混凝土桥桥面铺装界面问题研究

卓武极

宁波天意钢桥面铺装工程有效公司宁波315000

摘要：混凝土桥沥青桥面铺装成功的关键在于界面，有效的界面处理可以提高铺装层的抗剪切强度，起到事半功倍的效果。本文通过界面处理的物理状态分析以及相关的抗剪切试验和拉拔试验比较精铣刨和喷砂两种界面处理的效果，研究表明精铣刨能够更好的提高铺装层的抗剪切强度。

关键词：混凝土桥桥面铺装界面处理防水粘结层喷砂处理精铣刨处理抗剪强度

Abstract：Thekeypointofdeckpavementofconcretebridgeistheinterfacebetweenthedeckandthepavement.Anefficientinterfacetreatmentcanimprovetheshearperformanceofdeckpavement.Thepaperpresentsacomparisonbetweensandblasttreatmentandmillingtreatmentthroughshapeanalysisandindoortests.Thetestresultsshowthatmillingtreatmentcanimprovemoreshearperformancethansandblasttreatment.

KeyWords：deckpavementofconcretebridgeinterfacewaterproofandadhesionlayersandblasttreatmentmillingtreatmentshearperformance

界面处理和防水粘结层的选择是混凝土桥桥面铺装成功的关键。目前，在一些大型水泥混凝土桥面铺装过程中，大家对防水粘结材料的选择较为重视，进行了很多相关的科研工作并取得一些研究成果，过分倚重粘结材料的性能，妄图通过材料的粘结阻止铺装层与混凝土桥面板的相对滑动。粘结层材料越来越高级，从初期的乳化沥青、改性乳化沥青到桥面防水粘结专用涂料，再到目前的环氧类粘结剂，材料的价格越来越高，但效果不很明显。原因是沥青类材料是一种感温性材料，材料的粘结性能随着温度的提高大幅降低，因此在低温条件下选定的各种类型的粘结材料，在高温状况下往往不堪一用，无法满足铺装层在荷载作用下产生的剪应力，铺装层很容易出现高温剪切滑移的现象；环氧沥青粘结剂是一种热固性材料，环氧沥青自身粘结强度不会随温度升高而降低，但是与环氧沥青粘结的沥青铺装层界面则比较容易受到温度的影响，在高温条件下该界面的强度也会迅速降低，影响铺装层的抗剪切强度，因此再好的粘结层材料能够提供的界面抗剪切能力是有限的。

过分倚重粘结层材料的性能，而忽略对桥面板的处理是国内桥面铺装研究的一个误区。无论多强的粘结层材料，抗剪切强度也不会强于桥面板自身的物理形状产生的抗剪切效果。道理很简单，如果铺装层的剪切破坏发生在桥面板自身，那么粘结层再强也没有任何意义。而且桥面板不受温度的影响，在高温条件下其抗剪切能力不会降低，更不会丧失。利用桥面板自身物理形状提高对于提高桥面铺装的高温抗剪切能力事半功倍。

1界面处理物理状态分析

我国目前普通水泥混凝土桥梁桥面铺装对桥面板的处理重视不够，很多情况下采用人工处理的方式如图1所示，然后在其上施工防水粘结层，铺筑沥青混合料。这样做直接给桥面铺装的质量埋下了隐患。混凝土板上的灰尘、油污等会影响防水粘结层与桥面板之间的粘接；混凝土板上的浮浆、软弱部位成为一个软弱的夹层也会影响到界面粘接和抗剪性能，这些因素导致了桥面铺装抗剪切能力不足，在使用的初期即出现如脱层，推移等病害。

图1、人工处理

今年来，无尘自动喷砂机在混凝土桥面铺装中的应用越来越多。无尘自动喷砂机可以在清除桥面板杂物的同时，将这些杂物吸走，桥面板基本不需要二次进行清扫，如图2所示，但喷砂过程会破坏水泥混凝土板上层石子的棱角性，最终铺装层与混凝土板之间的抗剪切性能主要依靠粘结层的粘结为主，导致界面抗剪切强度受温度影响比较大。

图2、喷砂处理及细部图

精铣刨指采用铣刨机将混凝土桥面板表面的浮浆层和软弱层铣刨掉，形成一种犬牙交错的表面形状。该界面处理防止不会破坏桥面板表面石子的棱角性如图3所示，铣刨后混凝土板上的小棱角可以与沥青混合料层起到良好的嵌挤作用，铺装层与混凝土板之间的抗剪切性能包含了沥青混合料与桥面板的嵌挤以及粘结层的粘结两种作用。特别是在高温情况下，当粘结层的粘结能力下降的时候，铺装层与桥面板粗糙表面的嵌挤作用是铺装层抗剪的主要因素。

图3、桥面板精铣刨

图4为三种桥面板处理方式的简化图，从图上可以看出精铣刨后桥面板有很多棱角，可以起到一种剪力键的作用，而喷砂处理和人工处理后这种剪力键的作用则不明显。

图4、桥面板处理简化图

无尘自动喷砂机、精铣刨均可以对桥面板进行有效的处理，满足桥面铺装对桥面板洁净、无软弱层的要求。但从桥面抗剪角度分析，精铣刨后桥面板产生的小棱角能够提供一种剪力键的作用，有助于提高桥面铺装的抗剪强度。

