一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構的製作方法
2023-08-13 04:55:56
專利名稱：一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種橋面鋪裝技術，具體地說是一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構。
背景技術：
橋面鋪裝是一個極其複雜的多向受力結構，影響因素錯綜複雜，宏觀表現也各不相同。橋面鋪裝的破壞歸因為鋪裝層材料在荷載及環境的耦合作用下，力學特性(應力、應變)的變異或功能的弱化，主要表現為四個方面:①粘塑性永久變形；②疲勞開裂；③剪切破壞；④局部衝擊破碎及斷裂。尤其是在夏季高溫多雨、冬季嚴寒冰凍、海水鹽溶腐蝕及重載交通等極端環境條件下，上述破壞形式更容易出現。上述橋面鋪裝破壞形式的出現，既與運營過程中汽車荷載與水的綜合作用有關，又與混合料的集料特性及級配設計有關，更重要的是，鋪裝層設計的思路及施工控制的力度與體系健全程度對橋面鋪裝層的使用狀況具有根本性的決定作用:
(I)荷載及氣候條件對橋面鋪裝破壞的影響
調查發現，橋面鋪裝設計荷載與實際通行荷載的差異巨大，目前橋面浙青混凝土面層設計採用軸載IOOkN的單軸雙輪組為標準荷載，而實際通行過程中，車輛大型化及超載重載車輛的比例不斷增加，單軸軸重達200kN 300kN的車輛不在少數，這無疑加重了原設計鋪裝的應力負擔，層內及層間剪應力成倍增長，加速了鋪裝層的破壞。氣候條件對橋面鋪裝有直接的影響，其中溫度與降水的作用最為重要。( 2)材料設計對橋面鋪裝破壞的影響
水分的滲入是造成橋面鋪裝發生早期損壞的一個主要因素，水分沿鋪裝層裂縫或混合料聯通空隙滲入後，會破壞浙青與石料、混合料與混合料之間的粘附作用，滲入到浙青面層內部及水泥混凝土橋面與鋪裝層界面時，會使界面聯結強度降低，使鋪裝層失去強度和防水能力。從現有鋪裝規範中不難看出，對鋪裝層結構的論述主要是對所用材料、做法及厚度等作了較原則的規定和指導性的說明，而關於具體的設計理論與方法如鋪裝層的力學計算分析、排水體系設置等未予闡述，系統、規範的橋面鋪裝設計及施工技術指南的指定製定迫在眉睫。(3)未設置防水體系或防水粘結層整體性能薄弱
對於混凝土橋面板來說，由於在施工及養護過程中溫度的不易控制性及施加預應力張拉，橋面板往往會出現一定程度的微裂缺陷。通過對大量橋梁破壞成因的分析發現，我國橋面鋪裝的設計經歷了一個無防水粘結層一乳化浙青粘結層一熱浙青、塗料及卷材類防水粘結層一多樣化防水粘結體系的過程，特別是2000年以前的橋面鋪裝設計，鋪裝層間多不設防水層或只在鋪裝層與橋面板結合界面處灑布一層普通浙青或乳化浙青粘層，用油量難以控制且容易偏高，軟化點偏低，高溫極易軟化而變成潤滑層，同時乳化浙青水穩定性差，近年國內也有研究單位研究開發了 一些如聚合物改性浙青類(溶劑型或膠乳類)，聚氨酯或環氧樹脂浙青類(溶劑型)等柔性防水粘結材料，施工厚度多為1.0 1.5mm，該類材料以柔性薄膜的型式存在於鋪裝層與橋面板之間，對有裂縫存在的橋面部位的防水仍然無太明顯效果。而且極其容易被後續施工破壞(如被混合料料車車輪帶走)。(4)施工控制對橋面鋪裝破壞的影響 橋面處理方式不當，未能提供良好的界麵條件。界面處理方式是保證鋪裝層和橋面板之間聯結良好的基礎，當前常用的橋面處理方式主要有銑刨、鑿毛、噴砂、拋丸等，這些施工工藝的可操作性、機械化程度、環境因素等方面各有不同的特點，處理後的橋面狀況也有所不同，當前橋面鋪裝施工過程中，對橋面的處理方式、處理工藝、檢測標準(構造深度、粗糙度、均勻性)缺乏針對性和系統性的規定，導致橋面處理質量良莠不齊，影響了與上層防水層的附著力和摩阻力。(5)防排水體系不完善造成細部構造積水或滲水嚴重
