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沥青混凝土桥面铺装泛碱机理及防治措施研究,沥青网,sinoasphalt.com
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沥青混凝土桥面铺装泛碱机理及防治措施研究
2020年11月18日    阅读量:12033    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

摘 要

针对我国高速公路沥青混凝土桥面铺装普遍发生的泛碱病害,通过化验分析及现场实测等手段分析了病害产生的机理及原因,同时简要分析了桥面铺装泛碱病害的危害,进而从桥面铺装泛碱病害可能发生的原因层面提出相应的预防措施,并针对已经存在桥面铺装泛碱病害的项目提出对应的处治建议。通过文中的相关分析以期引起我国高速公路桥面铺装建设单位的高度重视,并积极采取切实可行的措施进行防治。


关键词

沥青混凝土 | 桥面铺装 | 泛碱病害 | 化验分析 | 防治措施


目前,我国高等级公路桥面应用较为广泛的铺装结构仍然是水泥混凝土调平层上摊铺沥青混凝土的结构沥青网sinoasphalt.com。尽管这种结构形式在保证铺装层整体强度的同时又可以提高行车的舒适性,但是在实际应用过程中发现,沥青混凝土桥面铺装完成后,在降雨等外来水的作用下,经过一段时间的反复作用,沥青混凝土铺装层表面呈现黄、白斑点,并逐步发展成不规则片状,有时局部伴随有水迹的渗出现象。这种病害称为“桥面泛碱”(如图1所示),近距离观测主要为溢出性液体残留物或风干后水垢、杂质等污渍附着于路表,可冲洗干净(如图2所示)。

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沥青混凝土桥面铺装泛碱是桥面早期水损害的典型表现,通过对作者所在公司开展技术服务的项目及调研的国内其他项目进行情况分析研究可知,桥面铺装泛碱通常属于水泥混凝土调平层及沥青混凝土铺装层原材料选用、路面结构设计和施工质量控制等综合作用产生的质量通病。该种病害的存在会使得沥青混凝土桥面铺装的稳定性及各层黏结性受到削弱,特别是在车辆荷载和冻融循环等自然环境因素的综合作用下,将直接影响桥面铺装的整体使用性能及寿命。

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桥面铺装泛碱机理及原因分析

桥面铺装泛碱析出物化验分析

为彻底防止或消除桥面铺装泛碱病害的产生及发展,需分析桥面铺装泛碱病害产生的具体原因后制定针对性预防或处治措施。本文采用甲基橙、酚酞和PH值试纸,针对桥面铺装泛碱析出物,进行化学性质分析。对于已经风干的析出物按照物质化学性质检验方法采用蒸馏水稀释后测定。对于选定的监测点,甲基橙反应不明显,酚酞试剂显示为紫红色,PH值试纸显示在10~12附近。从酸碱性检测结果可知,桥面铺装析出物为碱性(如图3所示)。


为进一步确定桥面泛碱部位析出的碱性物质种类,对提取的析出物进行电镜扫描(如图4所示)和能谱分析,最终确定桥面铺装泛碱析出物的主要成份为碳酸钙和硅酸盐等物质。


桥面铺装泛碱机理分析

为了确定桥面铺装泛碱处结构层内部是否存在遗留水,通过对桥面铺装泛碱病害处进行钻芯取样,观察芯孔处是否有聚水现象。为消除钻芯取样机械用水的影响,钻芯取样后将芯孔中的积水采用海绵、毛巾等吸水材料吸干并将芯孔内部擦拭干净。静置一段时间(试验项目以3min计)后芯孔底部有大量水份析出,5min时析出的聚水更加明显(如图5所示)。通过比对钻芯取样机械用水和芯孔析出水的质量可知,桥面铺装泛碱处路面结构层内部明显存在遗留水。另外结合毛细水作用可推断,桥面铺装泛碱病害处水泥混凝土调平层可能是低洼地带。

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另外,结合依托工程现场调研情况可知,部分桥面水泥混凝土调平层因钢筋网片标高不均匀或调平层与下承层间存在杂质导致结构层层间接触不良等原因,致使水泥混凝土调平层存在脱空现象(如图6所示)。这种情况下若结构层间存在遗留水,也会导致沥青混凝土铺装产生泛碱病害,而且严重时会导致沥青混凝土铺装摊铺过程因结构层遗留水蒸发体积膨胀而出现结构层“鼓起”现象。


通过以上分析可知,导致桥面铺装泛碱现象形成的介质是水,主要来自于桥面铺装完成后的外部来水和结构层内部遗留水。外部水如雨水、路面清洁用水、施工用水的溢漏等,沿桥面沥青混凝土孔隙或裂缝渗透进入桥面铺装层之间,透入深度视桥面铺装层结构、沥青选材、压实工艺不同而变化。结构层内部遗留水份主要为桥面沥青混凝土铺装层施工前水泥混凝土桥面整平层结构层内部或表面遗留的水份。外部渗透水或结构层内部遗留水在外部车辆荷载、轮胎真空吸力作用下,携带碳酸钙或硅酸盐等物质运动到路表,经蒸发风干后形成我们所常见的表面黄白斑点。水分蒸发后,其携带或溶解的盐碱类矿物质结晶或发生化学反应后附着于桥面沥青混凝土铺装层表面,形成泛碱现象。


