閆軍亭

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán) 石家莊市 050000)

隨著橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，其跨徑不斷增加。當(dāng)前大跨徑橋梁常采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，但因各種因素的影響，早期鋼橋面鋪裝損害現(xiàn)象較為普遍，降低了其使用年限，并具有較大的維修工作量[1]。因此研究鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)性能具有較為重大的意義。

1 工程概況

該橋梁橋面鋪裝由35mm厚度的SMA-10改性瀝青混合料構(gòu)成上層結(jié)構(gòu)；由300～500g/m2用量的灑布改性瀝青構(gòu)成粘層結(jié)構(gòu)；由35mm厚度的澆注式瀝青混凝土以及5～10mm厚度的預(yù)拌碎石構(gòu)成下層結(jié)構(gòu)。該鋪裝層的防水粘結(jié)層采用的材料包括有反應(yīng)性粘結(jié)劑，丙烯酸樹(shù)脂高分子防水涂料以及防腐底涂料，橋梁鋼板具有2.5級(jí)的清潔度，以噴砂的方式進(jìn)行除銹。

2 鋪裝材料溫度穩(wěn)定性研究

2.1 混合料性能研究

該橋梁所采用的SMA10混合料的鋪裝材料的級(jí)配曲線如圖1所示。通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，確定SMA10高彈改性瀝青混合料的最佳油石比為6.4%。

圖1 SMA10級(jí)配曲線示意圖

基于對(duì)鋪裝材料的性能要求，開(kāi)展了高彈SMA10鋪裝材料的性能研究。所得結(jié)果如表1所示。

(1)高溫穩(wěn)定性

表1 高彈SMA10瀝青的高溫穩(wěn)定性

從表1可知，該鋼橋面鋪裝所采用的SMA改性瀝青材料具有較好的高溫穩(wěn)定性。

(2)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

圖2 不同溫度條件下高彈SMA抗壓強(qiáng)度

由圖2可知，高彈SMA10具有較高的溫敏性，相比于低溫環(huán)境，高溫環(huán)境下的高彈SMA瀝青材料具有較低的抗壓強(qiáng)度，為降低鋪裝層在高溫時(shí)所受的破壞，當(dāng)溫度較高時(shí)，應(yīng)限制超載車輛。

2.2 澆注式瀝青混合料性能試驗(yàn)

(1)高溫穩(wěn)定性

相比于普通瀝青混合料而言，常采用貫入度對(duì)澆注式GA10瀝青的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。以規(guī)范所推薦的方法制備了70.7mm邊長(zhǎng)的立方體試塊，以對(duì)溫度不同時(shí)GA10瀝青的貫入度進(jìn)行研究，以分析澆注式瀝青混合料的高溫性能與溫度之間的關(guān)系。所得結(jié)果如表2所示。

表2 澆注式瀝青混合料貫入度及其增量的試驗(yàn)結(jié)果

從上述試驗(yàn)結(jié)果可知，澆注式瀝青材料的貫入度及其增加量隨著溫度的不斷上升而均有所上升，表明隨著溫度的增加澆注式瀝青材料的高溫性能不斷降低[3]。分析原因可知，澆注式瀝青混合料有較高的礦粉和瀝青含量，因此具有較高的溫度敏感性。從整體上來(lái)看，該橋梁所采用的澆注式瀝青混合料具有符合規(guī)范要求的貫入度及其增加量，因此其具有較好的高溫性能。

(2)低溫彎曲性能

表3 澆注式瀝青混合料彎曲變形試驗(yàn)結(jié)果

從表3試驗(yàn)結(jié)果可知，澆注式瀝青混合料在較低的溫度環(huán)境下具有較脆的性能，在溫度較低的情況下施加荷載時(shí)，其在變形程度較小時(shí)即產(chǎn)生破壞。當(dāng)溫度較高時(shí)，澆注式瀝青混合料具有較高的變形能力，其彎拉強(qiáng)度隨著不斷增加的溫度而不斷提高。在常溫條件下，澆注式瀝青混合料具有較高的抗變形能力，但因?yàn)r青具有軟化作用，使其彎拉強(qiáng)度有所下降。

3 層間結(jié)合整體性研究

對(duì)橋面結(jié)構(gòu)的整體性而言，防水粘結(jié)層的設(shè)置效果對(duì)其有著直接的影響[4-5]。因此對(duì)該粘結(jié)層的粘結(jié)和防水性能進(jìn)行研究。對(duì)于粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試，所采取的方法如圖3所示。

圖3 粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法示意圖

3.1 防水粘結(jié)材料與鋼板間的粘結(jié)強(qiáng)度

在不同的溫度條件下測(cè)試甲基丙烯酸樹(shù)脂防水材料的拉拔粘結(jié)強(qiáng)度，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 防水粘結(jié)材料與鋼橋面板間的粘結(jié)強(qiáng)度

