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                高寒地区聚酯纤维沥青混凝土桥面铺装施工工法

                一、前言:

                桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层,所以应具有足够的强度和良好的整体性,及抗裂、抗冲击、耐磨性能。特别是东北高寒地区桥面铺装的早期破损、开裂、坑槽、防水层与面层和桥面粘结强〒度不足而产生推移等病害,已成为影响大跨径桥梁使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。而使用掺入博尼维聚酯纤维加强改性沥青混∞凝土,通过纤维与周围基体(沥青以及沥青@ 胶浆)、纤维与纤维之间存在着复杂的相互作用,不但对沥青具有改性的效果,同时还会显著的影响沥青混合料的韧性和破坏过∏程,即具有改性、加筋和桥联作用,显著的提高沥青混凝土的抗车辙能力和抗低温裂缝能力,延缓疲劳寿命。松花江四方台斜拉桥桥面铺装采用此项工◆法技术,效果显著。此法解决了东北高寒地区大跨径桥梁桥面铺装存在的诸多技术难题。经过4年多的通车运营,全桥1268米无一处裂缝、脱皮现象。2006年12月份该桥被评为2006年度国家建筑工程“鲁班奖”(国家优质工程)。

                二、工法特点

                四方台大桥桥面铺装中,相比传统施工方法仅增加刨机处理桥面水泥混凝土表层浮浆,加铺25px改性沥青砂,在沥青混合料中填加博尼维纤维,采用本项技术可以在工期、技术、安全、造价等方面取得良好效益,主要特点有:

                1、应用本法施工,虽增加铣刨等工序,但在机械作业下,工程完成时间相差不多。

                2、桥面铺装铺装混凝土采用 AC-16K型博尼维聚酯纤维加强改性沥青混凝土,施工前首先对桥面用大型铣刨机铣刨,加铺25px厚沥青砂,碾压,形成防水层,摊铺掺入博尼维聚酯纤维的改性沥青混凝土。

                3、集料在充分拌合加入纤维后,为了使纤维均匀分散的▃吸附在集料表面,干拌时间延长45S,集料加热温度在195℃以上,喷入进行湿拌的沥青温度应在165~175℃,混合料总拌合时间不小于60S,出料温度不低于175℃。碾压时必须较传统工艺施工多碾压3~4遍。

                4、质量显著提升。经过调查,传统工艺施工的沥青混凝土桥面铺装在使用三年以上时均出现不同程度的破损。而通过此法施工的松花江四方台斜拉桥在经过4年多的使用后,经过调查发现无任何破损现象,甚至未出现任何横、纵裂缝,施工质量经得起时间的考验。

                三、适用范围

                该项技术使铺装层具有较好的高温稳定性、低温抗裂性、疲劳耐久ξ 性和水稳定性能,适用于大跨径及行车承载要求较高桥梁的桥面铺装,特别是高寒地区大跨径桥梁桥面铺装更为适用。

                四、工艺原理

                   施工前首先对桥面用大型铣刨机铣刨,形成凹凸面,使沥青混凝土桥面和原有混凝土有机结合,增加其整体性。其次加铺25px厚沥青砂,碾压,形成防水层。最后摊铺掺入博尼维聚酯纤维的改性沥青混凝土,提高桥面铺装层本身的抗拉、抗折,特别是冬季的抗折性。

                五、施工工艺流程及操作特点

                1、施工准备

                对施工桥面精确放样,对施工现场进行合理规划,检修施工所需机械,储备所需材料,制定出一套合理施工施工组织方案,确保施工顺利进行。

                2、工艺流程



                          3、操作要点

                1)首先对桥面水泥混凝土表面凹陷部分用环氧砂浆补平,然后用大型铣刨机对水泥混凝土桥面顶面进行铣刨,厚度为5mm;在实施过程中确保铣刨厚度不得超过5mm。钢横梁顶面湿接缝处混凝土须认真铣刨,确保该处平整、光洁,以利于碳纤维布的粘接。

