CN110438896A

CN110438896A - 混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构及其施工方法

Info

Publication number: CN110438896A
Application number: CN201910629030.1A
Authority: CN
Inventors: 丛林; 杨帆; 谭乐; 郭桂宏; 史佳晨; 任敏达
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2019-11-12
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: CN110438896B

Abstract

本发明涉及混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构及其施工方法，整个铺面结构包括从下到上依次铺设的调平层、改性乳化沥青粘结层、沥青混凝土层、聚氨酯防水粘结层和聚氨酯橡胶多孔混合料面层。与现有技术相比，本发明采用聚氨酯橡胶多孔混合料作为面层，其强度高、密度较小，能够减轻桥梁恒载，内部开口空隙较大，能够快速排走桥面积水，避免桥面产生水损害或水漂现象，提高桥面抗滑性和行车安全性。此外，本发明施工过程为室温下施工，采用废旧橡胶颗粒作为骨料，节能环保，满足目前建设绿色道路新理念。

Description

混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构及其施工方法

技术领域

本发明属于桥面铺装技术领域，涉及一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构及其施工方法。

背景技术

桥梁是公路工程中的重要组成部分，特别在山川河流较多的地区，桥梁的建造给公路运输带来了诸多便利，而桥面铺装则是实现桥梁行车功能的关键结构。桥面铺装是桥梁的一件“外套”，有着为桥梁“遮风挡雨”的功能。目前，水泥混凝土铺装一般采用双层沥青混凝土铺装防水粘结层的铺装体系，经过十余年发展，已经形成了改性沥青、环氧沥青混凝土及纤维改性沥青混凝土为主的铺装层材料热喷改性沥青、橡胶沥青以及环氧类粘结剂为主的防水粘结层材料类型。但是混凝土桥梁铺装层抗滑、排水、降噪性能仍不能较好的满足使用要求，特别是排水性能，雨水若不能及时排除，渗入到铺装内部，受动水压力作用，加快了铺装层损坏的进程。水损害作为桥梁病害的主要因素，雨水下渗到桥梁内部或桥面铺装层与桥梁结构之间，容易形成积水，长久的积水会进一步渗入到混凝土中锈蚀钢筋，给桥梁结构造成危害。同时，桥面积水过多容易产生水漂现象，影响交通安全。因此如何快速将桥面水排走成为桥面铺装中的研究热点。

为了迅速的排除桥面积水，防止雨水滞留于桥面并渗入梁体而影响桥梁的耐久性。目前，针对于桥面排水问题主要有两个解决方案：1)从桥梁设计入手，面层采用密集配沥青混合料，且桥面设置纵横坡排水，桥面需要设置一定数量的泻水管道；2)从桥面铺装材料入手，采用开级配混合料，形成桥面透水铺装层，设置横坡坡度、高防水结构层，将雨水从内部排出。其中，排水路面大都采用开级配，排水能力较强，能够防止桥面水漂现象和水雾的产生，是目前研究焦点。

中国专利CN105648910A公开一种具有降噪排水功能的耐久水泥混凝土桥面铺装结构。该桥面铺装结构从下到上依次为水泥混凝土桥面、防水粘结层、高模量沥青混凝土、防水层、抗滑降噪排水磨耗层。抗滑降噪排水磨耗薄层能够一定程度降低路面噪音，消除路面积水，提高行车安全。但其结构层施工大多在高温下进行，能量消耗较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构及其施工方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，包括从下到上依次铺设的调平层、改性乳化沥青粘结层、沥青混凝土层、聚氨酯防水粘结层和聚氨酯橡胶多孔混合料面层。

