CN108824120A - 一种混凝土桥面铺装结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土桥面铺装结构,其特征在于所述混凝土桥面铺装结构由混凝土桥面到表层依次为树脂垫层、高分子树脂粒子粘结层和超薄沥青铺装层,混凝土桥面与超薄沥青铺装层通过树脂垫层和高分子树脂粒子粘结,总铺装厚度为15~25mm。本发明铺装结构整体厚度薄、质量轻,各层间粘结性能好,抗剪强度大,有利于提高桥梁铺装层的耐久性能。
Description
技术领域
本发明涉及交通运输工程领域,尤其是涉及一种混凝土桥面铺装结构及其施工方法。
背景技术
桥面铺装是桥梁建造和行车系统的重要组成部分。近年来,我国兴建了大批水泥混凝土桥梁,但由于认识不足,桥面铺装层常在短期内即出现了早期病害,使得桥梁的使用耐久性大大降低。这些早期病害中以桥面铺装层的推移、拥包、车辙最为严重。究其原因多数是桥面与沥青混合料以及各铺装层间的粘结力差,抗剪切性能较弱所导致。与公路路面相比,桥面铺装对粘结层和铺装层的强度及疲劳耐久性等方面的要求更高。混凝土桥面因结构等原因,承重受限,铺装层不宜过厚。随着国内行车超载现象的日益严重,混凝土桥面铺装层因抗剪强度不足导致的推移、脱层等破坏也越来越严重,直接影响了行车的安全性、舒适性以及桥梁耐久性。传统的混凝土桥面铺装方案有的直接在水泥混凝土铺装层上铺设沥青混凝土,有的则采用普通乳化沥青作粘结层,而且撒布量控制不严,易导致粘层油过量,从而使沥青混凝土铺装层产生剪切破坏。采用改性乳化沥青和碎石封层技术一定程度上改善了桥面的抗剪性能,但仍不能满足当前桥梁轻量化设计以及环境荷载要求。因此,有必要改进混凝土桥面铺装层间的抗剪措施和铺装方案,提高桥面铺装整体性和抗剪强度,减少铺装层的推移、脱层等病害。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种结构简单合理、抗剪性能好、施工相对简便的混凝土桥面铺装结构。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种混凝土桥面铺装结构,其特征在于所述混凝土桥面铺装结构由混凝土桥面到表层依次为树脂垫层、高分子树脂粒子粘结层和超薄沥青铺装层,混凝土桥面与超薄沥青铺装层通过树脂垫层和高分子树脂粒子粘结,总铺装厚度为15~25mm。
进一步地,所述的树脂垫层中的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或其混合物,用量为1.5-2.5kg/m2,干膜厚度为1.5-3.0mm,所述的树脂垫层中掺有无机填料、短切纤维或偶联剂中的一种或多种。
进一步地,所述的高分子树脂粒子由EVA树脂和苯乙烯类树脂共聚混炼而成,EVA树脂中醋酸乙烯含量为10%~40%;EVA树脂和苯乙烯类树脂共混比例优选为10:1~1: 1。
进一步地,所述的高分子树脂粒子为圆形颗粒,粒子粒径为1.0-4.0mm,粒子软化点为150℃。
进一步地,高分子树脂粒子施工用量为0.2-1.0kg/m2,所述的高分子树脂粒子在树脂垫层中浸没高度为1.0-2.0mm。
进一步地,所述的超薄磨耗层采用高粘改性沥青和沥青混合料相结合,所述的高粘沥青由50、70或90号基质沥青与高掺量的高粘改性剂,并辅以一定量的稳定剂和相容剂经高速剪切混合、高温发育制备而成,基质沥青:高粘改性剂:相容剂:稳定剂=100: 4~6:6~12:0.3~0.5,所述的沥青混合料采用细粒式混合料,采用SMA-10或SMA-5级配,空隙率控制在3-5%。
进一步地,所述的铺装结构铺设在混凝土桥面板上,所述的混凝土桥面板在铺装前经过拉毛或刻槽处理。
