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          瀝青混凝土橋面鋪裝泛堿機理及防治措施研究
          2020年11月18日    閱讀量:9381    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

          摘 要

          針對我國高速公路瀝青混凝土橋面鋪裝普遍發生的泛堿病害,通過化驗分析及現場實測等手段分析了病害產生的機理及原因,同時簡要分析了橋面鋪裝泛堿病害的危害,進而從橋面鋪裝泛堿病害可能發生的原因層面提出相應的預防措施,并針對已經存在橋面鋪裝泛堿病害的項目提出對應的處治建議。通過文中的相關分析以期引起我國高速公路橋面鋪裝建設單位的高度重視,并積極采取切實可行的措施進行防治。


          關鍵詞

          瀝青混凝土 | 橋面鋪裝 | 泛堿病害 | 化驗分析 | 防治措施


          目前,我國高等級公路橋面應用較為廣泛的鋪裝結構仍然是水泥混凝土調平層上攤鋪瀝青混凝土的結構瀝青網sinoasphalt.com。盡管這種結構形式在保證鋪裝層整體強度的同時又可以提高行車的舒適性,但是在實際應用過程中發現,瀝青混凝土橋面鋪裝完成后,在降雨等外來水的作用下,經過一段時間的反復作用,瀝青混凝土鋪裝層表面呈現黃、白斑點,并逐步發展成不規則片狀,有時局部伴隨有水跡的滲出現象。這種病害稱為“橋面泛堿”(如圖1所示),近距離觀測主要為溢出性液體殘留物或風干后水垢、雜質等污漬附著于路表,可沖洗干凈(如圖2所示)。

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          瀝青混凝土橋面鋪裝泛堿是橋面早期水損害的典型表現,通過對作者所在公司開展技術服務的項目及調研的國內其他項目進行情況分析研究可知,橋面鋪裝泛堿通常屬于水泥混凝土調平層及瀝青混凝土鋪裝層原材料選用、路面結構設計和施工質量控制等綜合作用產生的質量通病。該種病害的存在會使得瀝青混凝土橋面鋪裝的穩定性及各層黏結性受到削弱,特別是在車輛荷載和凍融循環等自然環境因素的綜合作用下,將直接影響橋面鋪裝的整體使用性能及壽命。

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          橋面鋪裝泛堿機理及原因分析

          橋面鋪裝泛堿析出物化驗分析

          為徹底防止或消除橋面鋪裝泛堿病害的產生及發展,需分析橋面鋪裝泛堿病害產生的具體原因后制定針對性預防或處治措施。本文采用甲基橙、酚酞和PH值試紙,針對橋面鋪裝泛堿析出物,進行化學性質分析。對于已經風干的析出物按照物質化學性質檢驗方法采用蒸餾水稀釋后測定。對于選定的監測點,甲基橙反應不明顯,酚酞試劑顯示為紫紅色,PH值試紙顯示在10~12附近。從酸堿性檢測結果可知,橋面鋪裝析出物為堿性(如圖3所示)。


          為進一步確定橋面泛堿部位析出的堿性物質種類,對提取的析出物進行電鏡掃描(如圖4所示)和能譜分析,最終確定橋面鋪裝泛堿析出物的主要成份為碳酸鈣和硅酸鹽等物質。


          橋面鋪裝泛堿機理分析

          為了確定橋面鋪裝泛堿處結構層內部是否存在遺留水,通過對橋面鋪裝泛堿病害處進行鉆芯取樣,觀察芯孔處是否有聚水現象。為消除鉆芯取樣機械用水的影響,鉆芯取樣后將芯孔中的積水采用海綿、毛巾等吸水材料吸干并將芯孔內部擦拭干凈。靜置一段時間(試驗項目以3min計)后芯孔底部有大量水份析出,5min時析出的聚水更加明顯(如圖5所示)。通過比對鉆芯取樣機械用水和芯孔析出水的質量可知,橋面鋪裝泛堿處路面結構層內部明顯存在遺留水。另外結合毛細水作用可推斷,橋面鋪裝泛堿病害處水泥混凝土調平層可能是低洼地帶。

