摘要：橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在充分拌合的高温条件下(180℃以上)，与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。2010年北京市顺义区京密路大修工程中白马路桥因原有防水层与沥青面层间粘结不实，导致桥面沥青面层底部透水，经车辆反复行驶后，桥面沥青混凝土出现多处脱落、坑槽现象，严重影响道路通行。本文结合实例，介绍橡胶沥青在桥面防水粘结层上的优势。
关键词：橡胶沥青;防水黏结层;桥面铺装;配合比设计
橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒，再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂，并在充分拌合的高温条件下(180℃以上)，与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。橡胶沥青具有高温稳定性、低温柔韧性、抗老化性、抗疲劳性、抗水损坏性等性能，是较为理想的环保型路面材料，目前主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中。
目前中国高速公路混凝土桥面沥青铺装层的损坏率远大于一般路面的损坏率。病害的成因以水损坏为主，常表现为坑槽、唧浆、推移等。解决铺装结构的水损坏问题是提高桥面铺装质量、增强耐久性的主要技术措施之一。
水泥混凝土桥面板的防水问题不同干一般建筑的防水。由于在使用过程中不断承受汽车荷载的作用.水泥混凝土桥梁将产生不断的振动。同时，由于水泥混凝土桥面板的刚度远远大于铺装的沥青混凝土(一般相差10倍以上)，因此在荷载作用下水泥混凝土面板与铺装沥青混凝土层之间存在较大的剪应力。
当前，解决桥面铺装水损坏的技术措施主要有两种：一是提高铺装沥青混凝土的密实性，提高压实度，减小空隙率;二是完善结构防水黏结层的设置。
1 橡胶沥青路面的性能优势及作用
1.1 性能优势。优异的抗疲劳性提高路面的耐久性能; 由于量高、弹性好，提高了路面对疲劳裂缝、反射裂缝的抵抗能力; 较强的低温柔韧性减轻了路面的温度敏感性; 因为胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂，故提高了道路抗老化、抗氧化能力; 优异的抗车辙永久变形能力; 由于道路的耐久性得到提高，使得道路的养护费用显著降低; 大量使用废旧轮胎，既节约了能源，也有利于环境保护; 橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存，与标线的对比度高，提高了道路的安全性; 橡胶沥青用于沥青混合料时，由于施工厚度薄，施工迅速，缩短了施工时间。
1.2 作用
1.2.1 提高沥青混合料的耐久性和抗疲劳寿命;
1.2.2 改善抵抗路面产生疲劳裂缝和反射裂缝的能力，这是由于高的粘结剂含量、沥青膜厚度和良好的弹性所致;
1.2.3 改善高温抗永久变形能力(车辙、拥包);
1.2.4 改善抗低温裂缝的能力;
1.2.5 提高了薄层罩面的耐久性和使用性能，降低了路面成本;
1.2.6 降低噪声，改善了行驶舒适性;
2 橡胶沥青防水黏结层的特性
橡胶沥青在压、剪状态下具有较高的黏结强度，且在180℃ 高温下仍具有较高的旋转黏度值(40目胶粉，23%掺量条件下旋转黏度约为2～4 Pa· S)，可使沥青洒布量增大到2.2 kg·m-2左右，增强防水黏结层的耐久性[1] 这些特性主要表现在以下3个方面。
首先.橡胶沥青有着优良的黏弹性性能。图l为普通沥青与橡胶沥青的荷载-变形曲线， 曲线下的面积代表破坏前蓄积的能量。对比可以看出，橡胶沥青破坏前蓄积的能量比普通沥青高出30%～50%。
其次，由于橡胶沥青的温度敏感性较低，因此其洒布量并不是一个很关键的指标，从最佳性能出发，橡胶沥青封层洒布量高于其他封层。以公称12.5 mm的碎石封层为例，采用乳化沥青时，洒布量为1.4～1.8 kg·m-2，采用聚合物改性沥青时，洒布量为1.6～2.0 kg·m-2，而采用橡胶沥青的洒布量为2.0～3.0 kg·m-2。