本发明的另一目的在于提供一种结构简单合理、抗剪性能好、施工相对简便的混凝土桥面铺装结构的施工方法。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种混凝土桥面铺装结构的施工方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:
(1)新建混凝土桥面采用拉毛处理,已建成的混凝土桥面进行喷砂或刻槽处理,并清洗干净;
(2)在处理干净后的混凝土桥面刷涂树脂垫层,并撒布高分子树脂粒子,使其部分陷入所述树脂垫层内,形成高分子树脂粒子粘结层;
(3)树脂固化后,摊铺细粒式超薄磨耗层。
进一步地,所述的树脂垫层中的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或其混合物,用量为1.5-2.5kg/m2,干膜厚度为1.5-3.0mm,所述的树脂垫层中掺有无机填料、短切纤维以及偶联剂。
进一步地,所述的高分子树脂粒子由EVA树脂和苯乙烯类树脂共聚混炼而成,EVA树脂中醋酸乙烯含量为10%~40%;EVA树脂和苯乙烯类树脂共混比例优选为10:1~1: 1,高分子树脂粒子施工用量为0.2-1.0kg/m2,所述的高分子树脂粒子在树脂垫层中浸没高度为1.0-2.0mm。
进一步地,所述的超薄磨耗层采用高粘改性沥青和沥青混合料相结合,所述的高粘沥青由50、70或90号基质沥青与高掺量的高粘改性剂,并辅以一定量的稳定剂和相容剂经高速剪切混合、高温发育制备而成,基质沥青:高粘改性剂:相容剂:稳定剂=100: 4~6:6~12:0.3~0.5,所述的沥青混合料采用细粒式混合料,采用SMA-10或SMA-5级配,空隙率控制在3-5%。
本发明的积极进步效果在于:
1.本发明的混凝土桥面铺装结构粘结层采用改性树脂垫层与高分子树脂粒子组成。改性树脂涂刷在混凝土表面,内掺有无机填料、短切纤维和偶联剂等添加剂,具有粘结、防水和隔热功能。无机填料、短切纤维增加了树脂垫层的耐冲击、抗剪及抗裂强度,同时低导热系数的无机填料可以阻隔桥面铺装层间的温度传递,增加粘结层和沥青混合料面层的稳定性。偶联剂可增加树脂涂层与纤维以及高分子树脂颗粒之间的浸润性,同时促进树脂垫层与混凝土桥面的“有机-无机”界面融合,增加了层间粘结性。高分子树脂粒子浸没在树脂层中的下半部分嵌可与树脂垫层较好粘结,同时其上半部分在热拌沥青混合料的高温作用下呈熔融状态,可与3~5%空隙率的沥青混合料底层融为一体形成锯齿状锁嵌结构,进而将树脂垫层与沥青铺装层结合为一个整体,达到防止层间的滑动与开裂,提高铺装层的使用耐久性的目的。经检测,高分子树脂粒子粘结层60℃下层间抗剪强度大于1.0MPa,远大于其他单一树脂、碎石、乳化沥青等粘结层方案。
2.本发明的混凝土桥面铺装层采用高粘弹改性沥青拌制的超薄磨耗层,可有效抑制铺装层的开裂、推移、车辙等病害,尤其具备极佳的抗疲劳和耐久性能。五点加载试验结果显示粘结层与高粘弹沥青混合料组合的铺装层具备200万次的疲劳寿命。100万次加速加载试验后,铺装层未出现脱层现象,且表面仅有轻微磨损和微小车辙,表明高粘弹沥青混合料具备较佳的抗滑、抗车辙和耐久性能。桥面采用超薄磨耗层铺装提高了施工便利性,降低了桥梁承载和工程造价,延长了混凝土桥面的使用寿命。即使后期出现病害,薄层铣刨加铺十分方便。
3.本发明的混凝土桥面铺装结构较薄,养护方便,铺装层在桥梁全寿命周期内具备较好的经济性。
附图说明
图1为本发明的混凝土桥的桥面铺装结构的示意图。图中,1为超薄沥青铺装层,2为高分子树脂粒子粘结层,3为树脂垫层,4为混凝土桥面层。
具体实施方式
