鋪裝的組裝

在工廠預(yù)制完成瀝青橋面鋪裝后，將預(yù)制的節(jié)段運(yùn)輸?shù)焦こ态F(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行組裝，在預(yù)制節(jié)段在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)做好防護(hù)，避免損壞。預(yù)制節(jié)段（包括主梁和瀝青路面）的拼裝工藝與預(yù)制主梁采用懸臂拼裝的施工方法類(lèi)似，通過(guò)移動(dòng)式或固定式吊車(chē)將預(yù)制節(jié)段逐步吊裝到位。在吊裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制裝配精度，當(dāng)預(yù)制節(jié)段分段進(jìn)入施工場(chǎng)地時(shí)，初始定位須滿足的精確度為中心偏位低于9mm，定位測(cè)量如圖3所示。采用干接縫處理法或濕接縫處理法連接預(yù)制主梁。

用環(huán)氧瀝青膠連接預(yù)制瀝青橋面鋪裝層。首先，應(yīng)對(duì)關(guān)節(jié)界面進(jìn)行平整和清潔，光滑干凈的界面能更好地接觸環(huán)氧瀝青膠接頭處理結(jié)構(gòu)；其次，將環(huán)氧瀝青基粘結(jié)材料涂布在接縫界面上，使預(yù)制瀝青橋面鋪裝層與環(huán)氧瀝青膠接縫處理結(jié)構(gòu)之間有足夠的界面粘結(jié)強(qiáng)度，并防止?jié)B水。環(huán)氧瀝青基粘結(jié)材料的施用量不低于1.0 kg/m2；最后，現(xiàn)場(chǎng)攪拌生產(chǎn)環(huán)氧瀝青膠，并澆筑到預(yù)制瀝青橋面鋪裝之間的接縫中，使用振動(dòng)壓路機(jī)將環(huán)氧瀝青膠壓實(shí)，并處理多余的材料。

3.3 磨耗層施工

上層粘結(jié)層和磨耗層為現(xiàn)場(chǎng)施工，所用材料和施工工藝與常規(guī)材料和現(xiàn)場(chǎng)施工工藝相同，采用施用量為0.6kg/m2～0.7kg/m2的環(huán)氧瀝青基粘結(jié)材料，用連續(xù)鋪設(shè)壓實(shí)磨損層，減少接縫，保證表面平整度良好。

4 結(jié)論

本文針對(duì)混凝土箱梁橋中的預(yù)制瀝青橋面鋪裝層進(jìn)行研究，將自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土（EAC）作為預(yù)制式路面材料，以環(huán)氧瀝青膠（EAM）為預(yù)制式組裝的接縫處理材料，設(shè)計(jì)了新型預(yù)制式混凝土箱梁橋橋面組合結(jié)構(gòu)。在工廠預(yù)制主梁上鋪設(shè)自密實(shí)環(huán)氧瀝青混凝土制成預(yù)制節(jié)段，再將預(yù)制節(jié)段運(yùn)至工程現(xiàn)場(chǎng)，采用懸臂拼裝施工法拼裝，預(yù)制主梁之間采用干接縫處理法或濕接縫處理法連接，預(yù)制瀝青橋面鋪裝層之間采用環(huán)氧瀝青膠接縫處理。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行磨耗層施工，以消除拼裝偏差造成的預(yù)制基層高差，保證橋面鋪裝層表面良好的平整度。

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作者簡(jiǎn)介 ：任若昆（1994—），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，畢業(yè)于河南工業(yè)大學(xué)，工程管理專(zhuān)業(yè)，研究方向?yàn)槭姓こ?，城市道路與交通工程。

電子郵箱：2107471833@qq.com。

作者家庭住址：河南省輝縣市高莊鄉(xiāng)火岔溝村。