隨著高等級公路建設的發展,在車流量大量增加,載重標準不斷提高的情況下,水泥混凝土橋面鋪裝的抗滑問題越來越引起人們注意,據初步調查,沈山高速公路現有8座工字梁橋,橋面鋪裝為水泥混凝土鋪裝層,鐵四高速公路也有多座,經行車使用已嚴重磨光,表面構造喪失,抗滑性能降低,雨天高速行車出現水漂和濺水影響司機視線,造成交通事故。嚴重影響了車輛在高速公路上安全、快速、暢通的行駛,因此改善和提高水泥混凝土橋面的抗滑性能已迫在眉睫。
我們進行了廣泛調研并開展了大量室內試驗,提出薄層抗滑層這種新型抗滑技術,并在鐵四高速公路兩座水泥混凝土橋面上進行了鋪筑,提出一套較為完整的施工工藝。
2 薄層抗滑層介紹
混凝土橋面的破壞主要是由于大量使用防水劑引起的鋼筋混凝土中鋼筋的電化腐蝕。我們采用的薄層抗滑層是用聚氨酯環氧改性焦油瀝青做膠結材料,選擇抗滑性耐磨性能較好的花崗巖或玄武巖石屑做骨料,對現橋面稍作處理后鋪筑3-5mm的抗滑表面。達到抗滑及防止鹽類腐蝕和水滲透的作用,同時不增加橋梁恒載和承載層厚度。
該技術新加坡太平洋公司和北京市公路局五年前已在北京公路上應用,經過五年的行車使用效果良好。在美國,一些交通部門已通過測試聚酯面層證實,大多能提供卓越的粘合強度,美國測試和材料組織制定了《混凝土環氧樹脂基結合層標準規范》(ASTMC881-87)。這種新型環氧面層系統已成功地應用于高等級面層,ASTMC881規范,已成為指導未來環氧橋面系統的準則。
在我省是首次嘗試研究并應用此項新技術,一些技術指標和施工工藝還在不斷探索中
3 原材料選擇及性質
A.煤焦油瀝青,煤瀝青是由煤干餾的產品-煤焦油加工而成。和石油瀝青一樣,也是復雜的膠體分散系,與石油瀝青相比與礦質集料的粘附性較好,可以改善與水泥混凝土橋面板的粘附性,同時提高抗紫外線輻射能力。
B.聚氨脂環氧膠,膠粘劑是一類具有優良粘接性能,能將各種材料牢固粘接成一體的物質,一般由基料、固化劑、填料等成分組成。試驗所選用的聚氨脂環氧鋪面材料,具有強度好、彈性好、耐磨、耐低溫、耐沖擊、耐腐蝕等特點。考慮到水泥混凝土的膨脹率系數為10-14×10-6(20℃),所以選用這種具有較好彈性的聚氨脂環氧膠。
4 室內試驗及配比選擇
4.1 試驗設計
為模擬這種薄鋪面層與水泥混凝土橋面板的粘接性及抵抗車輛的制動力及高低溫性能,我們做了如下試驗項目:
抗拉強度:檢驗這種膠粘劑與水泥混凝土的粘接能力;抗剪強度:檢驗抵抗行車荷載產生剪切力能力;剝離強度:是膠層從水泥混凝土板上剝離時所用的力;撕裂強度:完全撕開標準規定的直角型試樣所需要的最大負荷;拉伸強度:試樣拉伸至斷裂時的最大拉伸應力。(剝離、撕裂、拉伸強度均參照橡膠制品試驗方法)。高低溫性能:將試件放入80℃烘箱中保溫檢驗高溫性能;做凍融循環試驗(-30℃~-5℃),檢驗低溫性能。
4.2 試驗結果
(1)改性焦油(比例1)與其它瀝青材料抗拉、抗剪強度對比,結果見表1。
以上試驗數據說明改性焦油與水泥混凝土結合能力要比瀝青類材料強的多。
(2)高低溫性能
將制做的試件,放入凍融循環試驗機中,35個循環中,表面幾乎沒什么變化,后面水泥混凝土已凍壞;將試件放入烘箱中80℃放置6h,取出觀察沒有變化。
(3)不同配比改性焦油的強度對比試驗,結果見表2。