参考说明书附图以具体实施例的方式进一步对本发作详细说明。但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种混凝土桥面铺装结构,其特征在于所述混凝土桥面铺装结构由混凝土桥面到表层依次为树脂垫层、高分子树脂粒子粘结层和超薄沥青铺装层,混凝土桥面与超薄沥青铺装层通过树脂垫层和高分子树脂粒子粘结,总铺装厚度为15~25mm。
所述的树脂垫层中的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或其混合物,用量为1.5-2.5kg/m2,优选2.0kg/m2;干膜厚度为1.5-3.0mm,优选2.0mm。所述的树脂垫层中掺有无机填料、短切纤维以及偶联剂等材料。
所述的高分子树脂粒子由EVA树脂和苯乙烯类树脂共聚混炼而成具有较佳粘韧性的高分子材料。EVA树脂中醋酸乙烯含量优选10%~40%,更优选的为30%~40%;苯乙烯类树脂优选高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂。EVA树脂和苯乙烯类树脂共混比例优选为 10:1~1:1。所述的高分子树脂粒子优选圆形颗粒,粒子粒径优选为1.0-4.0mm,更优选为3mm,粒子软化点优选为150℃左右的高分子颗粒。
所述的高分子树脂粒子在高温下有一定的粘韧性。在树脂垫层施工完成后随即开始撒布高分子树脂粒子。所述的高分子树脂粒子施工用量为0.2-1.0kg/m2,优选0.6-0.8kg/m2。所述的高分子树脂粒子在树脂垫层中浸没高度为1.0-2.0mm,优选1.5mm。
所述的超薄磨耗层采用高粘弹改性沥青混合料。所述的高粘弹沥青混合料由高弹粒子、改性沥青和集料拌和而成,其中改性沥青和集料的油石比为4~5%。所述的改性沥青由50、70或90号基质沥青与改性剂、稳定剂和相容剂经高速剪切混合、高温发育制备而成。高粘改性沥青优选配方(质量比)为基质沥青:改性剂:相容剂:稳定剂=100: 4~6:6~12:0.3~0.5。改性剂为星型或线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、40~60目橡胶粉、或以上二者混合物(质量比1:1~1:10),优选星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。相容剂为减三线油、减四线油或抽出油,优选抽出油。稳定剂优选二芳基二硫化物或不溶性硫磺。高粘改性沥青制备过程中,高速剪切混合温度优选180~190℃、剪切速率优选3800~4400r/min,高温发育温度优选150~170℃。沥青混合料拌和过程中,添加5~12%(质量比)的高弹粒子制备成高粘弹的沥青混合料。所述的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物购自中国石化岳阳巴陵石化,牌号:1401;所述的相容剂和改性稳定剂购自东孚润达化;所述的高弹粒子购自上海浦东路桥沥青材料有限公司,牌号:RST。
所述的沥青混合料采用细粒式混合料,采用SMA-10或SMA-5级配,空隙率控制在3-5%。所述的细粒式混合料中集料优选高强耐磨的辉绿岩、花岗岩类石料。
所述的树脂垫层由A、B两组分组成,A、B混合后发生化学反应固化成具有较高强度的树脂垫层,固化时间为5~30min。所述环氧树脂为购自无锡华欧化工有限公司型号为E128的环氧树脂,由A组分和B组分组成,其中A组分为环氧树脂主体部分,B组分为固化剂,在A组分中加入无机填料、短切纤维以及偶联剂等材料,搅拌均匀后再添加B组分。
所述的铺装结构铺设在混凝土桥面板上,所述的混凝土桥面板在铺装前经过拉毛或刻槽处理。
本发明混凝土桥面铺装施工方法包括如下步骤:
(1)新建混凝土桥面可采用拉毛处理,并进行适当养护;已建成的混凝土桥面进行喷砂或刻槽处理,并清洗干净;
(2)在处理干净后的混凝土桥面刷涂树脂垫层,并及时撒布高分子树脂粒子,使其部分陷入所述树脂垫层内,形成高分子树脂粒子粘结层;
