一种混凝土桥面自修复排水铺装结构及其施工方法与流程

本发明属于桥面铺装，具体涉及一种混凝土桥面自修复排水铺装结构及其施工方法。

背景技术：

1、混凝土桥梁由于建设成本低，技术难度小，而应用广泛。但混凝土桥具有自重大和面板易开裂，反射至铺装层的缺陷，且混凝土桥面铺装受力特性与传统沥青路面不同，因此采用一般沥青路面设计方法，易导致混凝土桥面铺装耐久性不足，铺装病害频发。

2、为了解决上述问题，目前有研究采用全厚式混凝土铺装对混凝土桥面板进行补强，同时利用可生化反应产生碳酸钙沉淀物的微生物对混凝土裂缝进行修复，但微生物生化反应需要一定水分和空气条件。目前的微生物修复技术，往往修复深度停留在混凝土表面。且直接在拌和过程中加入微生物，会严重影响微生物的活性，修复效果也会受到不利影响。同时，全厚式混凝土桥面铺装作为刚性路面，其行车舒适性与柔性沥青路面有一定差距。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种混凝土桥面自修复排水铺装结构及其施工方法，对混凝土桥面进行补强并提升耐久性能。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、本发明提供的一种混凝土桥面自修复排水铺装结构，从上到下，依次包括：水泥混凝土板基层，湿粘结树脂层，自修复多孔混凝土铺装层，高温反应式粘结层，自修复pa-10铺装层；

4、其中，自修复多孔混凝土铺装层的材料包括混凝土配料和载菌陶粒；

5、载菌陶粒是由陶粒经碳化改性后，负载芽孢杆菌制备而成。

6、进一步的，本发明提供的铺装结构总厚度为5～10cm，湿粘结树脂层的厚度为1～2mm，自修复多孔混凝土铺装层的厚度为4～6cm，高温反应式粘结层的厚度为1～2mm，自修复pa-10铺装层的厚度为3～5cm。

7、本发明中，采用湿粘结树脂层和高温反应式粘结层复配，进一步提升铺装层间粘结能力。并通过自修复多孔混凝土作为铺装下层，对混凝土桥面板进行补强，同时自修复沥青混凝土pa-10作为铺装上层，形成协同作用，满足了路面行车的舒适性需求。

8、其中，自修复多孔混凝土铺装层和自修复沥青混凝土pa-10铺装层均为多孔结构，两层之间形成了双孔结构，不但能够提高路面的排水能力，还能够满足微生物自愈合技术中，对水分和空气的需求，实现铺装上下层的协同修复能力，有效提高铺装结构的抗开裂能力，避免裂缝扩展蔓延。

9、本发明中，还对负载芽孢菌的陶粒载体进行了碳化，经过碳化处理后，降低了陶粒表面的ph值，使之更适宜芽孢杆菌附着生存，同时能够提升载菌陶粒的强度。

10、进一步的，载菌陶粒负载芽孢杆菌的方法，包括将碳化改性后的多孔陶粒，在真空负压条件下浸渍芽孢杆菌悬液后，烘干。优选为，浸渍30min，使陶粒充分吸收芽孢杆菌后，放置于烘箱内恒温烘干即可。

11、进一步的，本发明中，对多孔陶粒进行碳化改性的方法，包括，将多孔陶粒置于碳化箱中，根据碳化箱中的co2浓度、碳化温度和碳化时间调节多孔陶粒的碳化程度。

12、由于芽孢杆菌的生长条件的限制，陶粒的碳化程度需要控制，如果碳化程度较小，无法起到改善表面ph值的作用；若碳化程度过高，则会导致陶粒的强度下降，同时不利于芽孢杆菌的生长繁殖。

13、因此，本发明中，通过控制碳化箱中的co2浓度、碳化温度和碳化时间，将陶粒的碳化程度控制在20％～30％；同时，碳化改性后的陶粒粒径为1～4mm，吸水率为1～3％，莫氏硬度为6～8。