本发明中，调平层优选采用C50水泥混凝土，改性乳化沥青粘结层优选由SBS改性沥青制备，沥青混凝土层优选采用AC-16C型SBS改性沥青混合料。

进一步的，所述调平层的厚度为9cm；

所述沥青混凝土层其厚度为5cm；

所述聚氨酯橡胶多孔混合料面层的厚度为4cm。

进一步的，所述聚氨酯防水粘结层由聚氨酯粘结剂固化而成，所述聚氨酯粘结剂由作为A组分的固化剂与作为B组分的改性MDI预聚体拌和而成。

更进一步的，A组分与B组分的质量比为100:80。

进一步的，所述聚氨酯橡胶多孔混合料面层由聚氨酯橡胶多孔混合料制成，所述聚氨酯橡胶多孔混合料包括以下重量份数的组分：集料100份，聚氨酯粘结组分4-15份，橡胶颗粒3-15份，其中，聚氨酯粘结组分由由作为A组分的固化剂与作为B组分的改性MDI预聚体按照质量比100:80拌和而成。本发明中，聚氨酯A、B组分优选从巴斯夫聚氨酯特种产品(中国)有限公司购得；橡胶颗粒则优选购自上海明常实业有限公司。

更进一步的，所述橡胶颗粒采用废旧轮胎橡胶颗粒，其粒径为3-5mm。

更进一步的，所述聚氨酯橡胶多孔混合料的空隙率为15％～30％。

本发明中矿质集料主要起到骨架和填充作用，使混合料具有承载能力；聚氨酯胶结剂起到粘结作用，赋予混合料高强度和高温稳定性；橡胶颗粒能够提高混合料的韧性和弹性，同时降低混合料的毛体积密度。

本发明中各组分的掺量主要为了保证混合料的空隙率、强度、韧性和抗滑性能。如10-15mm和5-10mm粒径组分掺量过低，混合料的空隙率较小，不能形成骨架空隙结构，排水性能降低；聚氨酯掺量过低，混合料的力学强度会降低，掺量过高则也会影响到混合料的空隙率；橡胶颗粒主要是提高混合料的柔韧性，掺量过高影响影响混合料的压实；聚氨酯和橡胶颗粒共同影响混合料的低温抗裂性。

一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构的施工方法，包括以下步骤：

(1)先依次在桥面上铺设调平层、改性乳化沥青粘结层和沥青混凝土层；

(2)再将由固化剂与改性MDI预聚体拌和而成的聚氨酯粘结剂涂布在干燥的沥青混凝土层上，涂布量为0.6～0.7kg/m²，形成聚氨酯粘结剂层；

(3)接着，取由集料、聚氨酯粘结组分与橡胶颗粒拌和而成的聚氨酯橡胶多孔混合料装入摊铺机中，铺设在未固化的聚氨酯粘结剂层上，分阶段碾压成型，养护，即完成。

进一步的，碾压成型分为三阶段，分别为初压、复压和终压，其中，初压为静压，碾压速度为2～3km/h，复压采用振动压实，碾压速度为3～4.5km/h，终压采用静压，碾压速度为3～6km/h。

进一步的，养护条件为：当温度在0～5℃时，养护时间为24h；温度在5～10℃，养护时间为18h；温度超过10℃时，养护时间12h。

进一步的，施工温度应该保持在0～40℃，在阴雨、有雾或湿度大于90％条件下禁止施工。

与现有技术相比，本发明采用聚氨酯为防水粘结层，防水性能良好，能够很好的防止雨水渗入侵蚀桥梁混凝土。同时聚氨酯橡胶多孔混合料强度高、密度较小，能够减轻桥梁恒载，内部开口空隙较大，能够快速排走桥面积水，避免桥面产生水损害或水漂现象，提高桥面抗滑性和行车安全性。此外，本发明施工过程为室温下施工，采用废旧橡胶颗粒作为骨料，节能环保，满足目前建设绿色道路新理念。

附图说明

图1为聚氨酯橡胶多孔混合料的制备流程图；

图2为聚氨酯橡胶排水铺面结构的示意图；

图中标记说明：

1-聚氨酯橡胶多孔混合料面层，2-聚氨酯防水粘结层，3-沥青混凝土层，4-改性乳化沥青粘结层，5-调平层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明所采用的均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。

本发明提出了一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其结构如图2所示，包括从下到上依次铺设的调平层5、改性乳化沥青粘结层4、沥青混凝土层3、聚氨酯防水粘结层2和聚氨酯橡胶多孔混合料面层1。

实施方式：

一、原材料检验与配合比设计

1.原材料检验

(1)聚氨酯粘结组分(或聚氨酯粘结剂)