4.3 試驗分析
根據附著系數對路面的要求,行駛車輛(30-60km/h)剎車時對瀝青路面產生的磨擦系數為f=0.6-0.8,我們取0.8,規范規定標準軸載P(雙輪組單軸載)BZZ-100為100kN,則單輪對路面產生的制動力F=f×P=0.8×100kN=80kN
單輪傳壓面當量圓直徑d=21.30cm,面積s=0.0356m2,對路面產生的剪應力為80000/0.356/4=0.56Mpa
比例1 改性焦油層7d抗剪強度(1.13MPa) 車輛產生的剪應力(0.56MPa)
比例2 改性焦油層3d抗剪強度(1.2MPa) 車輛產生的剪應力(0.56Mpa)通過上面的試驗研究,可以得到,改性焦油瀝青表面處治從理論上能夠滿足路面行車要求。從強度增長趨勢及經濟、施工等方面考慮,最合理配方為比例2
5 試驗路鋪筑
2000年8月18日鋪筑鐵四高速公路青洋河大橋南行2700m2試驗路,之后經過觀測,對存在問題進行分析研究,在大量室內試驗基礎上對摻配比例及施工工藝進行不斷完善,2000年9月又在鐵四高速公路青洋河大橋北行、北第大橋鋪筑了1.3萬平方米薄層抗滑層橋面。
5.1 水泥混凝土橋面薄層抗滑層施工工藝
(1)施工前準備
做好施工工具、設備及原材料的準備工作。
(2)施工工序
A.橋面處理:封閉交通后,對橋面進行全面處理。在灑布粘結混合液之前要求橋面干燥、潔凈、質密、局部平整。
B.摻配工藝:摻配工藝應由專門技術人員負責指導,并指定專人負責此項工作。各種原料在使用前均應檢查,粘結混合液必須嚴格按設計摻配比例及摻配順序進行摻配,攪拌均勻,摻配好的混合液必須在一定時間之內完成攤鋪作業,防止固化。
C.薄層抗滑層攤鋪作業:攤鋪作業應有專人負責攤鋪面積、厚度、平整度等。縱向接縫應放在車道間的劃線位置。將摻配好的粘結混合液潑灑在待攤鋪處,用膠皮刮板在一定面積內把混合液刮抹均勻,人工灑布細集料,要求細集料灑布平整均勻,覆蓋嚴密;待表面干燥后用掃帚將表面多余的石屑清掃干凈。
D.細部處理:攤鋪后要仔細檢查,發現有局部未粘好處,要用小刷做局部修補。
(3)開放交通時間
結合工程實際及施工時溫度,按照要求在一定時間后,全面檢查路面狀況后,可以開放交通。
5.2 通車后觀測
清洋河大橋南行是我們第一座施工的橋面,通車后5d出現了局部石屑脫落的現象,我們認真查找原因,進行了大量的室內試驗,解決了較為關鍵的技術問題,調整配方,修改施工工藝后,于2000年9月18日、9月30日、10月13日又分別對其他橋面進行了薄層抗滑層施工。通車后一個月觀測,青洋河大橋北行完好,北第大橋有三個施工塊有脫落現象,分析原因是施工時配料問題,其它均保持良好狀態。我們于2001年3月再次對橋面進行觀測,經過一個冬天的考驗,橋面狀況良好,石屑粘結牢固,抗滑性能良好,完全達到了使用要求。
6 結束語
薄層抗滑層技術施工簡單,鋪筑后基本上不改變原有路面標高,既能與水泥混凝土很好結合,又能達到路面抗滑要求;施工溫度范圍較寬(5℃以上均可施工);該技術可用于對水泥混凝土橋面、隧道、停車場做防滑處理。其工程造價要比國內及國外同類產品低得多,具有廣闊的應用推廣前景
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