2室内抗剪切强度试验

本次通过室内复合试件抗剪切试验评价不同界面处理方式的抗剪切强度。试验过程中选择了热喷改性沥青粘结层和环氧沥青粘结层两种目前使用前景较好的材料进行。

2.1试件成型方法

为真实模拟现场铺装层与桥面板的粘结状况。实验室先成型300×300×40mm的C40水泥板，按照现场桥面板常用处理方法（人工清理＋钢丝刷清扫；铣刨＋钢丝刷清扫；喷砂＋钢丝刷清扫）处理后，按防水粘结层施工要求涂刷防水粘结层，然后在其上轮碾成型60mm的SMA16混合料，成型后的水泥和沥青混合料复合板要求在室温条件下放置24小时，然后钻取直径100mm的试件进行剪切和拉拔试验。

2.245º剪切试验

45º剪切试验可以较好的模拟桥面铺装层在交通荷载作用下界面的受力状况。图5为45º斜剪示意图，试验过程通过解除试模水平约束，使试模水平向不受力，保证试验过程中的竖向力完全由界面承担。

图5、45º斜剪示意图

热喷改性沥青在不同桥面板处理方式条件下的剪切强度如表1所示。

环氧沥青粘结层复合试件成型完毕后，需进行养生。本次采用常温养护3天+60℃养护3天方式，然后进行45º剪切试验。环氧沥青粘结层在不同桥面板处理方式条件下的剪切强度如表2所示。

从热喷改性沥青45º剪切试验结果可以看出，精铣刨处理的桥面板抗剪切能力优于喷砂处理的和人工处理的。60℃精铣刨的抗剪强度较喷砂处理的提高160％，20℃时提高18.7%。在高温条件下，沥青类材料的粘结强度迅速降低，桥面板的物理形状在铺装层的抗剪切能力中起主要作用。

常温养护3天+60℃养护3天的试件在20℃时精铣刨处理的抗剪切强度较喷砂处理提高153%，60℃时精铣刨处理的抗剪切强度较喷砂处理提高81.8％。环氧沥青作为一种热固性材料，其抗剪切强度同样也受桥面板处理方式的影响，精铣刨处理的桥面板抗剪切能力优于喷砂处理。

结合前述界面物理状态分析，可见在高温情况下，桥面板的处理方式对界面的抗剪切能力影响更大，喷砂形成的表面是圆滑的，对界面的抗剪强度是不利的。粗糙的界面提供的抗剪能力比材料粘结性能提供的抗剪能力贡献要大。

2.3直剪试验结果分析

直剪试验反映的是复合试件在只受水平力条件下界面的抗剪切能力，试件受力比较简单，试验能够更加明确的反映界面的抗剪切强度。图8为直剪试验示意图。

图8直剪试验示意图

本次直剪试验在室温下（20℃）进行，表3为不同桥面板处理方法下的直剪试验结果。

从试验结果可以发现无论是采取热喷改性沥青还是常温3天+60℃3天养护环氧沥青粘结层的防水粘结层的方案，精铣刨的直剪强度均要优于喷砂和人工处理的。通过直剪试验再次说明：对界面的糙化处置能够提高铺装层界面的抗剪切能力，进而提高整个铺装层的高温抗剪切能力。

3拉拔试验结果分析

目前，拉拔试验是考察粘结层材料粘结强度的最主要指标之一，拉拔试验可以表征粘结材料的性能，但绝对不能作为决定一种防水粘结层方案是否可行的主要指标。图10为本次拉拔试验示意图。试件成型同前述剪切试验方法。

图10拉拔试验示意图

本次拉拔试验在室温下（20℃）进行，表4为热喷改性沥青在不同桥面板处理方法下的拉拔试验结果。

从试验结果可以发现喷砂、精铣刨拉拔试验结果比较相近，较人工处理方式提高36.6%。拉拔试验结果主要与防水粘结材料的粘结性能以及界面的接触面积相关，喷砂、精铣刨相比人工处理方式有效去除了水泥板表面的软弱层，提高了界面的洁净度，增加了界面之间的接触面积，因此在相同防水材料的基础上获得较人工处理方式更大的拉拔强度。

4研究结论

界面处理是混凝土桥桥面铺装成败的关键。过分依赖粘结层材料的粘结强度提高铺装层与混凝土板的抗剪切强度是当前混凝土桥桥面铺装研究的误区。通过对桥面板的处理，可以有效的提高铺装层的抗剪切强度，特别是高温抗剪切强度，能够起到事半功倍的效果。本文通过室内剪切试验和拉拔试验得出以下研究结果：

1、从桥面板处理后的物理状态考虑，精铣刨后桥面板产生的小棱角能够提供一种剪力键的作用，有助于提高桥面铺装的抗剪强度；

2、无论是沥青类粘结层材料还是环氧类粘结层材料，通过精铣刨处理的桥面板的抗剪切强度优于喷砂处理和人工处理的；

3、拉拔试验表明，精铣刨和喷砂处理均可有效去除桥面板表面的软弱层，提高界面的洁净度，提高铺装层与桥面板之间的粘结强度。

参考文献：

[1]交通部，公路沥青路面施工技术规范JTGF40－2004[S]，北京：2004

[2]中交第三公路工程局有限公司，江苏省交通科学研究院，杭州湾大桥水泥混凝土桥面双层式SMA铺装体系的研究[R]，南京：2007年

[3]江苏省交通科学研究院，水泥混凝土桥面防水粘结体系研究[R]，南京：2006

[4]于良溟，排水性沥青路面防水粘结层研究[D]，[硕士学位论文]，南京：东南大学交通学院，2004