聚氨酯粘结组分为一种双组分材料，其固化剂作为A组分，改性MDI预聚体为B组分。A组分与B组分的质量分数比为100:80，进行随机抽样检验，要求聚氨酯能够在温度为0～40℃气温条件下固化，固化物拉伸断裂强度大于15MPa，且断裂伸长率大于60％。

(2)集料

聚氨酯橡胶多孔混合料所用集料为浙江产玄武岩碎石集料，进场前应对集料进行检验，能够满足《公路沥青路面施工技术规范》。集料在进场前应进行烘干处理，并根据级配进行充分混合均匀，提前1-2天运往现场进行冷却。

(3)橡胶颗粒

橡胶颗粒为废旧轮胎颗粒，粒径为3～5mm。

2.配合比设计

配合比设计分为三个阶段，分别为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段。在实验室完成目标配合比设计，目标配合比包括初选级配、确定最佳胶结剂用量。

在完成目标配合比设计后进行生产配合比设计，生产配合比设计是混合料配合比设计中非常重要的环节，生产配合比设计阶段的主要任务就是从二次筛分后进入各热料仓的材料取样筛分，以确定各热料仓的材料比例。本发明将拌合机各热料仓的二次筛分的矿料分别取出后进行筛分试验，使其合成级配比例在设计级配大致接近的范围，并且按照此比例进行配合比试验，胶结剂与石料的比例采用目标配合比确定值±0.3％进行试验，按照目标配合比试验方法确定最佳胶结剂用量。

生产配合比验证主要包括对混合料的试拌、试铺，本发明中拌和方式采用现场拌合、试铺，对试拌混合料进行性能检测指标主要为马歇尔稳定度、飞散损失、空隙率、最大理论密度等是否与生产配合比时相当。最后，对混合料施工方案、运输、摊铺、碾压工艺设备的匹配情况进行的综合性评估。

二、试验段结构

聚氨酯橡胶多孔混合料试验段选择在某桥进行，试验段铺筑宽度为16m，双车道，试铺面积为130m²左右，聚氨酯橡胶多孔混合料约12t，聚氨酯防水粘结层面积约为130m²左右，混凝土桥面铺装层结构设计如图2所示，本实施例主要针对聚氨酯橡胶多孔混合料面层1(4cm厚)与聚氨酯防水粘结层2的铺装，另外如沥青混凝土层3(5cm厚)、改性乳化沥青粘结层2与调平层1(9cm厚)均为常规桥面铺装结构或方法铺筑。

三、洒布防水粘结层

1.清理工作面

用软扫帚清扫或真空吸尘器清除桥面尘埃、杂物清扫干净，对于有水积水部位可用热鼓风机和专用烤灯烘干，保证施工前工作面干燥。聚氨酯防水粘结层的施工温度，应该保持在0～40℃，在阴雨、有雾或湿度大于90％条件下禁止施工。同时，为保证连续施工，在施工前应掌握天气情况，确保施工前后24h内无雨雪、大雾天气。

2.防水粘结材料的制备

本实施例中防水粘结材料为聚氨酯胶结剂，其组成成分为固化剂A组分和改性异氰酸酯预聚体B组分，按照质量比为100:80加入至容器中，用手持电动搅拌装置搅拌2～3min，使其充分混合，以备洒布。

3.防水粘结材料洒布

防水粘结层的洒布方式采用人工涂布，将上述混合好的胶结剂分装于开口容器中，用毛桶刷直接蘸满胶结剂，在工作面滚动涂刷。因此涂布量为0.6～0.7kg/m²。由于聚氨酯粘结剂即作防水层又作粘结层，粘结料喷洒后在有效期限内完成铺装作业，即在粘结层洒布后2h内完成聚氨酯橡胶多孔混合料的摊铺、碾压工作，如因故不能按时完成摊铺碾压工作的，在混合料摊铺前，应重新洒布防水粘结材料，涂布量为0.2～0.25kg/m²。

四、混合料生产

1.拌和装置的设置

考虑到聚氨酯防水粘结层的固化时间，与混合料强度形成时间，确保不影响连续施工，本发明对于混合料的生产采用现场拌和的方式，将拌和装置设置于桥头，最大可能地缩短混合料运距。

