浅谈公路桥梁桥面铺装病害成因及防治措施

来源:用户上传      作者: 王世雄

　　【摘要】当前由于桥面铺装技术不够成熟且未引起足够重视，致使混凝土桥面沥青铺装层使用寿命短，一般3～5年就破坏，严重影响了正常交通通行并增大运营维护成本，降低投资的经济与社会效益。该文结合养护工程实际，分析了混凝土桥面沥青铺装层产生病害的主要原因。在此基础上提出了双层环氧加橡胶砂胶的防水缓冲粘结层体系，表面层采用改性沥青SMA的处治方法，取得了很好的效果。
　　【关键词】混凝土桥面；沥青铺装层；病害分析；处治对策
　　在公路养护实际工作中，经常遇到桥面铺装养护问题，桥面铺装层结构近年来养护单位通过现场病害调查及钻芯取样，得到桥梁病害统计表，见表1。
　　评价结果表明，最主要的病害形式为推拥，其次为不规则裂缝，由于铺装层已脱层，在行车荷载作用下产生纵、横向推移，从而产生大量不规则裂缝。
　　1.1剪应力破坏
　　1.1.1剪应力验算。在标准轴载P=100KN，轮压力p=0.7MPa时，按照弹性层状体系理论，双圆荷载图式验算的最大剪应力τm 分别为0.25、0.53MPa。
　　1.1.2沥青混合料抗剪强度计算参照孙立军教授“以贯入试验测定抗剪指标”的方法，对桥面铺装未病害部位取样进行贯入试验（试验温度60℃），计算抗剪强度（τd=p/3），结果如表2所示。与可能产生的剪应力相比，现有桥面铺装混合料的抗剪强度明显不足，在修补过的区域，抗剪能力更薄弱。
　　τ=Fsinα/A
　　式中：τ——抗剪强度；
　　F——竖向压力；
　　α——剪切角，本试验中为40℃；
　　A——剪切面面积（100m2）。
　　测得乳化沥青防水层、改性乳化沥青防水层与桥面混凝土之间的抗剪强度分别为0.25、0.45MPa。显然采用乳化沥青或改性乳化沥青作防水层，层间抗剪强度均不满足要求。
　　1.2沥青铺装层厚度对破坏的影响。沥青混凝土面层厚度越薄，铺装层和桥面板间的剪应力越大。一般的设计厚度仅5cm，根据现在钻芯取样知最薄处仅3cm，最厚处7cm，远超出规范+5mm误差要求。由力学计算知，在车辆的频繁制动作用下，较薄的沥青铺装层产生的剪应力很大，故沥青铺装层容易出现 推拥、脱层、变形等病害。
　　1.3水损害。桥面铺装层受雨水的长期渗透侵蚀，与梁体共同承受行车荷载并发生循环变形，在车辆轮胎碾压冲击作用下形成动水压力，对混合料造成冲刷。最大动水压力随车速的增加呈几何级数增长，从而使铺装层长期在高动水压力的直接贯穿冲刷下，导致沥青剥落与细集料散失，由此引发松散、坑槽等破坏，并在行车荷载作用下形成恶性循环。
　　1.4桥梁结构对铺装层破坏的影响。
　　（1）桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用，其变形和应力特征与主梁及桥面板结构形式密切相关，因此桥梁混凝土结构的受力和变形对沥青铺装将产生显著影响。
　　（2）由于大部分桥梁为简支梁桥面连续结构，由于荷载的作用梁体产生挠曲变形使桥面支座处调平层混凝土承受负弯矩作用，由此引起调平层混凝土的开裂并反射到沥青铺装层中。另一方面由于调平层混凝土施工前未将桥面板混凝土表面的浮浆彻底清除，调平层浇注固结后不能与桥面板混凝土形成一个整体层，行车荷载作用下，在应力集中处的调平层混凝土反复承受较大的拉压应鞭而发生疲劳开裂，由此反射到沥青铺装层产生横向裂缝。
　　1.5行车荷载对铺装层破坏的影响。近年来超载车辆的增加，加重了桥面铺装层的负荷。可见超载对铺装层的应变状态影响很大，加快了桥面铺装的早期破坏，缩短了桥面铺装的寿命。另外，为了便于交通组织，人为渠化交通，使桥梁结构在运营过程中始终处于偏载状态，使主车道的铺装层承担了比其余车道大得多的应力，因此加快了主车道铺装层的破坏。
　　1.6桥梁结构的线形对铺装破坏的影响。若桥梁的平面线形为弯坡斜桥同时纵向又位于长下坡（竖曲线）末端，车辆驶入该路段时，车载对路面的剪应力急剧增加，加大了对铺装层的破坏。
　　1.7沥青铺装层材料对铺装层破坏的影响。
　　（1）铺装层与调平层间的粘结防水层常采用普通沥青或乳化沥青，不能有效渗透到混凝土调平层，一般不具备优良的与混凝土层粘结的能力，且其软化点一般都偏低，高温极易软化成润滑层。
　　（2）在反复剪应力的作用下和震动力作用下，其粘结效果逐渐下降，加之水浸蚀界面，降低了界面的粘结效果。使得荷载通过桥面沥青层产生较大的内应力而破坏。因此该类普通的沥青粘结材料难以满足使用要求。
　　1.8施工质量对铺装层破坏的影响。施工质量对铺装层的破坏影响很大，若混凝土调平层厚薄不均，在薄层处将产生很大的内应力， 调平层首先被压碎并反射到铺装层。调平层的标高控制不好会造成沥青铺装层厚薄不均，薄弱处应力集中首先损坏。
　　表3橡胶沥青砂胶性能指标要求指 标1要 求软化点（R&B）/℃1≥100流动性/s1≤3抗流淌性（倾角75°，温度75℃，时间5h）/mm10剪切强度（60℃）/MPa1≥0.5空隙率/%1≤1渗水率/mL·min-11≤12. 沥青铺装层病害的处治
　　（1）采用改性沥青SMA沥青混凝土作表面层，下设橡胶沥青砂胶和双层环氧封闭防水粘结层。SBS改性SMA沥青混凝土空隙率小，抗滑性、耐久性、高温稳定性和低温抗裂性能优越。
　　（2）橡胶沥青砂胶防水层具有良好的抗高温性能、抗变形能力及低空隙特性，除了有效防水和粘结之外，同时起到抵抗变形和缓冲作用，吸收铺装层的部分剪应力，提高了铺装层的变形随从性。
　　（3）由于沥青砂胶防水层改性沥青用量较多、粘度大，因此，要求改性沥青砂胶具有良好的热稳定性、抗拉和抗剪强度及施工和易性，具体见表3。为实现铺装层与混凝土调平层间的有效粘结和防水，采用环氧粘结材料及溶剂型防水粘结材料，环氧粘结剂与混凝土调平层的粘结强度高且对水泥混凝土剂桥面板微型裂缝有良好的渗透固结封闭作用，这是实现桥面铺装优良耐久性的技术关键。
　　（4）在环氧粘结层基本固化后，即可涂刷溶剂型粘结剂，环氧粘结防水封闭材料及溶剂型防水粘结材料的技术要求见表4、表5。
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