作为桥梁结构的重要部分，桥面铺装不仅要参与结构体系受力，还要承受车辆、温度等局部荷载作用，其质量直接影响到桥梁使用的耐久性和安全性。目前混凝土桥梁桥面铺装主要为10cm带钢筋网片的混凝土整平层+10cm沥青混凝土铺装层或水泥混凝土铺装。但随着近年来交通量和重载车辆比例的增长，桥面铺装普遍出现开裂、坑洞和钢筋外露等问题，跳车现象严重，基本上3～5年即需要维修，甚至时间更短。这些病害不仅影响了行车和桥梁安全，而且一旦开始维修，势必会对路段的通行能力和运营安全带来影响。相关规范对整平层混凝土厚度、强度等级和钢筋网间距、钢筋直径等都提出了明确要求，但从目前的施工和使用现状来看，钢筋网间距不等，焊接或绑扎马虎、杂乱无章；钢筋网下垃圾和积水未完全清理；车辆碾轧、施工踩踏、砂浆垫块压碎，使钢筋网片“沉底”等因素，都易造成铺装层与梁顶界面粘结性能差，混凝土局部强度降低，在车辆荷载的反复作用下，易形成疲劳开裂、坑槽等病害。由此可见，钢筋网片对铺装层混凝土收缩与受力性能的作用很难达到设计要求。本文针对混凝土桥梁桥面铺装现状及存在问题，提出了强劲组合桥面铺装新型结构体系，对它的关键技术加以阐述，并介绍其在旧桥改造中的应用。

带钢筋网片的传统桥面铺装整平层施工质量较差，病害不断。现有桥面改造除进行常规修补外，其余均是将铺装层凿除后重新铺筑，但未解决钢筋网片“沉底”等造成桥面铺装反复出现病害的根本原因。强劲组合桥面铺装是由高抗裂混凝土整平层、整平层与梁体的界面连接层、整平层与沥青混凝土面层的应力吸收连接层，共同组成的新型结构体系，如图1所示。高抗裂混凝土整平层采用低收缩高韧性混凝土，其整体强度高、收缩量小、抗裂性与弯曲韧性好；与梁体界面连接层通过梁体顶面设置马蹄形柔性剪力键，既增强了与主梁的连接强度，又提高了整平层混凝土整体协同工作性能，主梁顶面经充分保水湿润、清洁除尘处理，保证界面无软弱层，避免干缩分层，提高界面粘结能力。与面层沥青混凝土的粘结层则通过整平层顶面铺设防水应力吸收层，增强与沥青混凝土的连接性能，并阻止裂缝向面层反射。

图1 强劲组合桥面铺装结构示意图

强劲组合桥面铺装取消了钢筋网片，降低了工程成本，从根本上解决了钢筋网片“沉底”、主梁顶面积水污物难以清理而形成软弱层、削弱界面连接的难题；采用8mm光圆钢筋的马蹄形柔性剪力键，不但锚固效果好，而且能有效避免剪力键复位时的折断；所提出的界面粘结复合强化技术，层间结合可靠，提高了桥面铺装新型结构体系的整体协同工作性能。

整平层混凝土的强化

1.减缩增韧技术

减缩技术是通过控制胶材用量抑制水化温升、掺入内养护减缩剂、膨胀剂补偿收缩三重作用来降低混凝土收缩，提高其体积稳定性。技术原理上则采用高支化、多活性接枝点、高亲水性淀粉为骨架，以带-CONH2等亲水基团的不饱和烃为支链的内养护材料，提供储水与释水动力，起到内养护作用，避免外养护水难以渗透、无法补充混凝土内部水分损失的问题；结合烷基聚氧乙烯醚等减缩组分，形成内养护型减缩剂，其亲水基团与水分子相互吸引溶于水，憎水基团与水分子相互排斥，降低毛细孔中水的表面张力，从而实现减小混凝土收缩。实验结果表明：掺加减缩剂后使混凝土的收缩大幅减少，且与聚丙烯腈纤维复掺后效果更加明显。如图2所示，90d收缩率降低33.3%，与聚丙烯腈纤维复掺后，90d收缩率则降低47.6%。