14、进一步的，碳化箱的参数设置为，co2浓度为2％～100％、碳化温度为5～50℃、相对湿度30％～70％，碳化处理时间为24h。

15、进一步的，芽孢杆菌的培养方式，包括，将芽孢杆菌菌液置于培养基中培养后，经过离心沉淀和重悬制成芽孢杆菌悬液。优选为，将芽孢杆菌菌种在ph值7～7.5d的lb液体培养基中培养24～26h，待菌液od400值为2.650～2.850，酶活性为0.025～0.029μmol/min，随后通过离心沉淀和重悬支撑芽孢杆菌悬液。

16、本发明提供的培养条件，能够使微生物的浓度和活性更加适应本发明中的铺装结构的内外环境，并且在生化作用下产生修复物质效率最高。

17、进一步的，载菌陶粒掺量为混凝土质量8％～20％。

18、进一步的，按照质量比计算，混凝土配料为，水:砂:天然碎石:水泥＝(0.4～0.5):(3.0～3.4):(1.5～2.0):(1.0～1.6)。

19、进一步的，自修复pa-10铺装层的材料包括，高粘改性沥青、玄武岩集料、聚酯纤维和沥青修复胶囊。其中，玄武岩集料分为粗集料和细集料以及矿粉；该材料的质量比优选为，粗集料:细集料:矿粉:沥青修复胶囊＝(78～81):(12～14.5):(1.5～3):(2～3)，油石比为5.1％～5.5％，聚酯纤维掺量0.2％～0.6％。

20、经过上述配方配制后，自修复pa-10铺装层的空隙率为14～22％，本发明中，将空隙率控制在这个范围内，在保证铺装层强度的情况下，给陶粒中的芽孢杆菌提供充足的水分和空气，有效提高芽孢杆菌的生物修复能力。

21、进一步的，沥青修复胶囊由沥青再生剂作为囊芯，海藻酸钠胶体作为外壁。

22、进一步的，沥青再生剂，按照重量份数计算，包括如下组分：大豆植物油10～20份、玉米植物油10～15份、废旧橡胶粉1～5份、环氧化大豆油0.5～2份、烷基取代的苯酚聚氧乙烯醚0.5～20份和二烷基二硫代磷酸盐1～10份。

23、其中，沥青再生剂外观为棕黑色，ph值9.5～10.5，活性物含量40％～60％，恩格拉粘度e25为6～7。

24、进一步的，沥青再生剂的制备方法如下：将上述材料按照比例混合后，加热至100～120℃，并保持恒温，随后以600～800r/min转速搅拌20～30min后获得。

25、进一步的，沥青修复胶囊的制备方法如下：按照质量分数计算，将沥青再生剂1～2份和海藻酸钠6～8份混合后，采用3000～5000rpm的转速将混合物搅拌10～20min后，得到乳浊液；将乳浊液滴定至浓度为2～4％的氯化钙溶液中，并在600～800rpm的转速下搅拌2h；最后将含乳浊液的氯化钙溶液在室温下通风去除水分，获得沥青修复胶囊。

26、进一步的，高粘改性沥青的软化点为106～108℃，针入度为46～47cm，延度为88～90cm，60℃黏度为56000～58000pa·s，稳定性为0.1℃。

27、进一步的，按照重量份数计算，本发明提供的高温反应式粘结层的材料包括如下组分：线型酚醛多缩水甘油醚70～80份，单官能度活性稀释剂10～20份，环氧基硅烷偶联剂1～3份，线型双官能度仲胺固化剂10～20份，己二酸二酰肼固化剂3～10份和防沉剂1～2份。

28、进一步的，按照重量份数计算，本发明提供的湿粘结树脂层的材料包括如下组分：环氧树脂65～70份，聚酰胺固化剂12～16份，聚异氰酸酯粘合剂5～10份，聚醚树脂活性增韧剂2～5份和石英粉水性增强剂2～5份。