                2)反复采用空压机、高压吸尘机、水枪冲洗等方法,去除表面浮浆、浮皮、油渍污染等,确保混凝土表面清洁,待干燥后方可进行下一道工序。

                3)混凝土板横向接缝设置碳纤维布,防止桥面反射裂缝的发生。

                4)底层处理

                ①以砂轮机或磨光机将混凝土表面劣化层(风化、游离石灰、脱模剂、剥离之砂浆、粉刷层、污染等)除去。

                ②研磨完以毛刷或高压气枪将粉尘及松动物质去除,并确保其表面干燥、表面平整无灰尘。

                ③若补强施工部位具有锐利隅角,须将其磨成半径50px以上的圆弧导角,以免围束时造成应∞力集中而降低补强效果。

                ④若补强施工位置是属于凹角部位时,须使用环氧树酯砂浆修整(补土工作),以利贴片。

                ⒌)裂缝注入

                ①若裂缝宽度大于5mm则用水泥砂浆填入后抹平结构物表面。

                ②无法以水泥砂浆填注处,可用封塞剂先将裂缝处堵住,再以低酯树酯注入法将灌注用树酯注入裂缝处中,待确认注入后将多余的封塞剂和凸出物除去,使表面平坦化。

                6)底漆

                ①混凝土表♀面结露或有水处不得施工,湿气太高将导致树酯与水气产生作用而干扰胶化过程。若迫于工期或其他因素必须施工时,则施工现场须有保温和除湿设备。

                ②将底漆按规定的配合比置于搅拌槽中用低速电动搅拌机充分搅拌均匀。

                ③施工面以滚筒毛刷均匀涂底漆,涂布第二道时必须等第一道漆初干。

                ④底漆初干时间为3~12小时。

                7)表面不平整的再修整

                本工作为贴片工程前之再修正工作,即较小区域凹洞之补土工作。

                8)贴碳纤维

                ①涂布浸渍树酯前必须先确认底漆状况为指触干燥状态(不粘手)。

                ②将纤维贴片预先按照所设计尺寸裁好。

                ③将浸渍树酯按规定的配合比置于搅拌槽中以低速电动搅拌机充分搅拌均匀。

                ④施工面以滚筒毛刷均匀布浸渍树酯,其使用量随混凝土表面状况不同而斟酌使用。

                ⑤将纤维贴片平顺的贴合在含浸树酯的涂面上,并以刮刀沿纤维方向用力刮平以除去气泡。

                ⑥用有凹槽型式的塑料滚轮沿着纤维方向来回滚压以充分含浸树酯和除去气泡。

                ⑦在已经贴好的纤维贴片上,再度以含浸树酯的滚筒毛刷将树酯均匀涂布,务必使树酯含浸完全。纤维贴片贴覆30分钟后才可进行上层树酯涂抹。

                ⑧须粘贴二层碳纤维时,以相隔一天的效果最好,若迫于工期,则至少要间隔一小时以上。冬季施工以一日一层施工,品质最好。

                ⑨在最后一层碳纤维布的表面均匀涂浸树酯。

                ⑩纤维贴片搭接时,纤维方向交接处搭接长度须大于250px。

                ⑾施工中若发生结露现象,须擦干和保持干燥才可施工。

                9)撒机制砂(此步骤不可少)

                在15℃条件下,在碳纤维表面涂浸AECR树酯8小时后,撒布3.0kg/m2机制砂,粒径为2.36mm,采用轻型机械压实,使机制砂均匀分布于浸渍树酯中,待树酯完全固化后,用空气机除去浮砂。

                10)在机制砂表面撒布5%SBS改性沥青,用量为1.3kg/m2,机械摊铺25px厚沥青砂,碾压,形成防水层。

                11)沥青混凝土面层铺装

                沥青砂顶面撒布5%SBS改性沥青,用量为1.3kg/m2,摊铺下面层。

                ①下面层采用112.5px AC16K 4.5%SBS改性沥青混凝土,上面层采用100pxAC16K 4.5%SBS改性沥青混凝土;上、下面层间喷粘层油,用量为1.3kg/m2

                ②为提高沥青混合料的抗拉、抗剪强度及高温抗车辙性能,增强桥面铺装抗裂性和水稳定性能,在上、下面层沥青混凝土中填加博尼维聚酯纤维,掺入量质量比为0.3%。

                为了验证采取博尼维聚酯纤维沥青混合料进行桥面铺装的理论可行性,进行了如下性◆能检验:

                ①马歇尔力学性能检验

                ②车辙试验

                ③水稳定性试验:浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验。

                ④低温抗裂性检验

                由于四方台斜拉桥地处我国寒区,自然区划为Ⅱ2区。为了更好地反映两种沥青混合料低温性能,特从襞裂试验、小梁弯曲试验、线收缩系数试验方面做︾综合评价。

                ⑤襞裂疲劳试验

                   通过如上实验证明:加入博尼维纤维后沥青混合料的稳定度、流值、动稳定度等较改性沥青混合料有所增大,混合料韧性提高,高温稳定性有显著改善,抗推移能力增加,但最佳沥青用量较比不加博尼维的沥青混合料提高0.4%,这是由于纤维的加筋吸附作用。在相同压力下,密度有所降低,这是由于博尼维纤维质量轻而造成的。浸水马歇尔试验和冻融襞裂试验结果表明,加入博尼维纤维后沥青混合料有较好的抗冻和抗水损害性能。在改性沥青混合料中加入博尼维纤维后,进█行马歇尔试件襞裂试验,得到不同温度条件的破坏强度、破坏应变指标;进行小梁弯曲试验,得到不同温度条件的抗弯拉强度、抗弯拉应变指标,两种试验结果都比改性沥青混合料在相同条件下的指标有所提高。线收缩系数减小,说明加入博尼维纤维的沥青混合料抗弯拉强度增大,低温柔韧性增加,低温抗裂有很大改善。在相同应力比条件下,加入博尼维纤维会使沥青混合料劲度模量增加,大大改善沥青混合料抗疲劳耐久性,从而提高沥青混合料桥面的使用寿命。

