劉世康

關鍵詞 鋼橋面鋪裝;澆筑式瀝青混凝土;環(huán)氧瀝青混凝土;防水粘結體系

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0108-03

0 引言

改革開放以來，國內的交通建設蓬勃發(fā)展，橋梁建設技術水平逐年提高，目前已經(jīng)承建了許多世界級的大跨徑橋梁工程。其中，鋼橋面鋪裝技術是橋梁建設項目中的重點，受到國內研究學者的廣泛關注。國外在大跨徑橋梁的建設相較于國內起步較早，特別是在鋼橋面鋪裝技術方面，積累了大量先進經(jīng)驗[1]，德國、日本等國家制定了鋼橋面鋪裝規(guī)范。

如今的鋼結構橋梁以結構復雜的正交異性橋面板結構居多，其受力和變形特點遠比一般公路和混凝土橋梁的鋪裝復雜[2]。鋼橋面鋪裝結構不僅能夠將車輛荷載傳遞到鋼橋受力層，同時防止鋼橋面腐蝕的保護層，為行車提供舒適度的服務層。鋼橋面鋪裝質量直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁結構的耐久性，以及投資效益和社會效益[3]。經(jīng)過各學者30余年的不懈努力，使鋼橋面鋪裝結構和體系逐漸完善和成熟。該文主要針對鋼橋面鋪裝材料與結構、防水材料與防水粘結體系兩個方面對國內外研究現(xiàn)狀進行分析。

1 鋼橋面鋪裝材料與結構

目前，瀝青混合料體系仍是鋼橋面鋪裝結構的主要體系。隨著科研人員的不懈努力，研發(fā)出不同類型的改性瀝青，包括澆筑式瀝青混凝土GA、環(huán)氧樹脂瀝青混凝土、瀝青混凝土MA以及改性瀝青SMA等不同性能的鋪裝材料。依據(jù)不同的鋪裝材料組合形式，國內外大跨徑鋼橋面常用的鋪裝結構主要包括：澆筑式混凝土類、環(huán)氧瀝青混凝土類、組合鋪裝結構類[4]。

1.1 澆筑式瀝青混凝土

澆筑式瀝青混凝土屬于懸浮密實結構，擁有較小的孔隙率，在較高的施工溫度下保持較好的流動性。澆筑式瀝青混凝土在成型后具備較好的抗老化性能以及變形能力，能夠在低溫環(huán)境下保持整體性能，很少出現(xiàn)低溫開裂等病害。此外，澆筑式瀝青混凝土與鋼板之間能夠保持較好的粘結性，能夠提升鋪裝路面的使用耐久性[5]。

澆筑式瀝青混凝土按照生產(chǎn)工藝可分為GA和MA兩種。主要區(qū)別在于瀝青膠結料的配比設計，MA使用的膠結料屬硬質瀝青，是由高含量湖瀝青和少量普通瀝青混合配比而成;GA使用的膠結料配比主要分為3類，在湖瀝青的基礎上，配比定量的基質瀝青、改性瀝青或者聚合物改性瀝青[6]。國內比較經(jīng)典的澆筑式橋面鋪裝結構是在鋪裝面層設計SMA型路面結構，此種骨架結構的路用性能較好，在公路瀝青路面設計中使用廣泛，能夠為行駛車輛提供較好的抗滑力，保障行車安全[7]。澆筑式橋面鋪裝結構造價相對經(jīng)濟，在20世紀引入國內，相關技術人員對澆筑式鋪裝技術進行了大量的研究，并在較多的橋梁建設項目工程中使用，其中的代表橋梁有重慶菜園壩長江大橋、深圳灣公路大橋等，表現(xiàn)出較好的使用效果。國家交通運輸部在2006年制定的鋼橋面鋪裝設計規(guī)范中，對不同工程狀況下的澆筑式瀝青混凝土鋪裝結構性能與施工標準進行了詳細的介紹。而且，澆筑式瀝青混凝土技術還在不斷發(fā)展，最近幾年修建的大跨徑鋼橋中也有較多使用澆筑式鋪裝結構，在后續(xù)的澆筑式瀝青混凝土運用中，不斷總結與改進澆筑式鋪裝工程技術，使?jié)仓綖r青混凝土技術逐漸完善[8]。