水是橋面鋪裝損壞的主要誘因之一，鋪裝層發生開裂後誘發水分進入。現行公路浙青路面設計規範及施工技術規範等僅對橋面鋪裝的防水體系提出了原則性要求，該防水體系主要指底塗層和防水層的設置，側重外界水「進入後」的「防護」問題，對防止外界水進入前的「疏導」，缺乏相應的細節設計。如果橋面的排水系統設置不當，進入的水分未能及時排出，產生「浴缸效應」，勢必會加劇鋪裝層的破壞。因此，完善的橋面鋪裝系統及防水、排水系統是確保橋面鋪裝層服務性能的關鍵措施。設計一種具有長壽命強耐久高舒適優良複合服務性能的橋面鋪裝材料與結構及健全的橋面控制體系是今後極端環境下混凝土橋面鋪裝工程領域必須解決的關鍵技術問題。
發明內容
本發明的技術任務是針對上述現有技術的不足，提供一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，具有長壽命、強耐久、高舒適等特點，可以解決夏季高溫多雨、冬季嚴寒冰凍以及海水鹽溶侵蝕等複雜極端環境下混凝土橋面鋪裝功能層的耐疲勞性能差、水溶侵蝕以及早期橋面綜合病害等一系列關鍵技術問題。本發明的技術任務是按以下方式實現的:一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，對水泥混凝土橋橋面板進行鑿毛或者拋丸處理後，在水泥混凝土橋橋面板上方自下而上依次設置防水體系、多功能層、抗剪切層及抗磨耗層，在多功能層與抗剪切層之間及抗剪切層與抗磨耗層之間均設置有改性乳化浙青粘層，在橋面邊側設置側向單粒徑預拌碎石排水盲溝及直洩式排水孔，
所述防水體系包括防水粘結層，所述防水粘結層採用熱SBS改性浙青或熱橡膠粉改性浙青，熱SBS改性浙青按照1.2 1.5kg/m2範圍進行灑布,熱橡膠粉改性浙青按1.5 1.8kg/m2範圍進行灑布，灑布完畢後，在防水粘結層上撒布一層浙青預拌碎石，碎石粒徑3 8謹,經重量比3 5%。浙青預拌；
所述多功能層採用密水型複合改性硬質浙青膠砂，所述密水型複合改性硬質浙青膠砂以基質浙青、SBS改性劑與天然硬質浙青按照一定比例、次序摻混、溶脹發育、高速剪切加工而成的複合改性硬質浙青作為結合料，根據試驗的存儲穩定性確定合適的穩定劑類型及摻
所述抗剪切層採用SBS改性浙青做膠結料，公稱最大粒徑為13.2mm的間斷密實型混合料；或採用複合改性硬質浙青為膠結料，公稱最大粒徑為9.5mm的連續型密級配、懸浮_密實結構混合料；
所述抗磨耗層採用SBS改性浙青做膠結料，公稱最大粒徑為9.5mm的間斷密實型混合
料；
所述改性乳化浙青粘層的灑布量為0.3 0.6L/m2 ；
所述側向單粒徑預拌碎石排水盲溝的寬度為10-20cm，深度至多功能層上方，填築碎石粒徑10-20mm,碎石經重量比2.5±0.3%乳化浙青預拌。水泥混凝土橋橋面板進行鑿毛或者拋丸處理後，其粗糙度優選為0.4 1.2_。多功能層密水型複合改性硬質浙青膠砂的級配範圍優選為:9.5mm通過率為100% ；4.75mm 通過率為 85 100% ；2.36mm 通過率為 60 85% ；1.18mm 通過率為 38 68% ；0.6mm通過率為22 54% ;0.3mm通過率為14 32% ；0.15mm通過率為10 22% ；0.075mm通過率為7 12%。多功能層密水型複合改性硬質浙青膠砂的結合料中，基質浙青與SBS改性劑按照95% 96%:4% 5%的重量比摻配形成SBS改性浙青,SBS改性浙青與天然硬質浙青的摻配比例結合天然硬質浙青的類型及灰分含量確定。不同天然硬質浙青的摻配比例(內摻量)為:青川巖浙青彡7% ;新疆巖浙青6% 12%,法國阿爾巴尼亞巖浙青10% 20%,特立尼達湖浙青15% 25% ；.當採用巖浙青雜質含量(灰分)超過10%時，其摻配比例一般不超過7%。排水盲溝中碎石材料的級配優選為:25mm-19mm之間粒料重量比例佔0-10% ;9.5mm-12.5mm之間粒料比例佔35%-80% ；4.75mm_9.5mm之間粒料重量比例佔10%-55% ；
