桥面橡胶沥青碎石封层层间结合稳定性研究

宋人武

摘 要：以某中桥对橡胶沥青碎石封层的应用情况为依托，通过现场跑车、刹车、掉头等实体试验从宏观角度对其层间结合稳定性进行验证，并且基于现场拉拔试验对其层间结合强度进行量化评价，同时提出了橡胶沥青碎石封层施工质量控制要点。结果表明，橡胶沥青作为水泥混凝土桥面的碎石封层材料具有较好的施工性能和使用效果。

关键词：橡胶沥青；碎石封层；层间结合稳定性；施工控制

中图分类号：U416.03 文献标志码：B

文章编号：1000-033X（2016）05-0051-04

Abstract： Based on the application of asphalt rubber chip seal to a mid-sized bridge， the interlayer bonding stability was verified by running the test of driving， braking and turning around on the deck. Quantitative evaluation of the interlayer bonding strength was conducted based on pull-out test， and the key points of construction quality control of asphalt rubber chip seal were proposed. The results show that as the chip seal material， asphalt rubber delivers great performance on cement concrete deck.

Key words： asphalt rubber； chip seal； interlayer bonding stability； construction control

0 引 言

橡胶沥青作为新的碎石封层材料，对施工质量控制的要求特别严格，在施工过程中需要严格控制影响其层间结合稳定性的各项关键环节，才能更好地发挥其良好的使用性能[1-3]。本文结合室内试验研究成果，通过实体工程进行现场试验，从而研究橡胶沥青作为桥面碎石封层在铺装结构中的层间结合效果，并通过对其施工工艺及质量控制的研究，推广应用范围。

1 实体工程施工方案

以某中桥桥面为试验工程进行橡胶沥青碎石封层施工，其中：橡胶沥青的喷洒温度控制在190 ℃～200 ℃，喷洒量设定为2.0 kg·m-2；洁净碎石撒布量为10 kg·m-2（能够达到满铺面积的70%左右）；现场采用离心式压力抛丸机对水泥混凝土桥面板进行喷砂打毛预处理。

现场碎石封层施工工艺为：混凝土桥面拉毛（或喷砂处理）；混凝土桥面清理（空压机）；喷洒橡胶沥青；撒布碎石（碎石必须干燥且清洁）；用胶轮压路机碾压1～2遍；清扫松散碎石；养护24 h。

碎石封层施作完毕后，随即在现场进行跑车试验、刹车试验和车辆掉头试验，以验证橡胶沥青撒布碎石这种碎石封层的施工工艺是否具备良好的施工性能[4]。铺筑完沥青面层后，在现场进行拉拔试验，以确定橡胶沥青碎石封层的实际应用效果[5]。

2 现场试验

2.1 跑车试验

为保证沥青混凝土桥面铺装施工的顺利进行，要求碎石封层必须能够抵抗施工机械（主要为摊铺机和运料车等）的冲击[6]。试验采用后轴重为20 t的双后轴载重车，以30 km·h-1的速度在该段碎石封层上行驶，观察轮迹带上的碎石封层有无推移、起层、裂缝和破损等现象。

试验结果表明，该段碎石封层在行车荷载作用下，轮迹带上未出现相应的破损现象，说明橡胶沥青碎石封层能够满足运料车辆在施工过程中的正常行驶要求。

2.2 刹车试验

由于运料车辆在桥面上制动的可能性比较大，需要测定橡胶沥青碎石封层的抗剪性能。试验采用后轴重为20 t的双后轴载重车，以30 km·h-1的速度在该段碎石封层上行驶并紧急制动，观察轮迹带上的碎石封层有无明显的剥离、起层、裂缝和破损等现象。试验结果如图1所示。

试验结果表明，在运料车辆紧急制动作用下，轮迹带上的碎石封层未出现明显的破坏现象，说明橡胶沥青碎石封层具有较好的抗剪性能，在施工过程中能够满足车辆紧急制动的要求。

2.3 车辆掉头试验

由于运料车辆不可避免地要在桥面上掉头，需要测定橡胶沥青碎石封层是否会因车辆掉头而产生破坏。试验采用后轴重为20 t的双后轴载重车，在该段碎石封层上掉头，观察轮迹带上碎石封层有无推移、剥离、起层、裂缝和破损等现象。

试验结果表明，在车辆掉头过程中，轮迹带上的碎石封层未出现相应的破坏现象，说明橡胶沥青碎石封层能够满足施工车辆的掉头要求。

2.4 拉拔试验

在桥面沥青混凝土铺装后，可以在现场采用桥面铺装层测试系统（图2）来检测沥青混凝土面层与水泥混凝土桥面板之间的粘结强度。该设备的工作原理与室内的万能试验机相同，都是通过拉钩施加垂直拉拔力。