1.2 環(huán)氧式瀝青混凝土

環(huán)氧瀝青混凝土EAC是在瀝青中添加環(huán)氧樹脂和固化劑。環(huán)氧樹脂作為新興路面材料，近些年在公路工程中廣泛應用，在添加路面基本鋪筑材料，并經(jīng)過一段時間的養(yǎng)護之后，樹脂膠漿中會出現(xiàn)一些細小的孔洞結構，而且強度較高，適合作為混合料膠結材料。環(huán)氧瀝青混凝土作為一種優(yōu)良的熱固性鋪面材料，在建設完成后具備較高的強度和耐久性，能夠承受行車荷載施加的疲勞荷載。環(huán)氧瀝青混凝土類典型鋪裝結構一般采用雙層環(huán)氧瀝青混凝土，其中，某些大跨徑橋梁也有采用在環(huán)氧瀝青混凝土上層加鋪改性瀝青混凝土的結構形式。這兩種結構在國內橋梁建設中均得到了成功應用，武漢興州長江大橋、天津國泰大橋設計使用的環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結構運營多年，僅進行了少量修補，可見環(huán)氧式瀝青混凝土類型的可靠性[9]。

目前，依據(jù)施工時橋面攤鋪溫度的不同，環(huán)氧式瀝青混凝土主要可以分為冷拌、溫拌，以及熱拌3種類型。其中，環(huán)氧式瀝青混凝土常用冷拌類型鋪裝結構，根據(jù)各功能層具體作用分層設計，各層功能明確，在鋪裝完工之后具有較好的使用性能，特別是在交通量較大的橋梁使用過程中，環(huán)氧瀝青混凝土能夠較好地抵抗車輛荷載的剪切作用，減少路面裂縫的產(chǎn)生，提升鋪裝層的使用壽命，因此得到了國內外許多橋梁設計人員的認可[10]。此外，環(huán)氧式橋面鋪裝結構施工便捷，對于橋梁所處的氣候環(huán)境具備較高的適應閾值，后期維修較為方便。

1.3 組合鋪裝結構

組合鋪裝結構在前兩種結構形式基礎上發(fā)展而來，充分考慮結構層材料特點進行橋面鋪裝，一般為兩種以上不同材料進行組合鋪裝，組合設計形式多樣，能夠在最大程度上提升橋面鋪裝的設計使用年限。組合鋪裝在國內外均有大范圍推廣應用，其中國外鋼橋梁設計中多在不同材料粘結層之間添加強度較大的鋼板，同時在鋪裝材料中添加石英礦粉等材料，提升材料的整體剛度，與鋼板緊密結合共同形成橋面鋪裝體系，不過此種方法造價昂貴，在鋪裝設計過程中應根據(jù)橋梁所在地區(qū)的環(huán)境氣候，選擇合適的粘結劑，避免結構層出現(xiàn)空隙，影響鋪裝層的性能，使其服務壽命大打折扣[11]。組合鋪裝結構在國內鋼橋梁鋪裝設計中的應用近年來逐漸增多，國內科研人員考慮使用有機纖維代替石英礦粉等材料，提升鋪裝材料的粘結強度，降低造價的同時能夠減小橋面的重量，增加橋梁的穩(wěn)定性[12]。目前瀝青路面裂縫自愈合研究火熱，添加不同性質的纖維材料，在橋面鋪裝中使用自愈合技術，當鋪裝層在行車荷載反復磨耗之下出現(xiàn)微小的裂縫時，橋面瀝青路面裂縫能夠自主修復，減輕橋梁的養(yǎng)護工作強度，在國內非常具有推廣價值。

2 防水粘結材料與體系

由于世界各國的氣候以及橋梁發(fā)展水平存在較大差異，所以世界各地的大跨徑鋼橋使用的防水粘結材料與體系不盡相同。世界各國的橋梁建設者依據(jù)建造橋梁的使用條件以及國家經(jīng)濟水平，發(fā)展出了不同類型的防水粘結材料。目前，主要有熱熔型、溶劑型，以及熱固型材料三種防水材料應用于正交異性鋼橋面鋪裝[13]。

2.1 防水粘結材料的種類及特點

2.1.1 熱熔型材料

熱熔型粘結材料由瀝青摻加樹脂（如松香）和各種聚合物組成。這種材料在常溫下能夠承受行車荷載造成的疲勞破壞，保持自身的穩(wěn)定性，同時也具備較好的水穩(wěn)性，抵抗雨水侵蝕。但是，此種材料在高溫環(huán)境下容易變軟，導致鋪裝結構層間粘結性變差。目前，國內的鋼橋面鋪裝多采用熱熔型材料作為鋪裝下層的粘結材料。

熱熔型粘結材料在施工過程中的處理步驟較為復雜繁瑣，需要在施工前長時間加熱，做到充分的融化;在達到施工規(guī)范要求的溫度后，需要將防水材料攪拌均勻;隨后利用專業(yè)施工設備將材料均勻撒布到鋼橋表面。由于熱熔型材料具有較高的粘彈性，所以當加熱溫度較低時，防水材料處于粘稠狀態(tài)，會影響撒布效果，增加施工難度與施工操作時間。當施工溫度過高時，熱熔型材料的性質會發(fā)生變化，材料會損失一定的粘彈性，影響材料的防水效果。