2.聚氨酯橡胶多孔混合料的制备

采用现场拌和的方式，首先将不同粒径集料按照级配提前拌合均匀运往现场；将固化剂A组分和改性异氰酸酯预聚体B组分按照质量比为100:80加入至容器中，用手持电动搅拌装置搅拌2～3min，使其充分混合，得到聚氨酯粘结组分；将上述集料加入到搅拌装置中，然后再加入聚氨酯粘结组分，均匀搅拌2～3min，得到聚氨酯混合料；将粒径3～5mm橡胶颗粒掺入到上述聚氨酯混合料中，拌和2min，即得到聚氨酯橡胶多孔混合料，其制备流程如图1所示。

五、混合料运输与调度

运输车在运料前，车身、车厢必须保持清洁、干燥，车厢内如有杂物必须提前清理干净。为防止聚氨酯多孔混合料胶结剂和橡胶颗粒粘附在运输车厢中，车厢底部和内侧面必须涂刷隔离油，如柴油或色拉油。在运输过程中不得有水分进入混合料，应满幅覆盖好篷布，进入现场后听从现场指挥人员指挥调度。运输完毕后，不能将车厢内残余混合料随意倒在路上或路边，须带回指定地点卸除。

六、混合料的摊铺碾压

在摊铺过程中，运料车10～30cm处停住，不得撞击摊铺机。将制备好的混合料装入摊铺机，应缓慢卸料不得将料溢出摊铺机接料口。由于混合料流动性较好，防止集料被压碎，影响排水结构，采用3吨全液压振动压路机碾压成型。碾压过程分为三个阶段，即初压、复压和终压，初压采用静压，速度为2～3km/h，复压采用振动压实，速度为3～4.5km/h，终压采用静压，速度为3～6km/h。碾压应紧跟摊铺机，对于摊铺不均匀处应采用人工摊平。

考虑到聚氨酯胶结剂易粘碾轮，并附带橡胶颗粒，在碾压前应对碾轮进行涂刷色拉油，防止粘轮，禁止使用水或含水试剂。考虑到聚氨酯防水粘结层的粘结性能和连续施工，应在防水粘结层未达到表干时进行摊铺碾压，从混合料制备完成到碾压成型的时间不超过2小时。碾压时压路机驱动轮面向摊铺机，由低到高，依次连续均匀碾压，相邻碾压带重叠1/3轮宽，碾压过程中压路机不得在铺装层上转向、调头，压路机起动、停止必须减速缓行，不准急刹车制动。

聚氨酯橡胶多孔混合料摊铺碾压，施工温度应该保持在0～40℃，在阴雨、有雾或湿度大于90％条件下禁止施工。

七、养护

聚氨酯橡胶多孔混合料粘结强度由聚氨酯提供，其随着树脂的固化反应而强度增加，当固化反应不足、混合料强度较低时，为了防止重载车对铺面的破坏，要进行封闭交通来对路面进行养护。养护的天数与养护的温度条件有关，根据温度选择养护的时间进行养护护理阶段。参考聚氨酯强度形成机理，本发明中聚氨酯橡胶多孔混合料成型强度受温度影响，气温在0～5℃时，养护时间为24h；气温在5～10℃，养护时间为18h；气温超过10℃时，养护时间12h。养护结束后，即可开放交通。

八、施工后路用性能检测

为确定聚氨酯橡胶多孔混合料在使用过程中路用性能是否良好，采用渗水系数指标对其排水性能进行评价，采用摩擦系数摆值、构造深度指标对其抗滑性能进行评价，结构如下表1所示。聚氨酯橡胶多孔混合料排水性能、抗滑性能良好。

表1

测试指标	施工后48h	通车3个月	技术要求	测试方法
					渗水系数(ml/min)	>600	>600	——	T0730
摩擦系数摆值	62	60	>45	T0964
					构造深度(mm)	1.54	1.52	>0.55	T0731

本专利对聚氨酯橡胶多孔混合料配合比设计主要包括聚氨酯用量与橡胶颗粒用量，其性能指标主要有：体积参数(空隙率)、力学强度(马歇尔稳定度)、耐久性能(飞散、动稳定度)、功能性(抗滑性能、排水性能)。