桥面铺装泛碱原因分析

针对作者所在公司开展技术服务的项目以及国内其他调研的在建项目,通过试验检测及理论分析等方法可知,沥青混凝土桥面铺装泛碱的原因主要有以下几个方面:


(1)桥面水泥混凝土调平层平整度差,影响局部沥青混凝土压实而造成透水,在沥青铺装层透水情况下,不平整处又容易局部积水;

(2)桥面水泥混凝土调平层脱空且遗留内部水,影响局部沥青混凝土的压实而造成透水,同样脱空处也容易局部积水;

(3)桥面铺装防、排水措施不到位,桥面自由水沿护栏边缘或泄水口渗入结构层,或者排水盲沟不能有效将结构层内部水及时排出;

(4)因桥面沥青混凝土比较薄、水泥混凝土桥面整平层早期强度不足,在重车轮胎搓碾作用下均可能造成桥面开裂渗水,进而泛碱;

(5)桥面铺装沥青混凝土配合比偏粗,且施工过程中桥面铺装沥青混凝土的密实度降低(压实功率降低或振动频率降低;即使压实功及振动频率不变,由于桥面梁板整体弹性变形性能,压实时桥面震颤会抵消部分压实功效,降低压实度),或由于沥青混凝土局部离析、低温碾压等情况,造成局部孔隙率增大、增加透水可能性,形成路面渗水。


桥面铺装泛碱病害预防措施

桥面铺装渗水且不能及时排除是泛碱现象的关键和根本原因。虽然通过采用低碱水泥,控制水泥混凝土的碱集料反应,可有效改善和避免沥青混凝土桥面铺装的泛碱现象,但防渗和排水才是根除此病害进而保证桥面铺装质量的有效途径。因此,建议采用以下措施进行防治。


(1)切实保证水泥混凝土桥面整平层表面强度、平整度、横坡度,确保横坡顺畅、水份能迅速排离至碎石盲沟。

(2)应确保水泥混凝土调平层表面浮浆抛丸处治有效到位,以保证沥青铺装层与水泥混凝土层之间的黏结、防水,并提高层间抗剪强度等;若局部平整度过差,出现鼓起等现象时,应采用铣刨机将其铣刨平整,确保水泥混凝土调平层整体的平整度及横坡顺畅;另外,封层施工时应严格按照技术指南的要求进行,确保桥面铺装SBS改性沥青封层的施工质量,做到均匀、无污染、无遗漏、无过量、无后期破坏。

(3)关于混合料配合比优化及施工过程质量控制,以作者所在公司开展技术服务的项目为例,在设计上桥面铺装下面层与沥青路面中面层采用相同的AC-20C沥青混合料,该种混合料级配本身偏粗,容易出现离析,进而导致局部空隙率偏大,因此建议施工过程确保技术服务项目组提出以下改进建议的有效性:①桥面铺装沥青混合料生产配合比采用建议的较路基段中面层偏细型矿料级配(增加2.36mm筛孔以下的通过率,矿粉用量增大0.5%左右),采用较路基段适当增加的油石比(增加0.1%~0.3%),以减小现场混合料空隙率,提高桥面铺装沥青混合料的抗水损害能力;②摊铺机出料斗两侧及前挡板底部设置效果良好的橡胶挡板;③减少收斗频率或尽可能不收斗,收斗前安排工人将料斗两侧混合料清除,以减少离析;④安排专人及时挖除或补撒细料以消除离析。

(4)确保桥面铺装沥青混凝土层的摊铺、碾压质量,桥面沥青混凝土铺装层施工前应确保水泥混凝土调平层干燥、无层间水存在。由于桥面上温度散失较快,压实时桥面震颤也将抵消部分压实功效、降低压实度,因此必须紧跟碾压方可保证碾压效果,同时在桥面铺装沥青混凝土施工时应增加胶轮压路机揉压,以保证铺装层防水性能;另外,应控制摊铺速度、碾压速度及其组合工序,确保压路机紧跟碾压,以达到高温碾压的最佳压实效果。

(5)完善桥面排水设计,保证桥面自由水及铺装层间水的顺畅排除。同时,还应加强桥面铺装防水设计,如在沥青混凝土桥面铺装层与水泥混凝土防撞护栏之间增设防水设施,防止外来水通过防撞护栏与沥青铺装层的间隙进入桥面铺装结构层。

(6)应加强对水泥混凝土调平层的养生工作,保证桥面其他外露混凝土,如防撞护栏座的内外质量,防止护栏座碳化物质进入结构层。

(7)若已铺水泥混凝土调平层平整度不满足要求,可考虑在水泥混凝土调平层上沿合成坡度方向刻槽,槽宽5cm,槽深1~2cm,预埋直径2cm的半圆形PVC管,并采用环氧树脂沥青混凝土回填密实。