(3)树脂固化后,摊铺细粒式超薄磨耗层。在路面温度降至150℃以前进行均匀碾压。
步骤(1)中,所述的拉毛、喷砂、刻槽处理为本领域常规操作,清洗主要是去除桥面表面灰尘和杂物。
步骤(2)中,所述的刷涂树脂垫层,可采用刮涂或滚涂的方式,应确保树脂内掺加的无机填料及短切纤维混合均匀。所述的撒布高分子树脂粒子较佳地在涂布完成树脂垫层的30min内进行,可采用人工或专用撒播机械撒布,优选撒播机撒布。
步骤(3)中,所述实施铺装细粒式沥青混合料较佳地在树脂垫层固化24h~48h后进行,优选48h后进行。所述超薄磨耗层现场摊铺温度宜为150~180℃,优选160℃~170℃。
在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
实施例1
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)对混凝土桥面进行喷砂处理,回收丸料,清理桥面杂物。
(2)在清理后的干燥混凝土桥面上,刷涂环氧树脂(购自无锡华欧化工有限公司,型号:E128)。在环氧树脂A组分中掺加10%石棉粉(购自石家庄华邦矿产品有限公司,型号:325目)、5%的石棉纤维(购自石家庄华邦矿产品有限公司,型号:4mm)以及 0.5%的偶联剂(购自上海凯茵化工有限公司,牌号:道康宁Z-6011),搅拌均匀后添加B 组分,然后迅速刷涂在混凝土桥面上。环氧树脂用量为2.0kg/m2,涂层厚度约1.8mm。在完成环氧树脂垫层刷涂20min内完成高分子树脂粒子撒布,撒布量为0.6kg/m2,高分子树脂粒子在树脂层中浸没高度约1.5mm。
(3)经过48h环氧树脂防水层固化后,清除回收树脂表面未粘附的高分子树脂粒子并清除其他杂物,实施超薄沥青铺装层施工。选择SMA-10级配的沥青混合料,混合料空隙率为3.6%,摊铺温度165℃,摊铺厚度为25mm。在路面温度降至150℃以前进行均匀碾压。
实施例2
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)在混凝土桥面刻槽处理,刻槽深度2mm,间隔10mm。用高压水枪清洗桥面。
(2)在清理后的干燥混凝土桥面上,刷涂环氧树脂(商购自无锡华欧化工有限公司,型号E128)。在环氧树脂A组分中掺加13%膨胀蛭石(购自石家庄华邦矿产品有限公司,型号:100目)、6%的玻璃纤维(购自江苏康达夫新材料科技有限公司,型号:E级4mm) 以及0.5%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂(购自南京帝蒙特化学有限公司,牌号:KH560),搅拌均匀后添加B组分,然后迅速刷涂在混凝土桥面上。刷涂的环氧树脂用量为2.5kg/m2;涂层厚度约2.0mm。在完成环氧树脂垫层刷涂30min内完成高分子树脂粒子撒布,撒布量为0.8kg/m2,树脂粒子在树脂层中浸没高度约1.7mm。
(3)经过48h环氧树脂防水层固化后,清除回收树脂表面未粘附的高分子树脂粒子并清除其他杂物,实施超薄沥青铺装层施工。选择SMA-10混合料,混合料空隙率为3.8%,摊铺温度170℃,摊铺厚度为20mm。在路面温度降至150℃以前进行均匀碾压。
实施例3
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)对混凝土桥面进行喷砂处理,回收丸料,清理桥面杂物。