具体试验方法为：在沥青混凝土铺装层施工完毕后，用直径10 cm的钻芯机在桥面上钻孔，钻至水泥混凝土桥面板后取出钻头，使得该部分的沥青混凝土与周边的沥青混凝土铺装层完全割断；用环氧树脂将桥面铺装层测试系统的金属头粘贴在沥青混凝土表面；待环氧树脂凝固后，通过桥面铺装层拉拔试验系统对圆盘粘头施加连续拉力（速率为10 mm·min-1），直至芯样拉断。

本次试验在32 ℃的环境温度下进行，共进行6次独立试验，破坏面均在碎石封层与水泥混凝土之间，试验结果见表1。

与室内拉拔试验数据相比，现场拉拔试验所测得结果较小，而且变异性较大。究其原因，可能有以下几点：钻孔对沥青混凝土铺装层的扰动较大，对层间结合状况有一定影响；在取芯过程中，沥青混凝土铺装层中渗入较多水分，影响其自身结合强度；水泥混凝土桥面板粗糙程度差异较大。但从总体上来讲，现场拉拔试验能够在一定程度上有效地评价沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板之间的层间粘结强度，并对碎石封层的实际效果进行检验。

通过现场试验简单验证橡胶沥青碎石封层的层间结合稳定性能，结果证明：橡胶沥青碎石封层具有良好的施工性能，在施工过程中能够满足各种施工机械在其上正常行驶、刹车、掉头等的要求，而且橡胶沥青具有较高的粘度，能够很好地将沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板结合起来，从而使桥面在后期使用过程中发挥优良的性能[7]。

3 施工质量控制

3.1 水泥混凝土桥面板预处理阶段的质量控制

（1）防止碎石封层的喷涂厚度不均匀。水泥混凝土桥面板应该平整，对2 mm以上的尖锐突出物和凹深5 mm以上的小坑应进行打磨或修补处理；而且对于横坡不符合要求的地方也应予以处理。

（2）防止碎石封层在施工过程中出现气泡现象。水泥混凝土桥面板必须干燥，不能有任何明显的潮湿区域。根据已有工程经验，可以将含水量在6%以下时视为干燥状态，而桥面处于干燥状态的时间大概是浇注1个月后。

（3）防止碎石封层与水泥混凝土桥面板之间形成薄弱层。水泥混凝土桥面板必须洁净，无尘土、油污、碎石或沙粒等施工残留物。铺设碎石封层前应该用空压机、去油剂等将表面处理干净，如有砂浆等结硬杂物，应将其打磨掉[8]。

（4）水泥混凝土桥面板的强度应达到设计标号，且表面不得有松散、浮浆、掉皮、空鼓和严重开裂现象。

（5）水泥混凝土桥面板必须注意养生，达到预期效果后才能铺涂碎石封层，以免混凝土在施工后期由于严重收缩使碎石封层撕裂。

（6）为保证碎石封层能够与水泥混凝土桥面板更好地结为整体，建议对水泥混凝土桥面进行喷砂或拉毛处理。拉毛处理时最好使用专用机械，以获得均匀的粗糙表面；同时不能顺着行车方向拉毛，否则将减小桥面的抗剪强度，在车辆行驶时易造成桥面剪切破坏，建议拉毛方向与行车方向垂直；拉毛之后采用吹风机将浮粒吹掉（根据经验，桥梁两侧的防撞栏处容易遗留粉尘，最好采用吸尘器将粉尘吸走），最后采用高压水枪冲洗桥面。

根据已有的施工经验，对具体的常见缺陷提出处理建议，见表2。

3.2 喷洒橡胶沥青及撒布碎石阶段的质量控制

（1）橡胶沥青碎石封层喷涂之前应该对其性能进行严格检验。橡胶沥青碎石封层材料的质量检测分为物理性能检测和路用性能检测，性能检测合格后才可进行喷涂，具体检测项目见表3。

（2）橡胶沥青施工时的最低气温不应低于5 ℃，在雨天、雾天及大风天气不得施工，严禁夜间施工。

（3）橡胶沥青碎石封层应该采用专用机械进行喷洒式施工，将橡胶沥青用沥青泵泵入沥青洒布车，且在沥青泵管道入口和出口处设置筛网，以防止杂物进入沥青洒布车中。

（4）沥青洒布车进入桥面施工范围以前，应该清除轮胎上粘附的泥土等杂物，防止行驶过程中污染桥面。洒布范围周边的防水粘结材料应予以保护，起点及终点用油毡垫好，两端保护长度必须达到15 m以上。

（5）喷洒前应清理洒布管道并试喷检查，每一喷嘴均喷射出后，才能进行喷洒。不需要洒粘层油，直接分2～3层并按一定的方向顺序喷洒橡胶沥青。喷洒时应做到厚度适宜，喷洒均匀，不得有流淌、堆积或漏喷现象，以保证碎石封层在桥面上形成一个完整的表层。橡胶沥青的喷洒温度控制在190 ℃～200 ℃，其用量控制为1.8～2.2 kg·m-2。

