SBS改性瀝青防水涂料應(yīng)用
隨著高等道路在我國大規(guī)模興建,橋梁建設(shè)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,造型優(yōu)美而結(jié)構(gòu)新穎的大中型橋梁在我國各地不斷涌現(xiàn).瀝青混合料柔性橋面鋪裝因其具有水泥混凝土橋面所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)而在橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用.如果說橋梁結(jié)構(gòu)是橋梁的 “ 形體 ’, 那么橋面鋪裝可謂是橋梁的“臉面”了.然而,現(xiàn)實(shí)情況是橋梁技術(shù)發(fā)展的不平衡導(dǎo)致了橋梁建設(shè)中的“重形體,輕臉面的局面,至今尚無專門的而且行之有效的橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工規(guī)范.由于交通量及軸載的增大以及氣候因素的影響,瀝青路面橋面鋪裝層普遍出現(xiàn)了嚴(yán)重的早期病害,嚴(yán)重影響了橋梁的服務(wù)品質(zhì),造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失.對于一些重點(diǎn)工程或有重大影響的橋梁,其橋面早期損壞甚至影響了業(yè)主乃至的形象.因而,橋面鋪裝問題近年來在我國受到了各方面的普遍重視.本文在分析橋面鋪裝的受力特點(diǎn)及損壞成因的基礎(chǔ)上,提出了橋面鋪裝層材料與設(shè)計(jì)系統(tǒng).
1 瀝青混凝土橋面鋪裝層損壞類型
常見的損壞類型有如下幾種:
變形類即車轍、推擠、擁包、波浪和沉陷.
開裂類即橫縫、縱縫、網(wǎng)裂、推移裂縫.
松散類即坑槽、松散和剝落.
以上前三類損壞在瀝青路面上也常有發(fā)生,但是其程度卻要輕得多,其原因在于材料在路面中和橋面上的受力特點(diǎn)區(qū)別較大.
2 受力特點(diǎn)及損壞成因分析
2.1 不論是鋼橋還是水泥混凝土橋,瀝青混合料鋪裝層同橋梁結(jié)構(gòu)在材料性能上差異較大, 即一柔一剛,因此會(huì)導(dǎo) 致在外力作用下應(yīng)力與變形的不連續(xù).在剛度大得多的橋梁結(jié)構(gòu)上, 柔性鋪裝層必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,尤其是抗剪強(qiáng)度更為關(guān)鍵。此外,橋梁撓度大,震動(dòng)劇烈,溫度應(yīng)力顯著,有時(shí)還存在負(fù)彎矩,這些外力條件都比材料在面中所經(jīng)受的要嚴(yán)苛. 這就要求鋪面材料必須更柔韌耐久.
2.2橋面鋪裝層同路面結(jié)構(gòu)層在受力特征方面有明顯的差異, 因而對材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有 更高的要求。而習(xí)慣上通常把鋪裝層當(dāng)作普通路面結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)與施工,并沒有根據(jù)其受力特點(diǎn)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)與處理 , 造成設(shè)計(jì)不合理 , 從而誘發(fā)各種早期損壞 .
2.3橋面鋪裝層同路面結(jié)構(gòu)層在受力特征方面有明顯的差異,因而對材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有 更高的要求。而習(xí)慣上通常把鋪裝層當(dāng)作普通路面結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)與施工,并沒有根據(jù)其受力特點(diǎn)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)與處理,造成設(shè)計(jì)不合理,從而誘發(fā)各種早期損壞 .
2.4橋面結(jié)構(gòu)因形同“空中樓閣 ”而完全暴露于空氣中,直接受氣候條件的影響,因而 同 路面中材料相比,鋪裝層材料夏季溫度更高,冬季溫度更低，即相同的氣候條件對鋪面材料的影響更為苛刻.所以,這就對材料的溫度敏感性提出了更高的要求,即高溫不軟化,低溫不脆硬,而這一相互矛盾的要求,普通瀝青往往難當(dāng)此任.