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          另外,結合依托工程現場調研情況可知,部分橋面水泥混凝土調平層因鋼筋網片標高不均勻或調平層與下承層間存在雜質導致結構層層間接觸不良等原因,致使水泥混凝土調平層存在脫空現象(如圖6所示)。這種情況下若結構層間存在遺留水,也會導致瀝青混凝土鋪裝產生泛堿病害,而且嚴重時會導致瀝青混凝土鋪裝攤鋪過程因結構層遺留水蒸發體積膨脹而出現結構層“鼓起”現象。


          通過以上分析可知,導致橋面鋪裝泛堿現象形成的介質是水,主要來自于橋面鋪裝完成后的外部來水和結構層內部遺留水。外部水如雨水、路面清潔用水、施工用水的溢漏等,沿橋面瀝青混凝土孔隙或裂縫滲透進入橋面鋪裝層之間,透入深度視橋面鋪裝層結構、瀝青選材、壓實工藝不同而變化。結構層內部遺留水份主要為橋面瀝青混凝土鋪裝層施工前水泥混凝土橋面整平層結構層內部或表面遺留的水份。外部滲透水或結構層內部遺留水在外部車輛荷載、輪胎真空吸力作用下,攜帶碳酸鈣或硅酸鹽等物質運動到路表,經蒸發風干后形成我們所常見的表面黃白斑點。水分蒸發后,其攜帶或溶解的鹽堿類礦物質結晶或發生化學反應后附著于橋面瀝青混凝土鋪裝層表面,形成泛堿現象。


          橋面鋪裝泛堿原因分析

          針對作者所在公司開展技術服務的項目以及國內其他調研的在建項目,通過試驗檢測及理論分析等方法可知,瀝青混凝土橋面鋪裝泛堿的原因主要有以下幾個方面:


          (1)橋面水泥混凝土調平層平整度差,影響局部瀝青混凝土壓實而造成透水,在瀝青鋪裝層透水情況下,不平整處又容易局部積水;

          (2)橋面水泥混凝土調平層脫空且遺留內部水,影響局部瀝青混凝土的壓實而造成透水,同樣脫空處也容易局部積水;

          (3)橋面鋪裝防、排水措施不到位,橋面自由水沿護欄邊緣或泄水口滲入結構層,或者排水盲溝不能有效將結構層內部水及時排出;

          (4)因橋面瀝青混凝土比較薄、水泥混凝土橋面整平層早期強度不足,在重車輪胎搓碾作用下均可能造成橋面開裂滲水,進而泛堿;

          (5)橋面鋪裝瀝青混凝土配合比偏粗,且施工過程中橋面鋪裝瀝青混凝土的密實度降低(壓實功率降低或振動頻率降低;即使壓實功及振動頻率不變,由于橋面梁板整體彈性變形性能,壓實時橋面震顫會抵消部分壓實功效,降低壓實度),或由于瀝青混凝土局部離析、低溫碾壓等情況,造成局部孔隙率增大、增加透水可能性,形成路面滲水。


          橋面鋪裝泛堿病害預防措施

          橋面鋪裝滲水且不能及時排除是泛堿現象的關鍵和根本原因。雖然通過采用低堿水泥,控制水泥混凝土的堿集料反應,可有效改善和避免瀝青混凝土橋面鋪裝的泛堿現象,但防滲和排水才是根除此病害進而保證橋面鋪裝質量的有效途徑。因此,建議采用以下措施進行防治。


          (1)切實保證水泥混凝土橋面整平層表面強度、平整度、橫坡度,確保橫坡順暢、水份能迅速排離至碎石盲溝。

          (2)應確保水泥混凝土調平層表面浮漿拋丸處治有效到位,以保證瀝青鋪裝層與水泥混凝土層之間的黏結、防水,并提高層間抗剪強度等;若局部平整度過差,出現鼓起等現象時,應采用銑刨機將其銑刨平整,確保水泥混凝土調平層整體的平整度及橫坡順暢;另外,封層施工時應嚴格按照技術指南的要求進行,確保橋面鋪裝SBS改性瀝青封層的施工質量,做到均勻、無污染、無遺漏、無過量、無后期破壞。