（6）若有漏喷，应该进行人工补涂，补涂时应能够确保补涂厚度达到碎石封层材料的要求厚度。整个喷洒过程直至撒布碎石保护层前，应封闭交通，严禁任何人踩踏未干的碎石封层，禁止穿带跟或带钉底鞋作业，以免损坏碎石封层。

（7）喷洒橡胶沥青之后应立即撒布一层干燥且洁净的碎石作保护层，并用26 t的胶轮压路机以较慢的速度稳压1～2遍。碎石撒布量控制在10 kg·m-2 左右，覆盖表面70%左右。为提高层间结合效果，应提前将碎石在160 ℃～165 ℃下进行预热处理。

（8）橡胶沥青及碎石保护层施工完毕后，应指派专人进行管理、养护。至少养护24 h后方可允许车辆以低于5 km·h-1的速度行驶，且不得刹车或掉头；同时严禁重物冲击碎石封层，封层上不得任意堆放物品。

3.3 沥青混凝土铺装阶段的质量控制

水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装层的施工程序及工艺与常规的路面施工基本一致。为保证沥青混凝土铺装层自身的质量，必须严格检查原材料质量，认真做好目标配合比及生产配合比的设计；严格控制沥青混合料的拌和时间及温度；严格控制碾压工序，确保压实质量。这些措施在保证沥青混凝土铺装层质量的同时，也在一定程度上提高了碎石封层的使用性能，延长其使用寿命。以下就试验工程施工过程中出现的一些问题进行详细说明。

（1）橡胶沥青及碎石保护层洒（撒）布完成并至少养护24 h以后，经技术人员检验合格方可进行沥青混凝土铺装层的施工。

（2）施工过程中必须严格控制碾压工序，对实行空隙率和压实度双控来保证压实质量，并通过防止混合料离析等措施来改善铺装层的抗开裂能力，从而减少水分的渗透。尤其应该重视沥青混凝土铺装层在靠近隔离带部分的压实质量，防止间隙水从此渗入。

（3）运输车辆及摊铺、碾压设备在施工过程中应保持匀速前进，不得在未碾压成型路段上转向、调头或急刹车等，以免对碎石封层造成人为破坏。

（4）施工完成后，不得有残留物堵塞排水管道，以免造成桥面排水困难。

3.4 碎石封层施工质量检验

（1）水泥混凝土桥面板的厚度、强度、结构尺寸及沥青混凝土铺装层的厚度、压实度等项目的检测按《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1—2004）执行。

（2）水泥混凝土桥面板的表面清洁度、干燥度以及碎石封层的表观质量均用目测检验。

（3）碎石封层的粘结强度在沥青混凝土铺装层施工完毕后用拉拔仪进行检测，也可以委托检测单位进行检测。

4 结 语

（1）通过对实体橡胶沥青碎石封层进行现场跑车、刹车、掉头及拉拔试验，发现碎石封层的各项技术指标表现良好，明确了橡胶沥青碎石封层的施工技术参数为：橡胶沥青喷洒温度控制在190 ℃～200 ℃，喷洒用量设定在2.0 kg·m-2；洁净碎石撒布量为10 kg·m-2（能够达到满铺面积的70%左右）。

（2）为保证碎石封层能够与水泥混凝土桥面板更好地结为整体，应采用专用机械对水泥混凝土桥面进行喷砂或拉毛处理，同时拉毛方向应与行车方向垂直。

（3）水泥混凝土桥面板必须干燥，不能有任何明显的潮湿区域，一般应在桥面浇注1个月后才能进行碎石封层铺筑。

参考文献：

[1] 李雪峰.胶粉改性沥青及其混合料路用性能研究[D].北京：北京建筑工程学院，2008.

[2] 李明亮.废轮胎胶粉改性沥青材料的路用性能研究[D].大连：大连理工大学，2007.

[3] 王 伟.橡胶沥青混合料高温性能研究[D].上海：同济大学，2008.

[4] 王旭东，李美江，路凯翼.橡胶沥青及混凝土应用成套技术[M].北京：人民交通出版社，2008.

[5] 付 强.橡胶沥青应用技术研究[D].西安：长安大学，2009.

[6] 夏 玮.废胶粉改性沥青及沥青混合料路用性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2009.

[7] 杨维宁.橡胶沥青同步碎石封层设计及其性能验证[J].筑路机械与施工机械化，2012，29（11）：54-56.

[8] 周泽洪，郑南翔，纪小平.基于层间抗剪强度的同步碎石下封层的设计[J].长安大学学报：自然科学版，2011，31（2）：22-24.

[责任编辑：杜敏浩]