(2)在清理后的干燥混凝土桥面上,刷涂环氧树脂(购自无锡华欧化工有限公司,型号E128)与聚氨酯(市售德国拜耳 PU 401)混合树脂垫层(质量比为3:2)。在混合树脂的A组分中掺加10%膨胀蛭石(购自石家庄华邦矿产品有限公司,型号:100 目)、10%的玻璃纤维(购自江苏康达夫新材料科技有限公司,型号:E级3mm)以及0.8%的γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂(购自南京帝蒙特化学有限公司,牌号:KH560),搅拌均匀后添加B组分,然后迅速将混合树脂刷涂在喷砂处理后的活性粉末混凝土上。混合树脂用量为2.0kg/m2,涂层厚度约1.7mm。在完成树脂垫层刷涂 30min内完成高分子树脂粒子撒布,撒布量为0.6kg/m2,树脂粒子在树脂层中浸没高度约 1.4mm。
(3)经过48h环氧树脂防水层固化后,清除回收树脂表面未粘附的高分子树脂粒子并清除其他杂物,实施超薄沥青铺装层施工。选择SMA-5级配的混合料,混合料空隙率为3.0%,摊铺温度160℃,摊铺厚度为18mm。在路面温度降至150℃以前进行均匀碾压。
实施例4
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)对混凝土桥面进行喷砂处理,回收丸料,清理桥面杂物。
(2)在清理后的干燥混凝土桥面上,刷涂环氧树脂(购自无锡华欧化工有限公司,型号E128)与丙烯酸酯(购自深圳吉田化工有限公司,牌号:E0503)混合树脂垫层(质量比为3:1)。在混合树脂的A组分中掺加10%二氧化硅粉末(购自上海德予得贸易有限公司,牌号: R805)、10%的石棉纤维(购自石家庄华邦矿产品有限公司,型号:4mm)以及0.8%的偶联剂(购自上海凯茵化工有限公司,牌号:道康宁Z-6011),搅拌均匀后添加B组分,然后迅速将混合树脂刷涂在混凝土桥面上。混合树脂涂布用量为2.0kg/m2,涂层厚度约1.7mm。在完成树脂垫层刷涂20min内完成高分子树脂粒子撒布,撒布量为0.8kg/m2,高分子树脂粒子在树脂层中浸没高度约1.5mm。
(3)经过48h环氧树脂防水层固化后,清除回收树脂表面未粘附的高分子树脂粒子,并实施超薄沥青铺装层施工。选择SMA-5级配的混合料,混合料空隙率为3.2%,摊铺温度165℃,摊铺厚度为15mm。
对比例1
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)对混凝土桥面进行喷砂处理,回收丸料,清理桥面杂物。
(2)在清洗干燥后的混凝土桥面上,刷涂改性乳化沥青(购自济南辰弗化工有限公司,固含量60%),用量为2.0kg/m2。然后在改性乳化沥青表面撒布碎石,撒布量为 10.0kg/m2,撒布面积为满铺的60%~70%,形成粘结和抗剪层。
(3)碎石撒布完成后,实施超薄磨耗层施工。采用普通SBS改性沥青(购自济南辰弗化工有限公司,SBS掺量4.0%),选择SMA-10级配的沥青混合料,混合料空隙率为3.4%,摊铺温度160℃,摊铺厚度为30mm。
对比例2
一种混凝土桥面铺装结构的铺装方法,包括如下步骤:
(1)对混凝土桥面进行喷砂处理,回收丸料,清理桥面杂物。
(2)在清洗干燥后的混凝土桥面上,刷涂环氧树脂(购自无锡华欧化工有限公司,型号E128),用量为2.0kg/m2。
(3)粘结层养护完成后,直接实施超薄磨耗层施工。采用普通SBS改性沥青(购自济南辰弗化工有限公司,SBS掺量4.0%),选择SMA-10级配的沥青混合料,混合料空隙率为3.6%,摊铺温度160℃,摊铺厚度为30mm。
各实施例及对比例的抗剪性能测试结果列于表1中。本发明各实施例的层间破坏多出现在沥青混合料与树脂粒子之间,部分出现在沥青混合料层,树脂垫层均保留完好,铺装层体现优良的抗剪效果,而对比实施例的破坏均出现在粘结层,尤其在高温下极易出现层间滑移破坏。
表1铺装层抗剪效果比较
各实施例及对比例的耐疲劳性能测试结果列于表2中。本发明各实施例的层间粘合以及高粘弹沥青混合料磨耗层均表现出极佳的耐疲劳性能,明显优于对比实施例。