2.5水是瀝青鋪裝層損壞的主要誘因之一,由于瀝青的粘附性差,空隙率過大或鋪裝層開裂 導(dǎo)致水分滲人而產(chǎn)生損壞,如松散,坑槽等,使鋪裝層失去強(qiáng)度和防水能力。如果橋梁及鋪裝層排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),滲人的水分無法及時(shí)排出,整個(gè)鋪裝層就象置于一個(gè)大型水浴之中, 加劇了鋪裝層的損壞.如果防水層被破壞.滲水將直接腐蝕橋體,從而危及橋梁的安全.因此完善的橋面鋪裝系統(tǒng)及防水鋪裝層是確保鋪面服務(wù)性能的關(guān)鍵措施 .
2.6車輛超載現(xiàn)象比較突出,有的車輛軸載高達(dá)20 ~ 30噸,而路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為10噸.力學(xué)分析和實(shí)際情況都證明超重車是鋪面材料的`殺手’,它比對瀝青路面材料的破壞更大 , 這是由于鋪裝結(jié)構(gòu)層的受力特點(diǎn)所決定的.因此一般來說,一方面應(yīng)嚴(yán)格限制大型超重車上橋,另一方面要提高鋪裝層材料等級(jí)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).
綜上所述,橋面鋪裝層材料的受力條件比普通路面材料嚴(yán)苛得多,因而對材料有更高的要求. 造成橋面早期破壞的原因是多方面的、綜合的,涉及到設(shè)計(jì)、施工、材料、氣候及交通條件的諸多方面.針對橋面鋪裝層的特點(diǎn),除了應(yīng)建立專門的有別于普通路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)程外,尤其要注意鋪面材料、粘結(jié)層及防水層材料的選擇與設(shè)計(jì),所用的材料必須同時(shí)具有很高的高溫抗變形能力,低溫抗開裂能力,又要抗疲勞、抗老化、抗水損壞,并保持與橋面很好的粘結(jié)性及變形適應(yīng)性.上述苛刻要求,普通瀝青及普通瀝青混合料是很難勝任的.然而, 令人鼓舞的是近期的研究表明,SBS改性瀝青及SMA瀝青瑪蹄脂碎石因其工程性能全方位的改善而顯示出了在橋面鋪裝方面很好的應(yīng)用前景.
SBS改性瀝青全方位地改善瀝青的路用性能 , 即高溫、常溫、低溫、水穩(wěn)定性和抗老化性能。其突出的彈性與韌性使得這種材料尤其適宜于橋面鋪裝層.改性瀝青在我國研究與應(yīng)用 的歷史雖然不長,但S B S改性瀝青被普遍認(rèn)為*適于中國道路的交通與氣候條件.S B S改性瀝青的優(yōu)良性能歸功于S B S 在瀝青介質(zhì)中所發(fā)生的一系列物理變化。當(dāng)幾個(gè)苯乙烯( )S 分子靠范德華力吸引在一起時(shí),便形成聚苯乙烯“節(jié)點(diǎn)”,“節(jié)點(diǎn)”之間由類似彈簧的聚丁 二烯 ( )B“鏈’聯(lián)接而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).這種剛性“節(jié)點(diǎn)”與柔性“鏈”使得改性瀝青具有了剛?cè)岵?jì)的特性.在瀝青加人S B S 改性劑,*突出的特點(diǎn)是瀝青的粘度增加.因此, 為了達(dá)到同普通瀝青相同的操作和易性,須將相應(yīng)的操作溫度較普通瀝青提高20 ℃左右, 即泵送溫度高于130℃,拌和溫度165一185℃ ,攤鋪與壓實(shí)溫度盡可能高些,并切忌將改性瀝青加熱到190℃以上,以防止S B S焦化而影響改性瀝青的品質(zhì).試驗(yàn)表明,當(dāng) S B S 含量為4 % 以上時(shí),改性瀝青的抗車轍能力提高10倍以上,抗疲勞壽命延長3一5倍,抗開裂、老化、水損害及愈合能力也都有明顯改善,詳見有關(guān)資料。