图2 减缩剂对混凝土收缩的影响

增韧技术则是通过掺入增韧聚合物，以其超长分子链的硅氧烷和聚醚基团为增韧组分，在碱性体系中水解生成活性Si-O-基团，参与C-S-H凝胶的水化过程，使C-S-H凝胶聚合度增加，同时利用硅氧烷基团的遥爪功能，强化C-S-H凝胶层间连接，提高混凝土韧性指数，从而实现混凝土原位增韧。而且，随着增韧组分的增加，C-S-H凝胶聚合度和分子链增加，加强了C-S-H胶凝层间的连接，混凝土弯曲韧性明显提高，如图3所示。混掺钢纤维与聚丙烯腈纤维，其在混凝土中以三维方式均匀、无序分布形成纤维网，实现空间增韧；聚丙烯腈纤维限制混凝土早期裂纹、钢纤维抑制中后期裂纹并提升强度，达到混凝土全寿命持续强韧化。

图3 不同掺量增韧聚合物混凝土韧性

2.混杂纤维复合技术

为了提高桥面铺装的耐久性，首先必须提高整平层混凝土的均质性，避免裂缝的产生，因此提出了混掺聚丙烯腈纤维与钢纤维的新技术。通过比选不同纤维发现，与聚丙烯纤维相比，聚丙烯腈纤维具有分散性与亲水性好、抗拉强度与弹模更高、延伸率与耐老化性优、比表面积与根数多、与混凝土握裹力强等特点，因此桥面铺装整平层混凝土应采用聚丙烯腈纤维。如表1所示，通过对比不同种类钢纤维混凝土性能可知，钢纤维宜选用多锚点型钢纤维，其表面有明显压痕，与混凝土基体粘结强度高，混凝土耐磨性良好，且分散性好、不宜结团。

通过对掺加不同种类纤维混凝土的弯曲韧性和疲劳性能进行实验研究测试，混凝土的性能测试结果可见表2与表3。将不掺纤维、单掺聚丙烯腈纤维、单掺钢纤维、混掺聚丙烯腈纤维与钢纤维的弯曲韧性对比，混杂纤维混凝土试件初裂荷载、初裂挠度与弯曲韧性指数均较高，柔韧性好。疲劳荷载应力比分别取值为0.6、0.7、0.8，对3组不同类型纤维混凝土进行疲劳试验，其中混杂纤维混凝土试件破坏时疲劳次数最高，抗疲劳性能最好。

3.合理控制水泥用量

水泥用量是保证混凝土强度、弹性模量的关键，但是若水泥用量多，易造成其水化热高、收缩量大等问题。因此，配合比设计过程中，宜通过采用高效减水剂、掺加矿物掺合料、合理设计级配等措施，选用适当的水泥用量。

配合比集料组成设计采用密实骨架堆积法，首先将不同比例的粉煤灰（将粉煤灰作为矿物掺和料的代表，其他矿物掺和料计算方法与此相同）与砂进行充填单位重试验，获得最大单位重，再以粉煤灰与砂为细集料与石子进行充填单位重试验，从而获得三者中最大单位重。由此可计算出最小空隙率，所需要的润滑浆量，依据强度和耐久性需求设定水胶比。密实骨架堆积法以大量满足稳定性要求的集料为骨架，采用致密配比技术，使粗细集料的堆积密度达到最大值，从而使水泥混凝土的结构达到最密实的程度，在保证混凝土强度的同时，最大程度地降低了水泥用量。

4.整平层混凝土养护

桥面铺装混凝土浇筑过程中，50%以上暴露于大气环境中，其养护技术是提高桥面铺装质量的关键。采用及时覆盖塑料薄膜养护技术，能有效抑制塑性混凝土表面的水分蒸发，减少甚至消除混凝土塑性开裂，提高混凝土耐久性能。通过是否覆盖薄膜的试验研究，表明其对混凝土耐久性影响很大，试验结果如表4所示。

界面连接强化技术

桥面铺装结构的寿命，不仅取决于整平层本身的强度高、收缩量低、韧性好，还取决于整平层与梁体和沥青混凝土面层的连接强度。复合强劲桥面铺装通过在梁体顶面设置柔性马蹄形剪力键、清洗和浸透梁体表面后，再及时浇筑混凝土的工艺技术，增强了其与梁体的界面连接。在整平层顶面设置防水粘结应力吸收层，保证了沥青混凝土与整平层的连接。

1.与主梁界面连接

当未设置剪力键时，通过试验将整平层与梁体界面情况，分别在界面保水、干净干燥、积水、泥沙4种状态下的力学性能进行对比。界面情况对组合结构早期抗压强度影响并不明显；对于后期抗压强度，在界面积水时相对较高，而在其他三种界面条件下数值均较为接近，如图4所示。梁体与整平层组合结构的抗拉、抗折、抗弯强度，均以界面保水时最大，干净干燥条件下次之，随后是积水的界面，有泥砂时则强度最小，如图5-7所示。因此，界面应清洁除尘、充分润湿，但不能有积水。