桥面铺装泛碱病害处治措施

对于既有沥青混凝土桥面铺装泛碱病害,应根据桥面铺装泛碱病害程度,对应采取以下措施进行处治。


(1)对于大面积连续(长度≥8m,宽度≥3m)的桥面铺装泛碱病害,首先铣刨桥面铺装泛碱的整段沥青铺装层(以行车道宽度为单位),并根据铣刨后水泥混凝土调平层的质量,确定是否进一步处治水泥混凝土调平层;可采用钻芯的方式确定水泥混凝土调平层的质量是否满足要求(以表观是否存在脱空、密实性和层间黏结性问题为主要判断依据)。根据芯样分析明确桥面铺装泛碱的原因,进而确定大面积桥面泛碱病害的处治方案。


水泥混凝土调平层是否继续铣刨处治依据以下原则:

①若水泥混凝土调平层质量满足要求,需排除或吹干结构层间水,并处治SBS改性沥青同步碎石封层后,重新摊铺沥青混凝土铺装层;

②若水泥混凝土调平层质量欠佳(如存在脱空、密实性不足、平整度欠佳或强度不足等),应对水泥混凝土调平层完全铣刨后重新铺设,在确保结构层质量满足要求且无结构层水的前提下,进行SBS改性沥青同步碎石封层及沥青混凝土铺装层的施工。

(2)对于纵向带状的桥面泛碱病害,亦采用钻芯的方式确定水泥混凝土调平层的质量是否满足要求(以表观是否存在脱空、密实性和层间黏结性问题为主要判断依据)。若水泥混凝土调平层质量欠佳,应以车道宽度为单位完全铣刨后重新铺设;若调平层质量良好,可采用刻槽和打孔方案。以依托项目为例具体如下:沿带状泛碱病害桥面铺装沥青混凝土层进行纵向刻槽,槽宽5cm,槽深6~8cm(沥青混凝土层的厚度6cm+水泥混凝土调平层0~2cm,刻槽底部应保证纵横向坡度要求,以便层间水及时排出),同时依据设计图纸,每隔5m沿纵横合成坡度方向刻槽,将水引至桥面盲沟;另外,根据带状桥面泛碱病害的程度,若桥面铺装泛碱病害程度严重(局部面积大于40c㎡),在征求桥梁设计工程师意见并经其同意后,可考虑采用直径2Cm的水钻每隔5m打孔排水进行补救:


①若泛碱、泛水位置在梁板湿接缝处,可直接打孔;

②若泛碱、泛水位置在翼缘板处,应避开承重钢筋进行打孔;

③若泛碱、泛水位置在箱梁顶板处,则依据设计图纸以泄水孔和排气孔的位置进行打孔,且应避开承重钢筋。

(3)对于点状、片状的桥面铺装泛碱现象,若水泥混凝土调平层质量良好,可采用刻槽和打孔方案。具体如下:

①若靠近桥面盲沟一侧,则根据设计图纸沿纵横合成坡度方向,采用前述刻槽方案进行刻槽(若面积较小,刻槽间距可调整为3m),连接桥面盲沟,同时在远离桥面盲沟的刻槽端部及刻槽中部,按照上述要求打孔;

②若远离桥面盲沟,则根据设计图纸沿纵横合成坡度方向,采用上述刻槽方案在病害区域进行刻槽,另外在病害区域靠近桥面盲沟即横坡方向的低标高处进行纵向刻槽,同时在刻槽相交部位,按照上述打孔方案进行打孔。


对既有桥面铺装泛碱病害的上述处治建议,均应根据现场实际情况进行动态调整,刻槽和钻孔后应待层间水排完后实施。具体步骤如下:首先,采用鼓风机对刻槽部位进行杂物和遗留水份的清理;其次,在刻槽部位预埋直径2cm的半圆形PVC管,并采用环氧树脂沥青混凝土回填密实;再次,对桥面铺装泛碱、泛水区域,尤其是刻槽和打孔位置,采用“离析处治剂”或项目用黏层油涂刷;最后按照黏层和上面层施工要求进行铺筑。


结语


沥青混凝土桥面铺装泛碱是桥面铺装施工过程质量欠缺的表现形式,施工过程中将迅速发生,若不能彻底根治该种病害,桥面铺装在使用过程中将可能很快出现坑槽、松散等早期病害。本文从桥面铺装泛碱病害产生机理和原因分析出发,针对性提出了桥面铺装泛碱病害的预防及处治措施。结合作者所在公司开展的技术服务项目及国内调研的其他项目情况可知,上述预防及处治措施可有效消除及处治桥面铺装泛碱病害。因此,为确保我国高速公路桥面铺装的使用性能、延长其使用寿命,各参与方需要在高速公路沥青混凝土桥面铺装设计及施工过程中协同考虑并有效落实上述防治措施。



标签:道路建设施工案例技术中心沥青混凝土
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