          (3)關于混合料配合比優化及施工過程質量控制,以作者所在公司開展技術服務的項目為例,在設計上橋面鋪裝下面層與瀝青路面中面層采用相同的AC-20C瀝青混合料,該種混合料級配本身偏粗,容易出現離析,進而導致局部空隙率偏大,因此建議施工過程確保技術服務項目組提出以下改進建議的有效性:①橋面鋪裝瀝青混合料生產配合比采用建議的較路基段中面層偏細型礦料級配(增加2.36mm篩孔以下的通過率,礦粉用量增大0.5%左右),采用較路基段適當增加的油石比(增加0.1%~0.3%),以減小現場混合料空隙率,提高橋面鋪裝瀝青混合料的抗水損害能力;②攤鋪機出料斗兩側及前擋板底部設置效果良好的橡膠擋板;③減少收斗頻率或盡可能不收斗,收斗前安排工人將料斗兩側混合料清除,以減少離析;④安排專人及時挖除或補撒細料以消除離析。

          (4)確保橋面鋪裝瀝青混凝土層的攤鋪、碾壓質量,橋面瀝青混凝土鋪裝層施工前應確保水泥混凝土調平層干燥、無層間水存在。由于橋面上溫度散失較快,壓實時橋面震顫也將抵消部分壓實功效、降低壓實度,因此必須緊跟碾壓方可保證碾壓效果,同時在橋面鋪裝瀝青混凝土施工時應增加膠輪壓路機揉壓,以保證鋪裝層防水性能;另外,應控制攤鋪速度、碾壓速度及其組合工序,確保壓路機緊跟碾壓,以達到高溫碾壓的最佳壓實效果。

          (5)完善橋面排水設計,保證橋面自由水及鋪裝層間水的順暢排除。同時,還應加強橋面鋪裝防水設計,如在瀝青混凝土橋面鋪裝層與水泥混凝土防撞護欄之間增設防水設施,防止外來水通過防撞護欄與瀝青鋪裝層的間隙進入橋面鋪裝結構層。

          (6)應加強對水泥混凝土調平層的養生工作,保證橋面其他外露混凝土,如防撞護欄座的內外質量,防止護欄座碳化物質進入結構層。

          (7)若已鋪水泥混凝土調平層平整度不滿足要求,可考慮在水泥混凝土調平層上沿合成坡度方向刻槽,槽寬5cm,槽深1~2cm,預埋直徑2cm的半圓形PVC管,并采用環氧樹脂瀝青混凝土回填密實。


          橋面鋪裝泛堿病害處治措施

          對于既有瀝青混凝土橋面鋪裝泛堿病害,應根據橋面鋪裝泛堿病害程度,對應采取以下措施進行處治。


          (1)對于大面積連續(長度≥8m,寬度≥3m)的橋面鋪裝泛堿病害,首先銑刨橋面鋪裝泛堿的整段瀝青鋪裝層(以行車道寬度為單位),并根據銑刨后水泥混凝土調平層的質量,確定是否進一步處治水泥混凝土調平層;可采用鉆芯的方式確定水泥混凝土調平層的質量是否滿足要求(以表觀是否存在脫空、密實性和層間黏結性問題為主要判斷依據)。根據芯樣分析明確橋面鋪裝泛堿的原因,進而確定大面積橋面泛堿病害的處治方案。


          水泥混凝土調平層是否繼續銑刨處治依據以下原則:

          ①若水泥混凝土調平層質量滿足要求,需排除或吹干結構層間水,并處治SBS改性瀝青同步碎石封層后,重新攤鋪瀝青混凝土鋪裝層;