通过图8～11可知，设置剪力键时，保持界面干净、充分润湿，含有剪力键的组合结构的抗压、抗拉、抗折与抗弯强度，均高于不设剪力键的组合结构，且后期更为明显；马蹄形剪力键对各强度的贡献均大于L形剪力键。同时，对比剪力键间距对抗折强度的影响发现，剪力键间距为500mm时的抗折强度较300mm时高。

由于车辆荷载作用下铺装层表面出现的拉应力是引起铺装破坏的主要原因，因此加载时将铺装层处于弯拉受力区。试验结果表明：采用界面连接强化的整平层结构疲劳寿命均超过200万次，均大于采用钢筋网构件的疲劳寿命。且马蹄形剪力键对疲劳寿命的贡献略大于L形剪力键，如表5所示。通过设置不同剪力键间距进行疲劳试验，试验结果如表6所示，剪力键间距为400～1000mm时，疲劳寿命均超过200万次；随着间距增大，结构的疲劳寿命则降低，当其超过500mm时，疲劳寿命将明显降低。因此，剪力键间距应以小于500mm为宜。

因此，采用8mm光圆钢筋马蹄形剪力键，间距为50×50cm，增强了铺装层整体受力性能与梁体粘结性能；同时对梁体顶面清洁和浸透，保证了结合面间无软弱层，确保新混凝土与梁体间结合紧密，极大地提高了界面粘接力，提高了桥面铺装的整体性能。

2.与沥青混凝土面层界面连接

桥面铺装的沥青面层是透水的，水分渗入面层内部并达到水泥混凝土面整平层，不但会造成桥面铺装层的破坏、沥青铺装层与桥面混凝土整平层的脱粘，还会造成桥面板预应力混凝土的钢筋锈蚀等问题，影响整个桥梁结构的耐久性。因此，提高桥面铺装沥青混凝土面层与水泥混凝土整平层的防裂、防水等性能，是延长桥面铺装寿命的关键。复合强劲桥面铺装采用橡胶类改性剂，制备高粘高弹改性沥青，结合适量碎石撒布，在整平层顶面形成防水粘结应力吸收层，对整平层与沥青混凝土面层发挥过渡粘结、吸收应力和防水的作用，能有效避免界面开裂。

通过对应力吸收层的力学性能的试验研究，探讨了应力吸收层沥青、碎石撒布量的最佳数据，保证了结构强度、粘结力和疲劳性能。通过试验结果图12-17表明：沥青撒布量为2.2-2.5kg/m2、碎石撒布量为14-16kg/ m2时使用性能最为优良。通过对应力吸收层力学性能测试：混凝土板破坏时，沥青混凝土底面的换算应力为0.415MPa，较未铺应力吸收层时减小了41.8%，具有明显的应力吸收效果；且明显低于应力吸收层底面的换算应力0.934MPa，有效缓解了应力集中现象，阻止裂缝向沥青混凝土面层传导。采用高粘高弹应力吸收层的铺装结构，沥青混凝土底面开裂的疲劳次数为30500次，而未铺应力吸收层时仅为6760次，提高抗疲劳次数4倍以上，应力吸收效果优良。

通过工程应用总结提升，建立了桥面铺装层整平层成套工艺与质量控制技术，如图18所示。

图18 复合强劲桥面铺装施工工艺和质量控制图

强劲组合桥面铺装目前已成功应用于雅西高速公路腊八斤特大桥、石滓经河特大桥、黑石沟特大桥桥面改造工程。三桥均于2018年进行桥面改造，采用的是8cm整平层+4cm沥青层的强劲组合桥面铺装，运营至今，工程效果良好，未发现病害情况。

强劲组合桥面铺装相对于传统带钢筋网片铺装形式，其重量减轻了约24%～39%，每公里可减少投资约61万元，缩短工期约35%。而且该技术从根本上解决了钢筋“沉底”失效、污物难以清除削弱界面连接和耐久性差的难题，简化了施工，延长了桥面铺装使用年限。

本文主要对现有混凝土桥梁桥面铺装出现的病害进行分析，针对桥面铺装改造过程中病害反复出现的情况，提出了一种桥面铺装新型结构体系，并对其结构体系和技术特点，作了详细介绍，具有施工工序简单、难度低、工期短、造价低等突出特点，可广泛应用于混凝土新建桥梁桥面铺装和旧桥桥面铺装改造工程。

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知识点：强劲组合桥面铺装技术与旧桥改造