此外，橡胶粉作为轮胎的产品，包含一些添加剂。这些添加剂使得橡胶沥青比普通沥青及其他改性沥青有着更为突出的抗老化性能，能够保持长期的黏弹性性能[2]，进而提高耐久性并减少维修次数。
国内外的实际工程表明，橡胶沥青防水黏结层用于桥面防水，有以下特点：防水效果优良;与混凝土板的黏结性及变形追随性极佳;提高桥面铺装的耐久性;缩短桥面铺装的施工日寸间;节约能源和自然资源;降低养护和维修费用。
3 橡胶沥青防水黏结层试验
确定桥面橡胶沥青应力吸收层配合比最常用的方法是：依靠过去的经验给定橡胶沥青洒布量、碎石粒径及其撒铺量，在实际施工中再根据工程人员的经验进行调整。
在桥面铺装中将沥青混凝土铺筑在刚性基面上.由于水泥混凝土和沥青混凝土两者的弹性模量相差数百倍，沥青混合料面层基本上处于受压状态，因此桥面受到破坏的主要原因不是拉应力，而是上、下层之间的脱离造成的滑移和脱落[3]。桥面铺装层出现拥包和推移的搓板现象主要有两方面原因：一是由于桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量， 加上沥青混凝土厚度较小，沥青层受到较大的剪力，从而引起破坏面的剪切变形;二是由于防水层与沥青混凝土和桥面层间黏结力不足而发生剪切破坏。本次研究基于桥面铺装防水黏结层的受力特性，通过反应层间黏结剪切性能的斜剪试验.确定应力吸收层的碎石粒径、橡胶沥青洒布量.碎石撒布量则按照满铺面积的70%～80%来控制。
3.1 试验方法。振动成型15cm×7cm泥混凝土试件5个，水泥混凝土材料及配合比与桥面板水泥混凝土相同。标养28 d后，用钢刷清除水泥混凝土表面的浮浆，按试验设计橡胶沥青洒布量，在水泥混凝土上洒180℃橡胶沥青。再按照试验设计碎石粒径及撤铺量，将碎石撒布于橡胶沥青面上。待橡胶沥青冷却后，采用静压法在防水层上成型沥青混凝土。将试件在50℃±2℃的条件下放置4 h.取出后立即进行斜剪试验，夹具外形见图2.剪切角为3O°，试验机速度为10mm·min-2。记录试验过程中的最大力及滑移位置。计算试验结果。
3.2 试验结果。本试验原材料均由沪蓉西高速宜恩段路面2标提供.桥面板水泥混凝土标号为3O，沥青混凝土为橡胶沥青混凝土ARAC13，碎石为石灰岩。试验结果见表1。
表1 室内斜剪(50℃)试验结果 MPa
|
碎石粒径/mm |
沥青洒布量/(kg·m-2) |
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1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
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4.8-9.5 |
1.24 |
1.39 |
1.56 |
1.50 |
1.36 |
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9.5-13.2 |
1.03 |
1.34 |
1.57 |
1.61 |
1.44 |
|
13.2-16.0 |
1.06 |
1.43 |
1.65 |
1.69 |
1.58 |
|
16.0-19.0 |
0.86 |
1.13 |
1.35 |
1.36 |
1.32 |
由表1可知，当碎石粒径为13.2～16 mm.橡胶沥青洒布量为2.5 kg·m-2时，斜剪强度出现最大值。随着橡胶沥青洒布量的增大，斜剪强度出现先增大后减小的趋势：随着碎石粒径的增大，斜剪强度总体上也出现先增大后减小的趋势。
除了碎石粒径和沥青洒布量.碎石的撤铺量也是影响应力吸收层各种功能的一个重要因素。碎石太多会影响桥面板与铺装层的黏接，同时造成不必要的浪费：碎石太少则无法提供充足的内摩阻力。根据施工经验，施工时碎石量越少.摊铺机等施工机械对防水黏结层的破坏越严重，应力吸收层的防裂效果也越差，带来泛油、推移等病害。因此在进行桥面沥青防水黏结层的设计和施工时.应严格将碎石撒铺量控制在满铺面积的70%～80%。