從試驗(yàn)結(jié)果可知，防水材料的破壞面隨著不斷上升的溫度而表現(xiàn)出從鋼板與材料的界面逐漸轉(zhuǎn)變到材料內(nèi)部的規(guī)律。材料的強(qiáng)度可通過(guò)其內(nèi)聚破壞情況進(jìn)行反映，在工作溫度范圍內(nèi)多數(shù)材料均表現(xiàn)出隨著不斷上升的溫度而呈現(xiàn)出強(qiáng)度不斷降低的規(guī)律，少部分材料因具有較低的溫感性，因此其強(qiáng)度僅具有較小的變化幅度。而多數(shù)具有較大溫感性的材料則具有較大的降低幅度。當(dāng)溫度在10℃以下時(shí)，因材料具有較高的自身強(qiáng)度，故其破壞面一般在兩相界面的薄弱處出現(xiàn)；當(dāng)溫度較高時(shí)，破壞面常出現(xiàn)在材料內(nèi)部以及其與鋼板交界處。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著溫度的增加，鋼板與甲基丙烯樹(shù)脂防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度不斷降低，但粘結(jié)性能總體而言較為良好，其粘結(jié)性能即使在50℃的溫度下仍能達(dá)到2.17MPa，相比于其他常用的防水粘結(jié)材料性能較好。分析原因可知，該橋梁所采用的防水粘結(jié)材料屬于反應(yīng)性樹(shù)脂材料，當(dāng)其固化之后能夠具有較高的強(qiáng)度，相對(duì)而言具有較低的溫度敏感性，更加符合當(dāng)?shù)剌^高的絕對(duì)溫度以及較長(zhǎng)高溫期的環(huán)境特點(diǎn)。

3.2 防水體系(組合結(jié)構(gòu))的結(jié)合強(qiáng)度

橋面鋪裝層的下層鋪裝和防水粘結(jié)層共同組成組合結(jié)構(gòu)[6]。橋面鋪裝的整體抗剪強(qiáng)度可通過(guò)組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行反映。

(1)防水體系拉拔粘結(jié)強(qiáng)度

表5 防水體系拉拔粘結(jié)強(qiáng)度

從試塊的破壞界面可知，試塊破壞時(shí)的界面并非僅有單一的形式，防水層以及澆注式瀝青混凝土有并存的破壞存在。隨著溫度的不斷上升，防水體系的粘結(jié)強(qiáng)度不斷降低，并且當(dāng)溫度區(qū)間不同時(shí)，其降低幅度有區(qū)別。當(dāng)溫度較低時(shí)，防水體系的粘結(jié)強(qiáng)度僅具有較低的衰減速率。

從整體上看，相比于鋼板間的粘結(jié)強(qiáng)度而言，組合結(jié)構(gòu)的較低，兩者強(qiáng)度之差在50%以上，當(dāng)溫度較低時(shí)兩者差距能夠達(dá)到2MPa，當(dāng)溫度較高時(shí)兩者差距約為1MPa。鋪裝層的下層與粘結(jié)劑間常出現(xiàn)破壞面，少部分破壞面出現(xiàn)在粘結(jié)劑內(nèi)部?？芍辰Y(jié)劑的強(qiáng)度以及鋼板清潔度均會(huì)對(duì)組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

(2)防水體系剪切粘結(jié)強(qiáng)度

采用壓剪強(qiáng)度測(cè)試儀對(duì)該結(jié)構(gòu)的壓剪強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，以對(duì)防水體系的界面粘結(jié)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。所得結(jié)果如表6所示。

從試塊的破壞程度可知，防水粘結(jié)體系隨著溫度的變化而表現(xiàn)出不同的破壞狀態(tài)。當(dāng)溫度較低時(shí)，破壞面常出現(xiàn)在鋪裝層與防水層之間，當(dāng)溫度較高時(shí)，破壞面常出現(xiàn)在瀝青混合料內(nèi)聚層。

表6 防水體系組合結(jié)構(gòu)剪切強(qiáng)度

因溫度區(qū)間不同，防水粘結(jié)體系具有不一樣的破壞情況。當(dāng)所得的測(cè)試結(jié)果主要破壞形式為瀝青鋪裝層和防水粘結(jié)層的破壞時(shí)，才能將真實(shí)的剪切強(qiáng)度反應(yīng)出來(lái)。當(dāng)溫度較高時(shí)，瀝青混合料的強(qiáng)度具有較快的衰減幅度。相比于瀝青層與粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度，當(dāng)混凝土自身強(qiáng)度較低時(shí)，將會(huì)有剪切破壞出現(xiàn)在瀝青混合料內(nèi)部，該種情況下一般會(huì)得到較小的測(cè)試結(jié)果，無(wú)法將防水粘結(jié)體系真實(shí)的剪切性能體現(xiàn)出來(lái)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，主要得出以下結(jié)論：隨著溫度的增加，鋼板與甲基丙烯酸樹(shù)脂防水材料的粘結(jié)強(qiáng)度不斷降低，但其粘結(jié)性能總體而言仍較好。而相比之下，組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度較小。一般在鋪裝層下層與粘結(jié)劑間將有破壞面出現(xiàn)，可知對(duì)于組合結(jié)構(gòu)而言，其粘結(jié)強(qiáng)度與粘結(jié)劑的強(qiáng)度以及施工界面清潔度有關(guān)。