2.1.2 溶劑型材料

溶劑型粘結材料一般多指乳化瀝青和可溶性橡膠瀝青?？扇苄圆牧显趪馐褂玫妮^多，比如日本的交通行業(yè)規(guī)范中對于鋼橋面鋪裝防水材料要求，多推薦使用溶劑型防水粘結材料。日本著名的明石海峽大橋的防水材料使用的就是瀝青橡膠系列的溶劑型防水材料，取得了良好的防水效果。國內橋梁初期使用的溶劑型材料較少，香港青馬大橋以及湖北省宜昌市的西陵長江大橋采用了改性乳化瀝青作為橋面的防水粘結材料，隨著國內橋梁建設數(shù)量的逐步增多，越來越多的大跨徑鋼橋梁使用改性乳化瀝青作為橋面鋪裝的封層材料，但是，改性乳化瀝青材料在高溫下的穩(wěn)定性較差，在施工過程中材料的內部的熱敏物質會釋放氣體，影響攤鋪的效果。

2.1.3 熱固性材料

熱固性粘結材料指環(huán)氧瀝青，它通過往瀝青中摻入一定比例的環(huán)氧樹脂及固化劑與催化劑后在加熱條件下發(fā)生復雜物理化學反應而得到。它將環(huán)氧樹脂加入瀝青中，經(jīng)與固化劑發(fā)生固化反應，形成不可逆的固化物。熱固性材料的性質與普通瀝青材料有較大的不同，與熱熔型材料與溶劑型材料相比具備優(yōu)良的物理力學性能。具備較好的水穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，能夠承受更多復雜的交通荷載作用，鋼橋面鋪裝結構采用熱固性材料能夠減少高溫環(huán)境中路面的車轍與推移病害。南京長江二橋使用的就是這種材料，在橋梁建成通車之后，使用性能良好，在國內得到了成功運用。但是，環(huán)氧瀝青在實際施工時，對施工條件、組織和機械要求較高，由于環(huán)氧瀝青是熱固性材料，尤其對溫度和時間很敏感，極大地增加了施工難度，且低溫勁度大，易開裂，施工復雜，不易控制。

2.2 防水粘結體系

在鋼橋面鋪裝體系中，通常將鋪裝上層以下的鋪裝結構層統(tǒng)稱為防水體系，實現(xiàn)橋面防水和傳遞汽車荷載的作用，是鋼橋面鋪裝的核心結構層次。世界各國的工程師依據(jù)使用經(jīng)驗和國內氣候特點，研發(fā)出了不同的防水體系。目前，防水粘結體系依據(jù)防水粘結材料的不同，主要可以分為卷材類、反應樹脂類、瀝青類等，不同類型的材料具備不同的功能，各類材料組合發(fā)揮防水粘結作用。其中，Eliminator防水粘結體系與MMA防水粘結體系的應用較為成熟，以下對這兩種防水體系進行簡單的介紹：

Eliminator防水粘結體系由英國首先在橋梁建設過程中使用，取得較好的防水效果，隨后在世界范圍內得到了大量的應用，其中，歐洲各國建設的鋼橋和混凝土橋梁采用該防水體系，使用壽命超過了50年。Eliminator防水粘結體系在國內也有廣泛的應用，比如江陰長江大橋使用Eliminator防水粘結體系，與上層聚合物改性瀝青混凝土結合，結構性能優(yōu)良，通車多年未出現(xiàn)路面常見病害，適合在國內的橋面鋪裝中大范圍推廣應用。

MMA反應型防水卷材發(fā)展得較為完善，在世界范圍內的大跨徑橋梁均有使用。該防水體系以MMA防水卷材為基礎，增加防腐層與粘結劑，與鋼橋面鋪裝上層的瀝青混凝土具備較好的粘結性。鋪裝成型之后具備優(yōu)良的穩(wěn)定性，承受不同類型的車輛荷載的反復作用保持原有形狀，擁有較高的抗剪強度，不會出現(xiàn)坑槽或推移等病害[14]。

3 結論與展望

通過對鋼橋面鋪裝材料與結構、防水粘結材料與防水體系的研究進行分析，結果表明：鋼橋面鋪裝是一個多因素影響的復雜系統(tǒng)問題，鋼橋面鋪裝方案選擇和設計時，應對鋼橋面結構、交通荷載、氣候環(huán)境進行系統(tǒng)分析，根據(jù)鋼橋面鋪裝技術指標要求，進行鋼橋面鋪裝一體化設計研究，確定合理可行的鋪裝方案和施工方案，實現(xiàn)鋼橋面鋪裝長壽命和耐久性目標。

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