3 橡胶沥青防水黏结层施工
3.1 清扫。在防水黏结层施工前应对施工现场进行认真的清理，保证下承层干净、干燥、无浮尘。采用小型打毛机将桥面板表面的浮浆彻底清除后，再用钢丝清扫车清扫，最后结合人工细部清理干净后方可喷洒橡胶沥青。
3.2 橡胶沥青的洒铺。在洒铺过程中，洒铺车应按照试验确定的有关参数，保持匀速行驶，稳定转速，以保证洒铺的均匀。橡胶沥青的洒铺温度为190℃～200℃ ，橡胶沥青洒布量(2.5±O.2)kg·m -2。在沥青洒铺过程中应注重接头的施工处理，具体分为横向接头和纵向接头。在横向接头的位置，再次施工时既要与前次施工紧密衔接，同时也要避免与前次施工的断面重叠。
3.3 碎石撒布。沥青洒铺后紧接着进行碎石撒布，撒布的碎石为通过拌和楼加热到150℃～170℃ 、除尘和筛分为单一规格的粒径为13.2～16 mm的热石灰岩碎石. 撒铺量为满铺面积的70%～80%(一般为8～12 kg·m -2)，要求撒布后各断面上的碎石均匀、无尘。
3.4 胶轮碾压。碎石撤布后紧跟1台胶轮压路机碾压2遍。对施工完成的路段进行检查，主要检查沥青洒布后是否存在局部的油丁，碎石撒布是否均匀，对于撒布较密的部位要清除，对于较稀松的部位要采用人工补撒。
4 施工注意事项
4.1 注意乳化沥青的撒布量，沥青摊铺后会出现表层泛油现象，过少起不到防水作用;
4.2注意靠近路缘石两侧的撒布，因机械撒布限制，此处会出现撒不到的现象，需人工处理;
4.3 铺设沥青防水粘结层后及时撒布经热浸的乳化沥青的碎石，撒布量不应过大，以不粘轮胎且不影响与沥青混凝土的粘结为宜，表面不应有浮散的碎石;
4.4 注意伸缩缝的保护，洒布车过伸缩缝防止保护方木，且伸缩缝需进行覆盖防护;
4.5 做好沥青洒布车和碎石洒布车的选择，撒布橡胶沥青防水粘结层注意出场及撒布温度(乳化沥青防水粘结层粘度较大)，撒布碎石及摊铺面层时运输材料的汽车轮胎需进行处理，防止黏轮;
4.6 桥面洒布前需进行彻底的清扫和检查;
5 质量检查
采用现场拉拔试验检验防水黏结层的铺筑质量。水泥混凝土桥面铺装施工结束1 d后，在桥面铺装上选定几处作为试验位置。用钻芯机在该位置钻孔，深度至水泥混凝土桥面下1～2 cm。钻孔及钻机提升过程中，钻机不得碰触芯样，以免试件遭到破坏。
钻机提离试验位置后，用棉纱将钻孔处芯样表面的水分小心擦干。待芯样表面干燥后，涂抹302改性丙烯酸酯胶黏剂，并与黏结盘黏紧。待胶黏剂硬化后再进行拉拔试验。
将拉拔试验模具安装好后，以一定速率匀速加载，直至芯样被拉伸破坏，记录拉伸破坏力的大小、破坏面的位置和试验现场的路表温度。。
经实验得到，橡胶沥青防水黏结层拉拔强度平均值为0.70 MPa，最高达0.88 MPa，标准偏差0.099。《道桥用防水涂料》(JC/T 975- 2005)规定，桥面防水PB I型材料5O℃黏结强度不小于0.05 MPa[3]。长安大学裴建中教授指出改性沥青防水材料在15℃ 时的黏结强度是60℃ 时的5～10倍。由此推算橡胶沥青防水黏结层50℃的黏结强度是大于0.05 MPa的。
6 结语
试验证明，运用室内斜剪和现场拉拔方法进行桥面橡胶沥青防水黏结层设计与施工是可行的 当路表温度为15℃时，现场拉拔强度可达0.70 MPa，大于JC/T 975- 2005中规定的50℃黏结强度0.05 MPa。
参考文献：
[1]王旭东，李美江，路凯冀.橡胶沥青及混凝土应用成套技术[M]北京：人民交通出版社，2008.
[2]交通部公路科学研究院.废旧轮胎橡胶粉用于筑路的技术研究[R]北京：交通部公路科学研究院，2002
[3]JC/T 975-2005.道桥用防水涂料[S]
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文章名称：
论橡胶沥青防水黏结层在桥梁工程中的应用
文章地址：
http://www.qikanvip.com/luqiaojianshe/2891.html