以下为基于上述实施方式且对各组分含量进行调整的具体实施例。

实施例1

按照本发明提供的聚氨酯橡胶多孔混合料实施例1，含有以下物质及各物料质量份，如下表2所示：

表2

物料	10-15mm集料	5-10mm集料	3-5mm橡胶颗粒	聚氨酯掺量
					质量份	35	65	10	6

实施例2

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯掺量为4质量份数。

实施例3

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯掺量为10质量份数。

实施例4

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯掺量为12质量份数。

实施例5

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯掺量为15质量份数。

上述5个实施例所制备的聚氨酯橡胶多孔混合料，性能测试如下表3所示：

表3

实施例6

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变3-5mm橡胶颗粒掺量为3质量份数。

实施例7

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变3-5mm橡胶颗粒掺量为8质量份数。

实施例8

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变3-5mm橡胶颗粒掺量为12质量份数。

实施例9

与实施例1相比，绝大部分都相同，本实施例只改变3-5mm橡胶颗粒掺量为15质量份数。

上述4个实施例所制备的聚氨酯橡胶多孔混合料，性能测试如下表4所示：

表4

本发明对聚氨酯防水粘结层设计主要关于聚氨酯的用量，其性能指标为拉拔强度。

实施例10

按照本发明中结构层设计，成型AC-16C型沥青混合料车辙板，作为拉拔试验基材；根据本发明中聚氨酯防水粘结层制备方法制备聚氨酯胶结剂，然后均匀涂布于基材上，涂布量为0.1kg/m²，迅速安装拉拔头。待聚氨酯胶结剂固化48h后进行性能测试。

实施例11

与实施例10相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯涂布量为0.3kg/m²。

实施例12

与实施例10相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯涂布量为0.5kg/m²。

实施例13

与实施例10相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯涂布量为0.6kg/m²。

实施例14

与实施例10相比，绝大部分都相同，本实施例只改变聚氨酯涂布量为0.7kg/m²。

上述5个实施例所制备的拉拔试件，性能测试如下表5所示：

表5

性能	实施例10	实施例11	实施例12	实施例13	实施例14
						涂布量kg/m<sup>2</sup>	0.1	0.3	0.5	0.6	0.7
拉拔强度/MPa	0.53	1.84	2.73	3.36	3.58

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，包括从下到上依次铺设的调平层、改性乳化沥青粘结层、沥青混凝土层、聚氨酯防水粘结层和聚氨酯橡胶多孔混合料面层。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，所述调平层的厚度为9cm；

所述沥青混凝土层为AC-16改性沥青混凝土层，其厚度为5cm；

所述聚氨酯橡胶多孔混合料面层的厚度为4cm。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，所述聚氨酯防水粘结层由聚氨酯粘结剂固化而成，所述聚氨酯粘结剂由作为A组分的固化剂与作为B组分的改性MDI预聚体拌和而成。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，A组分与B组分的质量比为100:80。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，所述聚氨酯橡胶多孔混合料面层由聚氨酯橡胶多孔混合料制成，所述聚氨酯橡胶多孔混合料包括以下重量份数的组分：集料100份，聚氨酯粘结组分4-15份，橡胶颗粒3-15份，其中，聚氨酯粘结组分由由作为A组分的固化剂与作为B组分的改性MDI预聚体按照质量比100:80拌和而成。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，所述橡胶颗粒采用废旧轮胎橡胶颗粒，其粒径为3-5mm。

7.根据权利要求5所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构，其特征在于，所述聚氨酯橡胶多孔混合料的空隙率为15％～30％。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构的施工方法，其特征在于，碾压成型分为三阶段，分别为初压、复压和终压，其中，初压为静压，碾压速度为2～3km/h，复压采用振动压实，碾压速度为3～4.5km/h，终压采用静压，碾压速度为3～6km/h。

10.根据权利要求8所述的一种混凝土桥面用聚氨酯橡胶排水铺面结构的施工方法，其特征在于，养护条件为：当温度在0～5℃时，养护时间为24h；温度在5～10℃，养护时间为18h；温度超过10℃时，养护时间12h。