29、本发明的第二个目的是提供一种混凝土桥面自修复排水铺装结构的施工方法，具有同样的技术效果。

30、本发明的上述技术目的是由以下技术方案实现的：

31、本发明提供的混凝土桥面自修复排水铺装结构的施工方法，具体包括如下操作步骤：

32、s1、对水泥混凝土板基层进行铣刨处理；优选为，铣刨为超精铣刨，铣刨深度为2～3mm，铣刨完成后，对表面进行抛丸处理，获得粗糙度良好且洁净的混凝土面板基层；

33、s2、将湿粘结树脂层的材料喷涂于水泥混凝土板基层上，形成湿粘结树脂层；具体为，抛丸处理完成后2h内，将湿粘结树脂层的材料以1～2kg/m2喷涂于混凝土面板基层上；

34、s3、将自修复多孔混凝土铺装层的材料铺筑于湿粘结树脂层上，形成自修复多孔混凝土铺装层；

35、s4、清除自修复多孔混凝土铺装层表面杂物后，将高温反应式粘结层的材料均匀涂布其表面，形成高温反应式粘结层；具体涂布量为0.5～0.6kg/m2进行均匀涂布；

36、s5、在高温反应式粘结层表面铺设自修复pa-10铺装层的材料，形成自修复pa-10铺装层。

37、进一步的，步骤s3的具体操作为：

38、s31、采用卧式搅拌机按照25～35rpm/min的速率将干混料搅拌1min；

39、s32、然后再添加拌和用水，湿拌5～8min形成自修复多孔混凝土铺装层的材料；

40、s33、铺筑，控制振捣间距为0.5～1.0m，每处振捣时间为10～20s；

41、s34、振捣密实后，在初凝前，进行表面压光处理，并在终凝后对表面作拉毛处理，增强附着力，使层间更好的结合；

42、s35、随后喷洒水雾，并覆膜保湿养护14d，形成自修复多孔混凝土铺装层。

43、进一步的，步骤s5的具体操作为：

44、s51、按质量计称取粗集料、细集料、矿粉、沥青修复胶囊和聚酯纤维；

45、s52、采用卧式搅拌机按照30～45rpm/min的速率干拌15～25s；

46、s53、随后以5.1～5.5％的油石比加入高粘改性沥青进行拌和，湿拌40～55s，形成自修复pa-10混合料；

47、s54、摊铺，控制摊铺温度在165℃以上，初压温度控制在155℃以上，采用钢轮压路机进行初压和复压，碾压次数2～4次；

48、s55、最后采用胶轮压路机进行终压，碾压次数1～2次，形成自修复pa-10铺装层。

49、进一步的，自修复多孔混凝土铺装层的铺筑需在湿粘结树脂层形成的1h之内。

50、进一步的，自修复pa-10铺装层的铺筑需在高温反应式粘结层涂布后的1h内进行。

51、综上所述，本发明具有以下有益效果：

52、(1)本发明采用与水泥混凝土铺装同步固化的湿粘结树脂层和与沥青混凝土同步固化的高温反应式粘结层作为防水粘结层，增强铺装层间连接，从而提高铺装整体界面连接、结构协同稳定性以及层间抗滑移性能。

53、(2)采用多孔水泥混凝土结构中掺加预负载微生物的陶粒以实现开裂病害自修复功能，结合上层大空隙自修复pa-10结构以满足微生物所需空气和水分需求，有效提升微生物自修复作用深度，同时实现上下面层排水与自修复功能的协同一致性。

54、(3)相比全厚式混凝土铺装结构，本发明提供的混凝土桥面自修复排水铺装结构，采用多孔混凝土铺装下层对混凝土桥面进行补强，采用pa-10沥青混凝土铺装上层减少桥面荷载且保证行车的安全舒适性。