沥青混合料桥面铺装防水粘结层研究

【摘要】由防水粘结层被破坏而导致的沥青混合料桥面铺装病害在桥梁施工中，属于较为常见的施工问题。而有效的解决层间胶结材料质量欠缺的问题，可以有效的增加桥面铺装的耐久性。在本文中，笔者在全面调查了国内外的沥青混合料桥面铺装典型结构和铺装病害的基础之上，对沥青混合料前面铺装进行了科学的力学分析，论证了层间的工作体系和方式，进而提出了控制桥面防水粘结层治疗的相关指标。通过在室内进行的剪切、拉拔等实验的方式，对柔性的涂抹类防水粘结层以及同步随时防水粘结层的路用性进行了深入化的研究，进而在此基础上提出了防水材料在桥面铺装时的最佳用量标准。

【关键词】沥青混合料桥面铺装 防水粘结层 涂膜类防水材料

引言

桥面施工的过程中，对于铺装的性能要求较其他方面而言要高很多，除了要求铺装具有一般路面普遍具有的优质的结构性外，还对温度变化和荷载引起的桥体变形和振动具有很高的适应性。同时，由于桥梁多位于交通的瓶颈地带，车流量和人流量较大，使用频率高，因此水泥混凝土的铺装难以有效的适应要求。与此同时，改性沥青在沥青混合料中的成功应用，在相当大的程度上改善了原沥青混凝土的不足，因此，在目前现有的高级别的公路中多使用沥青混凝土来作为桥面的铺装材料。“而在导致桥面铺装病害的原因中，桥面铺装粘结层破坏是一个最为常见的原因，铺装层与桥面板间的接触粘接状态时刻处于复杂的变化之中，层间间既包括粘结层材料的粘结力，也存在混凝土集料与桥面板间的摩阻力，确定粘结层的刚度或模量也很困难。”[1]在行车荷载作用下，铺装层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由于铺装层与桥面板层间粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移以致剪切破坏。

1.沥青混合料桥面铺装的三个要素

作为桥面板的防护层，沥青混凝土铺装层是保障桥梁正常运转的重要组成部分之一，沥青混凝土的作用之一是防止车轮直接将作用力作用在桥面板之上，致使桥面板负荷过大而造成桥体主梁遭受雨水和其他物质的侵蚀。沥青混凝土铺装层的材料、结构和施工在很大程度上决定了桥梁的整体使用性能。在材料、结构和施工三大要素之中，结构的作用无疑使其决定作用的，“它决定了各个层面的受力方式。而材料是三大要素中最为活跃的质素，他角力了沥青混合料的力学性能的原材料一节混合料的构成比例，铺装层的模量在很大程度上取决于材料的构成比例。”[2]而施工则是将上述两种因素转变为实际工程的方式，施工的精度和质量决定了材料能否发挥与其的能效，也决定了结构是否满足了最初设计时的设想。因此，在实际的操作中，就需要将结构、材料和施工三者有效的结合起来，在选择合适的材料的同时，测定材料参数，并在合适的结构体系下进行精准的结构力学的计算。“再根据计算得出的结果来确定更多的适合材料参数要求的材料，进而进行二次的材料设计。”[3]只有对结构和材料进行多次反复的计算和选择，才能有效的实现预期的使用性能。

2.沥青混合料桥面铺装柔性涂膜类防水粘结层

对于桥面铺装来说，防水粘结层的设置可谓是至关重要。城市立交桥和公路桥梁的桥面的防水粘结与否，直接关系到桥面的耐久程度是否符合标准。“如若桥面铺装未曾有效的设置防水层，则从面层中渗入的水或者防冻盐就会使得面板出现损坏，严重时还会威胁到主梁中的钢筋，进而对主梁的安全产生威胁。”[4]与此同时，主梁底部如若也出现盐霜或者渗水的状况，则也会对桥梁的交通安全和美观程度造成很大程度的影响。倘若防水层和桥面的铺装层以及桥面间的粘结力不符合要求时，会使得混凝土的整体性被破坏，会产生水平方向上的位移、积压等变现。这会造成在通车之后出现桥面松散、剥落，当随着重型车辆和车流高峰的出现时，桥面承载中出现的问题会更为棘手。严重之时，在桥面铺装施工期间，料车、压路机等就有可能对防水粘结层造成破坏，如此一来，防水粘结层起不到应有的效果，水从面层渗入使得其抗水平剪切能力更弱，粘结性能更差，形成一种恶性循环状态。防水层为桥面板提供一个防止湿气的无渗透性屏障；粘结层将铺装层与桥面板粘结成一个整体，充分发挥铺装层与桥面板的复合作用，改善桥面板与铺装层的受力情况。两者相辅相成，它们的正常工作是防止钢筋腐蚀，避免铺装层发生早期损害，尤其是剪切破坏的关键。“为了方便施工，减少层间接触面，不少国家取消了专门的防水层，或将防水层和粘结层并为一层，称作防水粘结层，设计施工中选择兼俱防水、粘结功能的材料。”[5]在铺设防水粘结层之前，需要对水泥混凝土的表层进行细致的处理。在除去了浮尘之后还要清除掉混凝土表面的浮浆，这一过程可以通过使用拉毛、喷砂等技术来实现，进而获得均匀适当的表面。过于光滑或者过于粗糙的混凝土表面都不利于层间的抗剪强度，因此在处理时需要极为精准的操作才能符合标准。在冻融的状态下，FYT桥面的二次涂抹防水粘结材料剪切强度下降的幅度达到了45%以上。因此，在实际的养护阶段，我们必须要对排水和沥青混合料做出合理的安排和精准的操作。通过与国内其他的众多防水粘结材料的剪切和拉拔对比试验，笔者得出结论：FYT二次涂抹与碎石粘结性的同步程度相差无几，经过剪切性上稍有不同（4.6%），但是拉拔性能却高于同步的碎石状况。与其他防水卷材相比，剪切、拉拔性能均高出 3～4 倍，粘结性能明显优于国内常用防水卷材。

3.结语

桥梁面板铺装材料的选择关系到桥梁工程施工和施工完成后实际使用过程中的安全问题，因此，桥梁面板铺装材料的选择必须有相当程度的保障。“我国的桥梁面板铺装材料的选择基本符合国际要求，但如何提高其可靠性仍然是桥梁面板铺装材料的选择的重中之重。”[6]选定经济耐用的桥面铺装层间结合材料，可以避免铺装层发生早期损害，以致延长桥梁使用寿命。针对沥青混凝土桥面铺装层间胶结材料质量薄弱的问题，通过系统的研究，得出以下两点结论：

（1）采用基于实际预应力混凝土箱梁桥的有限元实体模型，得出了不同桥型、不同跨径、不同温度气候分区桥面铺装的层间工作状态，提出了防水粘结材料性能控制指标。

（2）进行了同步碎石作为桥面铺装防水粘结层的路用性能和工程应用研究，确定了最佳材料用量。