4.75mm以下粒料重量比例佔0-10% ;滲透係數不小於400ml/min。為提高橋面側向排水效果，可以在抗磨耗層頂面設置2%的橫向邊坡。防水體系、多功能層、抗剪切層、抗磨耗層、改性乳化浙青粘層及側向排水盲溝等構成本發明完整的橋面鋪裝層結構:一、防水體系採用熱改性浙青或熱橡膠粉改性浙青加預拌碎石，增強橋面粘結力並可有效阻止水對混凝土橋面的滲入；二、多功能層:密水型複合改性硬質浙青膠砂，具有調平層兼顧強密水功能；三、抗剪切層:採用高模量EME或改性SMA結構層，可有效提高高溫性能用以抵禦重載交通帶來的橋面損壞；四、抗磨耗層:採用改性SMA細級配結構，兼具防水、提高高低溫性能、增強舒適性和美觀性能等；五、側向排水盲溝及直洩式排水孔等:採用預埋預拌碎石、設置洩水孔及橫向邊坡等形式，有效合理的引導面部積水以及層間水及時排出。各層之間增加熱改性浙青粘層，充分體現水病害預防的「防排結合」理念，從鋪裝層頂面到底端各個層位功能互相補充以增加防水的保險係數，既滿足防水的設計年限，更保證鋪裝層的長期使用性能。與現有技術相比，本發明的鋪裝結構具有以下突出地有益效果:
(一)充分重視防水的理念，考慮橋面綜合使用性能，結合極端環境使用條件，合理設計橋面多功能層結構，體現橋面防水、抗高低溫、耐疲勞、抵抗海水鹽溶侵蝕以及行車舒適美觀等綜合路用性能；
(二)多功能層兼顧密水(防止水及鹽分透過鋪裝層進入到水泥混凝土中，對水泥混凝土和鋼筋產生鹽融腐蝕)、調平效果，具有高低溫優良性能和抗疲勞耐久等效果；
(三)多功能防水層浙青膠砂混合料所採用浙青膠結料為複合改性硬質浙青，這更注重橋面防水效果和高低溫路用性能使用效果，較中上面層SMA浙青混合料所採用的普通改性浙青具有更複雜更優良的力學使用性能，其帶來的技術經濟效果是可實踐和驗證的。
附圖1是本發明可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構的結構示意圖。
具體實施例方式參照說明書附圖以具體實施例對本發明的可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構作以下詳細地說明。實施例:
本發明以防水體系6、多功能層5、抗剪切層3、抗磨耗層1、改性乳化浙青粘層2、改性乳化浙青粘層4及 側向排水盲溝8構成完整的橋面鋪裝層結構，具體實施步驟及技術要求如下:
O混凝土橋面處理:水泥混凝土橋面板7採用鑿毛或者拋丸處理，使混凝土表面露出新鮮的集料和混凝土層。採用鋪砂法測定橋面處理後粗糙度，粗糙度合格範圍為0.4 1.2mm。拋丸所用鑄鋼丸性能符合GB6484-86、GB6485-86要求，粒度宜為1.0 1.5mm。2)防水體系6:採用熱SBS改性浙青或熱橡膠粉改性浙青，SBS改性浙青技術指標應符合《公路浙青路面施工技術規範》(JTG 40-2004)表4.6.2中1 -D標準，橡膠粉改性浙青技術指標應符合表I要求，其試驗方法應符合《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》(JTJ052-2000)的規定。熱SBS改性浙青按照1.2 1.5kg/m2範圍進行灑布,熱橡膠粉改性浙青按1.5
1.8kg/m2範圍進行灑布。噴灑完畢後，在其上撒布一層浙青預拌碎石，碎石粒徑3 8mm,且經過重量比3 5%。浙青預拌。熱橡膠粉改性浙青防水粘結層灑布應採用專用的，可有效控制灑布劑量的，具有加溫(保證加熱溫度可達220°C)、保溫和攪拌功能的灑布設備。表I橡膠粉改性浙青的技術要求
權利要求
1.一種可應用於極端使用環境的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於:對水泥混凝土橋橋面板進行鑿毛或者拋丸處理後，在水泥混凝土橋橋面板上方自下而上依次設置防水體系、多功能層、抗剪切層及抗磨耗層，在多功能層與抗剪切層之間及抗剪切層與抗磨耗層之間均設置有改性乳化浙青粘層，在橋面邊側設置側向單粒徑預拌碎石排水盲溝及直洩式排水孔； 所述防水體系包括防水粘結層，所述防水粘結層採用熱SBS改性浙青或熱橡膠粉改性浙青，熱SBS改性浙青按照1.2 1.5kg/m2範圍進行灑布,熱橡膠粉改性浙青按1.5 1.8kg/m2範圍進行灑布，灑布完畢後，在防水粘結層上撒布一層浙青預拌碎石，碎石粒徑3 8謹,經重量比3 5%。