精表處預防性養護技術在鋼橋面鋪裝中的應用研究

彭祝濤, 程 廣, 黃 勇, 尚 飛

(1.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司, 重慶 400060; 2.安徽省交通控股集團有限公司, 合肥 230031)

近年來,我國建造了一大批大跨徑懸索橋、斜拉橋及其他形式鋼橋,它們是交通網的咽喉要道,其交通荷載和通行量壓力遠超普通道路。在交通荷載和各種環境因素的作用下,鋼橋面的抗滑性能和承載能力逐漸衰減,服務能力逐漸下降。市面上成熟的預防性養護技術方案,大多用于普通路面養護工程,而鋼橋面鋪裝因其鋪裝材料特殊、結構為柔性體系、交通荷載繁重等特點,普通的預防性養護技術在鋼橋面鋪裝上應用效果不佳。如霧封層技術能解決一般路面松散脫落、裂縫、滲水等病害,但不能改善鋼橋面鋪裝的表面構造及磨耗性能,甚至可能導致抗滑性能下降;石屑封層在交通量較大、車速較高的鋼橋面鋪裝上易出現集料被車輪帶走的問題;稀漿封層采用普通乳化瀝青,性能較差,也難以滿足鋼橋面鋪裝重交通的使用要求;薄層罩面采用熱拌瀝青混合料的空隙率較大,防水性差,易產生貫穿裂縫,不宜在鋼橋面鋪裝上使用[1]。針對鋼橋面鋪裝的預防性養護技術,盡管國內也出現了一些熱反射涂層、高韌性樹脂薄層罩面等技術,但均未大范圍推廣應用[2-3]。

精表處技術是在借鑒含砂霧封層、石屑封層、微表處、超薄磨耗層等預養護技術的基礎上,衍生的一種高性能的冷拌冷鋪功能結構層。該技術通過隔離和封閉原路面防止水、空氣、陽光對下層路面的侵入和老化,并提供新筑的抗滑磨耗表層,可起到矯正原路面的細料失散,封閉微細疲勞裂紋,重建路面的抗滑性能,增加行車安全性能等作用,達到瀝青路面預防性養護的目的[4-10]。

精表處技術采用機械一體化噴灑/撒布施工,具有經濟高效、低碳環保、性能可靠及快速開放交通等優點,在國內已有許多成功應用案例,主要應用在高速公路、國省道、縣鄉道、城市快速路以及城市道路等在內的各等級公路[11-19],但在鋼橋面鋪裝工程中鮮有應用報道。為此,本文將探討精表處預防性養護技術在鋼橋面鋪裝上的應用情況。

1 精表處及材料性能

1.1 精表處結構

精表處主要由高粘改性乳化瀝青、界面保護劑和單粒徑集料組成,采用專用施工車,依次將高粘瀝青粘接料、集料、界面保護劑等材料,分層灑布/撒布至原路面,使用膠輪碾壓,并可在原路面形成2 mm～8 mm厚度磨耗層的新型預養護技術,結構見圖1。

單位:mm

1.2 材料性能

高粘改性乳化瀝青和界面保護劑為施工方自主研發材料,而集料為3 mm～5 mm玄武巖集料,主要的材料性能指標見表1～表3。

表1 高粘改性乳化瀝青指標

表2 界面保護劑性能指標

表3 集料性能指標

1.3 技術特點

1) 表面裹覆有豐富的高粘瀝青膜,能有效減少摩擦和振動等產生的噪音。

2) 在表面形成全新的構造紋理和摩擦界面,可大幅度提高表面抗滑性能。

3) 瀝青灑布量大,能對原路面的微小裂縫進行封閉和灌注,并具有良好的抗滲水性能。

4) 在常溫狀態下施工,具有節能環保,綠色低碳的特點。

2 實橋工程應用

2.1 工程概況

某大橋為2×1 080 m的3塔2跨懸索橋,雙向6車道,設計車速為100 km/h,鋼橋面鋪裝結構采用甲基丙烯酸樹脂防水體系+33 mm澆注式瀝青混凝土+35 mm高彈改性SMA結構,見圖2。大橋于2013年底開始通車運營,據不完全統計,大橋綜合日交通量在3萬輛,且重載交通量比例約為35%。

圖2 鋼橋面鋪裝結構

大橋鋪裝已運營9年,在對鋼橋面鋪裝的使用狀況進行定期檢測中發現,該橋超車道和行車道的鋼橋面鋪裝表面出現疲勞開裂和局部段落抗滑性能衰減等問題,亟需處理段落有4段,合計長度2 090 m。為解決鋼橋面鋪裝性能衰減問題,在鋪裝表面上實施了精表處預防性養護技術。

2.2 實施流程

將鋼橋面鋪裝表面清掃干凈后,采用一體化精表處施工車依次將高粘瀝青粘接料、細集料、界面保護劑等材料灑布/撒布至鋪裝表面,并利用膠輪碾壓提高粘結性能和加速破乳。本項目在鋼橋面鋪裝上形成磨耗層厚度為4 mm～6 mm。