粘結(jié)層與防水層S B S改性瀝青具有很高的粘韌性及防水效果,因此,在橋面上噴灑S B S改性瀝青膜可以既作粘結(jié)層又作防水層.室內(nèi)模擬抗剪試驗(yàn)表明,當(dāng)改性瀝青噴灑量低于0 . 6 k g / m Z 時(shí),難以形成粘結(jié)層而表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度隨噴灑量的增加而提高較慢;當(dāng)噴灑量為.0 6 一 1 . 6k g / m Z范圍內(nèi)時(shí),抗剪強(qiáng)度隨瀝青用量的增大而顯著提高,說明此時(shí)已形成厚度合理的粘膜;噴灑量如再提高,則抗剪強(qiáng)度增加緩慢甚至降低,說明瀝青膜過厚,起潤滑層作用.以上試驗(yàn)中抗剪強(qiáng)度隨改性瀝青噴灑量而變化的“三部曲”規(guī)律,對于工程實(shí) 際有十分珍貴的參考價(jià)值.結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式、交通與氣候條件、鋪裝層的設(shè)計(jì)以及國內(nèi)外成功的工程實(shí)例,建議粘層防水層改性瀝青的用量為1.0一1.6kg/m Z ,sBs含量為5一6 %, 60℃粘度應(yīng)高于4OOPa.s,彈性恢復(fù)高于80% .為有利于同橋面板的粘結(jié),在噴灑粘層防水層 之前必須對橋面板進(jìn)行徹底清掃,清除松動(dòng)的材料,并均勻噴灑少量乳化瀝青或稀釋瀝青, 嚴(yán)格控制用量不大于o.3kg/m2.由于改性瀝青粘度很高,所以必須高溫噴灑,建議噴灑溫度 180一185℃.在噴灑完的表面,建議鋪撤一層瓜米石( 0.5一o.scm粒徑)以保護(hù)其防水功能不被鋪裝層石料或施工機(jī)械損壞.
4 4 排水設(shè)計(jì)橋面排水是一系統(tǒng)工程,排水系統(tǒng)不僅要縱向或橫向及時(shí)排走鋪裝層表面的水, 更要設(shè)置密水鋪裝層和防水層防止水份進(jìn)人鋪裝層和橋梁結(jié)構(gòu),同時(shí)還要特別注意排走進(jìn)人鋪裝層內(nèi)的水,只有這樣層層設(shè)防,才能確保橋梁結(jié)構(gòu)免受水害,延長其使用壽命.而大量調(diào) 查發(fā)現(xiàn),滲人鋪裝層內(nèi)的水無法排走是加劇橋面及橋梁結(jié)構(gòu)水損害的主要原因.因此,在進(jìn)行橋面鋪裝設(shè)計(jì)時(shí),必須在橫向或縱向設(shè)置鋪裝層內(nèi)部排水設(shè)施。
結(jié)語SMA
5 1橋面鋪裝層的受力比普通路面層的受力更為復(fù)雜,對溫度與荷載更為敏感,因此,對材料的高溫、低溫、抗疲勞、粘韌性等方面有更嚴(yán)格的要求,傳統(tǒng)的橋面鋪裝設(shè)計(jì)沒有考慮上述差異,巫待修正
5 2 BSS改性瀝青及SA瀝青瑪蹄脂碎石能全面改善瀝青及瀝青混合料的路用性能.M,建議為橋面鋪裝層的材料. .
5 3 粘結(jié)層與防水層在橋面鋪裝中起著“承上啟下’的作用,是影響鋪裝層質(zhì)量的另 一關(guān) 鍵因素,而 S B S 改性瀝青膜可以起到粘層與防水層的雙重作用,值得推廣.
5 4 完善的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及精心的施工,也是確保鋪裝層使用壽命的關(guān)鍵因素.