表2铺装层耐久性能比较
Claims (10)
1.一种混凝土桥面铺装结构,其特征在于所述混凝土桥面铺装结构由混凝土桥面到表层依次为树脂垫层、高分子树脂粒子粘结层和超薄沥青铺装层,混凝土桥面与超薄沥青铺装层通过树脂垫层和高分子树脂粒子粘结,总铺装厚度为15~25mm。
2.根据权利要求1所述的混凝土桥面铺装结构,其特征在于,所述的树脂垫层中的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或其混合物,用量为1.5-2.5kg/m2,干膜厚度为1.5-3.0mm,所述的树脂垫层中掺有无机填料、短切纤维或偶联剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的混凝土桥面铺装结构,其特征在于,所述的高分子树脂粒子由EVA树脂和苯乙烯类树脂共聚混炼而成,EVA树脂中醋酸乙烯含量为10%~40%;EVA树脂和苯乙烯类树脂共混比例优选为10:1~1:1。
4.根据权利要求3所述的混凝土桥面铺装结构,其特征在于,所述的高分子树脂粒子为圆形颗粒,粒子粒径为1.0-4.0mm,粒子软化点为150℃。
5.根据权利要求4所述的混凝土桥面铺装结构,其特征在于,高分子树脂粒子施工用量为0.2-1.0kg/m2,所述的高分子树脂粒子在树脂垫层中浸没高度为1.0-2.0mm。
6.根据权利要求2所述的混凝土桥面铺装结构,其特征在于,所述的超薄磨耗层采用高粘改性沥青和沥青混合料相结合,所述的高粘沥青由50、70或90号基质沥青与高掺量的高粘改性剂,并辅以一定量的稳定剂和相容剂经高速剪切混合、高温发育制备而成,基质沥青:高粘改性剂:相容剂:稳定剂(质量比)=100:4~6:6~12:0.3~0.5,所述的沥青混合料采用细粒式混合料,采用SMA-10或SMA-5级配,空隙率控制在3-5%。
7.一种混凝土桥面铺装结构的施工方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:
(1)新建混凝土桥面采用拉毛处理,已建成的混凝土桥面进行喷砂或刻槽处理,并清洗干净;
(2)在处理干净后的混凝土桥面刷涂树脂垫层,并撒布高分子树脂粒子,使其部分陷入所述树脂垫层内,形成高分子树脂粒子粘结层;
(3)树脂固化后,摊铺细粒式超薄磨耗层。
8.根据权利要求7所述的混凝土桥面铺装结构的施工方法,其特征在于,所述的树脂垫层中的树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯或其混合物,用量为1.5-2.5kg/m2,干膜厚度为1.5-3.0mm,所述的树脂垫层中掺有无机填料、短切纤维以及偶联剂。
9.根据权利要求8所述的混凝土桥面铺装结构的施工方法,其特征在于,所述的高分子树脂粒子由EVA树脂和苯乙烯类树脂共聚混炼而成,EVA树脂中醋酸乙烯含量为10%~40%;EVA树脂和苯乙烯类树脂共混比例优选为10:1~1:1,高分子树脂粒子施工用量为0.2-1.0kg/m2,所述的高分子树脂粒子在树脂垫层中浸没高度为1.0-2.0mm。
10.根据权利要求8所述的混凝土桥面铺装结构的施工方法,其特征在于,所述的超薄磨耗层采用高粘改性沥青和沥青混合料相结合,所述的高粘沥青由50、70或90号基质沥青与高掺量的高粘改性剂,并辅以一定量的稳定剂和相容剂经高速剪切混合、高温发育制备而成,基质沥青:高粘改性剂:相容剂:稳定剂(质量比)=100:4~6:6~12:0.3~0.5,所述的沥青混合料采用细粒式混合料,采用SMA-10或SMA-5级配,空隙率控制在3-5%。
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