                12) 博尼维聚酯纤维混合料的施工

                博尼维聚酯纤维沥青混合料施工工艺过程和改性沥青混凝料基本相近,但在施工中应注意以下方面:

                ①集料在充分拌合加入纤维后,为了使纤维均匀分散的吸附在集料表面,干拌时间延长45S,集料加热温度在195℃以上,喷入进行湿拌的沥青温度应在165~175℃,混合料总拌合时间不小于60S,出料温度不低于175℃。

                ②博尼维聚酯纤维有一定弹性,当碾压温度降到一定值时,博尼维聚酯纤维沥青混合料出现反弹而很难压实。依据经∴验得出碾压时初温度应控制在165℃以上,终压温度不低于130℃。

                ③碾压时必须较传统工艺施工多碾压3~4遍,压实度才能过到98%以上。

                六、材料¤与设备

                1、主要材料

                太平洋110#加4.5%SBS改性剂的改性沥青、各种集、矿料、博尼维聚酯纤维等。

                2、主要机械设备

                七、质量控制

                1、博尼维聚酯纤维

                2、桥面铺装层施工阶段的质量检查标准

                3、混合料干拌时间严格按规定执行。

                4、博尼维聚酯纤维的加入要严格√按规定比例加入。

                5、沥青混合料的出厂温度及终压温度必须严格控制。

                6、沥青混合料碾压要严格按规定次数,否则达不到规定的压实度。

                7、施工时严格按规范执行。

                八、安全控制

                1、项目部应成立安全领导小组,并设专职安全员全程进行监护。

                2、应遵照中华人民共和国行业标准现行的《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95)的要求执行。

                3、应遵照国家颁发的有关安全技术规程和安全操作规程办理。

                4、对参与沥青混合料施工的人员应穿戴劳动保护用品,防止烫伤,夏季高温季节施工应采取防暑降温措施。

                5、对从事沥青试验检测人员除做好通常的沥青作■业防护以外,还得做好三氯乙烯等有害气体的防护并发放一定的补贴。

                6、拌和场的燃油罐与导热油热载体炉有足够的距离,应经常检查导热油,防止泄露入沥青储存罐中而引发火灾,并设置醒目的“小心烫伤”、“禁止烟火”的明显标志,配备一定数量的消防器材,应采取有效的防爆、防毒措施。

                7、凡对沥青敏感的施工人员禁止从事沥青混凝土的施工作业。

                8、施工现场应设立安全警示牌,路口处、运输车辆转弯处标牌正确、醒目。

                九、环保措施

                1、选择SBS沥青混合料拌和场地时,应远离居民区及村庄,无法避开居民区或村庄时应选在主风向下方。

                2、施工便道定期维护定期洒水,杜绝扬尘。

                3、拌和场内废弃的粉尘和SBS沥青混合料存放在指定地点,粉尘可采用经常洒水及覆盖等措施,防止扬尘。

                4、现场存放的油料必须对库房进行防渗处理,对废油、废料要采取隔离措施,防止污染地下水。

                5、拌和楼的矿粉和发电机等设备的噪音,应符合当地环保部门◎的要求,不符合者应采取有效措施。

                十、效益分析

                本工艺施工造价仅比同等厚度的传统工艺方法施工增加6%造价,即主要增加了博尼维纤维的造价,但可以相应的减薄其面层厚度,以及可以延长使用寿命1~2倍,使其经济性充分得到提高。虽增加铣刨等工序,但在机械作业下,施工时间相差不多,而且工程质量显著@提高,使用寿命大大延长,早期破损出现时间大大推迟,通过调查发现东北高寒地区如 “沈山高速公路”通车2年, “哈同公路一期工程”、“绥满公路”在3年内,大部分桥梁的沥青混凝土铺装层出现了不同程度的坑槽、裂缝等现象。而松花江四方台斜拉桥应用此法施工在经过4年多的使用后,全桥无任何破损现象,未出现任何横、纵裂缝,施工质量经得起时间的考验。因此证明此法无论在工程质量上,还是在经济效益、社会效益上都取得了非常显著的效果。

                十一、应用实例

                松花江四方台斜拉面铺装中采用了掺入博尼维纤维加强改性沥青混凝土铺装施工工艺,于2004年8月开工,2004年10月1日投入使用。下面层采用112.5pxAC16 SBS改性沥青混凝土,上面层采用100pxAC16SBS改性沥青混凝土,上下面层间喷洒粘层油≡。为提高沥青混合料的抗拉、抗剪以及高温抗车辙性〇,增强桥面抗裂性,在上、下层沥青混凝土中填加聚酯纤维。通过该法施工中的桥面,通车4年后全桥1257米沥青铺装层无任何轻微坑槽,横向、纵向无任何裂缝。该桥面施工的实践证明,在SBS沥青混合料中填加一定比例的聚酯纤维,能大提高沥青混凝土的抗拉、抗剪以及高温抗车辙性,增强桥面抗裂性,延长桥面的使用寿命,该法施工特别适用于中国北方高寒地区的桥面铺装,具有一定的推广意义。


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