精表處施工工藝如下,實橋應用情況見圖3。

1) 工前檢測

正式噴灑前,對噴嘴疏通情況逐個試噴檢查,防止噴涂過程中出現堵塞、灑布不均等現象。

2) 界面防護

對原鋪裝的車道標線、行車道中指示文字、箭頭標識等在表面粘貼膠帶,以保證在施工灑布過程不受膠結料和保護劑的污染。

為保證施工質量,確保材料噴涂的均勻性,在施工區域外3 m范圍內覆蓋膠布。當施工車通過膠布區域時,精表處高粘乳化瀝青、界面保護劑等液體噴灑量和骨料撒布量等保持穩定后,即可駛入工作面正常作業。

3) 精表處噴灑/撒布

采用一體化的精表處施工車,按照3 mm～5 mm集料6 kg/m2～7 kg/m2,高粘改性瀝青1.0 kg/m2～1.2 kg/m2(共2層)和界面保護劑0.5 kg/m2～0.6 kg/m2的設計用量,依次將界面保護劑、乳化高粘瀝青、集料等材料,分層同步灑/撒布至鋪裝面層。

在實施過程中,人工檢查撒布情況,對漏撒或缺陷區域及時進行人工補料。

4) 養生及膠輪碾壓

當精表處施工完成后進行養生,期間禁止一切車輛和行人通行,養生時間為0.5 h～2 h,具體可根據施工期間的天氣情況(氣溫、濕度、風力等)進行適當調整。

待界面劑破乳后,用8 t重的噴水霧膠輪對精表處進行復壓2～3遍,增加精表處的粘附性能和粘聚性能,防止出現材料剝離、飛濺等不良現象。

(a) 工前設備試噴檢查

(b) 標識膠帶保護

(c) 開始或結束段膠布保護

(d) 材料灑布/撒布施工

(e) 人工缺陷檢查

2.3 工后檢測

采用多功能檢測車、橫向力系數車及人工檢測方式,對實施精表處技術段落的應用效果進行跟蹤檢測,檢測的內容有表面破損狀況、抗滑性能及滲水性能,檢測指標參照《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)和《公路路基路面現場測試規程》(JTG 3450—2019)。

1) 抗滑性能

精表處的實施為原鋼橋面鋪裝表面提供了1層4 mm～6 mm厚度的磨耗層,并形成了全新的構造紋理和磨耗界面。對抗滑性能指標進行檢測,結果見圖4。

圖4 橫向力系數SFC檢測情況

從圖4抗滑性能指標檢測結果看,精表處實施前的橫向力系數SFC基本保持在43～45水平,在實施精表處后,抗滑性能有大幅度的提升,工后1個月,橫向力系數SFC能保持在65～70水平。在鋼橋面鋪裝運營過程中,抗滑性能有輕微的衰減,到6個月時,路面抗滑性能基本保持穩定在60～65水平。

2) 滲水性能

精表處在鋼橋面鋪裝表面噴灑的樹脂類、高粘瀝青類材料,在基面上形成了較厚的高粘瀝青膜,并灌注在表面孔隙和裂縫中,起到了防水隔水的作用。對滲水性能指標進行檢測,結果見表4。

從表4滲水性能指標檢測結果看,精表處實施前的滲水系數在22 mL/min～26 mL/min,在實施精表處后至6個月期間,鋼橋面鋪裝表面滲水系數均為0,表明精表處的實施對鋼橋面鋪裝的滲水性能有較大提升,對抑制早期水損害有積極作用。

表4 滲水系數檢測情況

3) 破損狀況

在實施精表處前,鋼橋面鋪裝表面上主要病害類型為微細的疲勞裂縫,裂縫寬度介于0.3 mm～1 mm之間,為鋼橋面鋪裝早期典型的病害類型。精表處的高性能改性膠結料可滲入到鋪裝表面空隙中,與原基面能粘結成一個整體,可起到裂縫修復、再生還原的作用[20]。對表面破損狀況指標進行檢測,結果見表5。

表5 破損率DR檢測情況

從表5破損狀況檢測結果看,在實施精表處前,鋼橋面鋪裝表面局部存在早期病害,而精表處的實施修復了早期病害。在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面未新增任何病害,破損率DR均為0,表明精表處的實施可對早期病害進行防止或延緩,能夠降低日常養護和維修的需求。

3 結論

精表處預防性養護技術在某實體大橋上進行應用,項目組對實施前后的橫向力系數SFC、滲水性能、破損率DR分別在工前、工后1個月、工后3個月和工后6個月進行跟蹤檢測,檢測結果表明:

1) 精表處可為鋼橋面鋪裝提供全新的構造紋理和磨耗界面,在精表處實施前后,鋼橋面的橫向力系數SFC從43～45提升到65～70,并在工后6個月,仍能保持60～65,表明精表處可大幅度提高并能長久保持較高的表面抗滑性能。

2) 在精表處實施前后,鋼橋面鋪裝的滲水系數從22 mL/min～26 mL/min下降到0,且在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面均為不滲水,表明精表處可改善鋼橋面鋪裝的滲水性能,對抑制早期水損害有積極作用。

3) 在精表處實施前后,鋼橋面鋪裝表面的破損率DR由0.026～0.078下降到0,且在工后6個月期間,鋼橋面鋪裝表面未新增任何病害,表明精表處能夠防止或延緩鋼橋面鋪裝早期裂縫病害,可降低日常養護和維修需求。

4) 精表處預防性養護技術在鋼橋面鋪裝上能夠改善原有基面的破損狀況、抗滑性能和滲水性能,可修復早期裂縫,延緩病害發育,提供高抗滑基面,封閉水分等功能,達到了預防性養護的目的。