浙青預拌； 所述多功能層採用密水型複合改性硬質浙青膠砂，所述密水型複合改性硬質浙青膠砂以基質浙青、SBS改性劑與天然硬質浙青按照一定比例、次序摻混、溶脹發育、高速剪切加工而成的複合改性硬質浙青作為結合料，根據試驗的存儲穩定性確定合適的穩定劑類型及摻 所述抗剪切層採用複合改性硬質浙青做膠結料，公稱最大粒徑為13.2mm的間斷密實型混合料；或採用複合改性硬質浙青為膠結料，公稱最大粒徑為9.5mm的連續型密級配、懸浮-密實結構混合料； 所述抗磨耗層採用SBS改性浙青做膠結料，公稱最大粒徑為9.5mm的間斷密實型混合料； 所述改性乳化浙青粘層的灑布量為0.3 0.6L/m2 ； 所述側向單粒徑預拌碎石排水盲溝的寬度為10-20cm，深度至多功能層上方，填築碎石粒徑10-20mm,碎石經重量比2.5±0.3%乳化浙青預拌。
2.根據權利要求1所述的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於，水泥混凝土橋橋面板進行鑿毛或者拋丸處理後，其粗糙度為0.4 1.2mm。
3.根據權利要求1所述的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於，多功能層密水型複合改性硬質浙青膠砂的級配範圍: 9.5mm通過率為100% ；4.75mm通過率為85 100% ；2.36mm通過率為60 85% ；1.18mm通過率為38 68% ；0.6mm通過率為22 54% ；0.3mm通過率為14 32% ；0.15mm通過率為10 22% ；0.075mm通過率為7 12%。
4.根據權利要求1所述的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於，多功能層密水型複合改性硬質浙青膠砂的結合料中，基質浙青與SBS改性劑按照95% 96%:4% 5%的重量比摻配形成SBS改性浙青，SBS改性浙青與天然硬質浙青的摻配比例結合天然硬質浙青的類型及灰分含量確定。
5.根據權利要求1所述的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於，排水盲溝中碎石材料的級配為:25mm-19mm之間粒料重量比例佔0-10% ；9.5mm-12.5mm之間粒料比例佔35%-80% ；4.75mm-9.5mm之間粒料重量比例佔10%_55% ；4.75mm以下粒料重量比例佔0-10% ； 滲透係數不小於400ml/min。
6.根據權利要求1所述的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，其特徵在於，抗磨耗層頂面設置有2%的橫向邊坡。
全文摘要
本發明公開了一種可應用於極端使用環境(高溫、多雨、潮溼)的水泥混凝土橋橋面鋪裝結構，屬於橋面鋪裝技術領域。鋪裝過程中，對水泥混凝土橋橋面板進行鑿毛或者拋丸處理後，在水泥混凝土橋橋面板上方自下而上依次設置防水體系、多功能層、抗剪切層及抗磨耗層，在多功能層與抗剪切層之間及抗剪切層與抗磨耗層之間均設置有改性乳化瀝青粘層，在橋面邊側設置側向單粒徑預拌碎石排水盲溝及直洩式排水孔。與現有技術相比，本發明考慮了橋面鋪裝病害尤其是早期損壞發生的原因，提出「防排結合」的設計理念，按照水泥混凝土橋橋面鋪裝層層位功能定位的概念進行結構與材料設計，既增強了鋪裝層與水泥混凝土面板之間的聯結功能，又強化了面層混合料的高溫穩定性能和防、排水效果，提高了鋪裝層結構的耐久性能，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號E01C7/32GK103194946SQ20131014015
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月22日 優先權日2013年4月22日
發明者王兆星, 王林, 蓋國暉, 付建村, 李傳夫, 韋金城, 孫杰 申請人:山東省交通科學研究所, 山東高速青島公路有限公司