          ②若水泥混凝土調平層質量欠佳(如存在脫空、密實性不足、平整度欠佳或強度不足等),應對水泥混凝土調平層完全銑刨后重新鋪設,在確保結構層質量滿足要求且無結構層水的前提下,進行SBS改性瀝青同步碎石封層及瀝青混凝土鋪裝層的施工。

          (2)對于縱向帶狀的橋面泛堿病害,亦采用鉆芯的方式確定水泥混凝土調平層的質量是否滿足要求(以表觀是否存在脫空、密實性和層間黏結性問題為主要判斷依據)。若水泥混凝土調平層質量欠佳,應以車道寬度為單位完全銑刨后重新鋪設;若調平層質量良好,可采用刻槽和打孔方案。以依托項目為例具體如下:沿帶狀泛堿病害橋面鋪裝瀝青混凝土層進行縱向刻槽,槽寬5cm,槽深6~8cm(瀝青混凝土層的厚度6cm+水泥混凝土調平層0~2cm,刻槽底部應保證縱橫向坡度要求,以便層間水及時排出),同時依據設計圖紙,每隔5m沿縱橫合成坡度方向刻槽,將水引至橋面盲溝;另外,根據帶狀橋面泛堿病害的程度,若橋面鋪裝泛堿病害程度嚴重(局部面積大于40c㎡),在征求橋梁設計工程師意見并經其同意后,可考慮采用直徑2Cm的水鉆每隔5m打孔排水進行補救:


          ①若泛堿、泛水位置在梁板濕接縫處,可直接打孔;

          ②若泛堿、泛水位置在翼緣板處,應避開承重鋼筋進行打孔;

          ③若泛堿、泛水位置在箱梁頂板處,則依據設計圖紙以泄水孔和排氣孔的位置進行打孔,且應避開承重鋼筋。

          (3)對于點狀、片狀的橋面鋪裝泛堿現象,若水泥混凝土調平層質量良好,可采用刻槽和打孔方案。具體如下:

          ①若靠近橋面盲溝一側,則根據設計圖紙沿縱橫合成坡度方向,采用前述刻槽方案進行刻槽(若面積較小,刻槽間距可調整為3m),連接橋面盲溝,同時在遠離橋面盲溝的刻槽端部及刻槽中部,按照上述要求打孔;

          ②若遠離橋面盲溝,則根據設計圖紙沿縱橫合成坡度方向,采用上述刻槽方案在病害區域進行刻槽,另外在病害區域靠近橋面盲溝即橫坡方向的低標高處進行縱向刻槽,同時在刻槽相交部位,按照上述打孔方案進行打孔。


          對既有橋面鋪裝泛堿病害的上述處治建議,均應根據現場實際情況進行動態調整,刻槽和鉆孔后應待層間水排完后實施。具體步驟如下:首先,采用鼓風機對刻槽部位進行雜物和遺留水份的清理;其次,在刻槽部位預埋直徑2cm的半圓形PVC管,并采用環氧樹脂瀝青混凝土回填密實;再次,對橋面鋪裝泛堿、泛水區域,尤其是刻槽和打孔位置,采用“離析處治劑”或項目用黏層油涂刷;最后按照黏層和上面層施工要求進行鋪筑。


          結語


          瀝青混凝土橋面鋪裝泛堿是橋面鋪裝施工過程質量欠缺的表現形式,施工過程中將迅速發生,若不能徹底根治該種病害,橋面鋪裝在使用過程中將可能很快出現坑槽、松散等早期病害。本文從橋面鋪裝泛堿病害產生機理和原因分析出發,針對性提出了橋面鋪裝泛堿病害的預防及處治措施。結合作者所在公司開展的技術服務項目及國內調研的其他項目情況可知,上述預防及處治措施可有效消除及處治橋面鋪裝泛堿病害。因此,為確保我國高速公路橋面鋪裝的使用性能、延長其使用壽命,各參與方需要在高速公路瀝青混凝土橋面鋪裝設計及施工過程中協同考慮并有效落實上述防治措施。



          標簽:道路建設,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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