大型钢桥桥面铺装新型材料的研发与应用

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1、一、项目概要及研究目的、意义随着我国经济的快速增长，作为基础工业之一的交通运输业有了重大的发展，桥梁的建设也取得了长足的进步。近十几年来，我国建设了许多大跨径桥梁。其中大型钢桥结构以其轻量化和经济性得到了广泛的应用，在公路交通中起着越来越重要的枢纽的作用。同时，随着交通量和重型车的迅速增加，特别是近年来超载现象严重，使桥面铺装的破坏情况越来越严重，有为数不少的桥梁通车后不久，桥面铺装就不同程度的出现了裂缝、拥抱、车辙、破碎、脱落等病害。因此，桥面铺装成为制约大跨径钢桥建设和发展的一项关键技术。对于交通量

2、大的大跨径桥梁的桥面铺装，维护较困难，一旦破坏，就必须进行维修，导致交通阻塞，因而造成不可估量的经济效益和社会效益的损失。所以开展大型钢桥桥面铺装新型材料的研发与应用具有十分重要的意义。桥面铺装是桥梁结构中复杂又重要的组成部分，其质量的好坏对于桥梁在建成营运期间的行车安全性、舒适性以及美观性等方面都起着至关重要的作用。桥面铺装的主要功能有以下几个方面:一是可以分散荷载并参与桥面结构的共同受力;二是联络各主梁使其协同作用;三是作为保护层防止桥面结构部分磨损或受到雨水侵袭。鉴于此，桥面铺装应具有足够的强度和

3、良好的整体性，并且具有足够的抗车辙、抗裂、抗疲劳、抗冲击和耐磨性能。钢桥面铺装是铺设在正交异性钢桥面板上，保护钢板并提供良好行驶性能的薄形构筑物。通常采用热塑性或热固性沥青混凝土作为铺装材料，铺装层通过防水粘结层与钢板紧密连接，共同承受车辆荷载、温度及风载等引起的应力和变形。由于车辆荷载及温度等自然因素的影响，特别是超载现象的出现，加速了桥面铺装的破坏。沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比，损坏形式有所不同，首先，沥青混凝土桥面铺装层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者

4、由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差，抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏，产生推移、拥包等病害；其次，因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙，在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽等破坏。由于钢桥桥面板的刚度较小、变形复杂、局部变形大以及受自然气候影响大等因素，更要求桥面沥青铺装具有良好的变形随从性。所以，研究开发一种能够解决大型钢桥桥面铺装的坑槽、裂缝、表面松散、车辙、推移、拥包等病害的新型材料及桥面铺装结构具有十分重要的理论与现实意义。为了克服沥青混凝土桥面

5、铺装结构由于剪切及温度等因素所引起的桥面铺装的各种病害，国内外学者做了大量的研究工作。提出了采用高粘性沥青来克服在重载作用下铺装层与桥面板之间的界面剪应力较大，铺装层容易发生推移及由于温度差所引起的铺装层开裂等病害。与普通改性沥青相比，高粘性沥青具有更高的粘度、弹性和韧性等特点，能够较好的粘结桥面板与沥青铺装层。同时，高粘性沥青应对集料有耐久的包裹力和高粘附性，而且还具有较强的抗剥离性、防水性等普通改性沥青所不具有的特性。因此，通过研发高粘性沥青及沥青混凝土材料作为大型钢桥的铺装层结构，可以有效减少桥面

6、铺装病害的出现，减少桥面维修给交通带来的不便，从而节省维修费用。这对我国桥梁的发展，特别是大型钢桥的发展具有重大使用价值和经济效益。二、国内外研究概况国外对大跨径钢桥面铺装技术的研究有将近60年的历史，积累了相对丰富的经验。对于钢桥面铺装基本上都采用沥青混凝土体系。它具有良好的行驶性能，重量轻，适合于发展大跨径桥梁。目前，大跨径钢桥面铺装材料主要采用浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土和沥青玛蹄脂碎石(SMA)。浇筑式沥青混凝土起源于德国，并在英国、瑞典、丹麦、日本等国家得到较广泛的应用。它是一种岩沥青或湖

7、沥青与道路沥青复合的沥青，或者采用高粘度的聚合物改性沥青，添加高剂量矿粉，与集料在220℃以上的高温下经过长时间的拌和，配制而成。摊铺时高温的沥青混合料仍然具有流动性，采用特殊的滑板摊铺或者像水泥混凝土那样人工摊铺，不需要碾压。灌注式沥青混凝土的优点是孔隙率很小，接近零，防水性良好，具有良好的抗老化性能，不需要防水层，抗裂性能强，对钢板的追从性、与钢板间的粘结性能相对于一般沥青混凝土要好；摊铺采用浇筑的方式，摊铺时浇筑式沥青混凝土材料具有一定的流动性，不必进行碾压，能够自由流动密实成型。但是，灌注式沥青

8、混凝土的高温稳定性较差，易形成车辙。环氧沥青混凝土源于二十世纪六十年代的美国和加拿大，它是将环氧树脂加入沥青，然后添加固化剂发生硬化反应，形成不可逆的固化物，使沥青的性质由热塑性转化为热固性，从而物理力学性能得到提高。环氧沥青混凝土具有较好的粘结能力，不因温度变化和交通荷载的作用而脱落；较高的强度和较强的高温抗塑流性和低温抗裂性；有较高的疲劳强度，正常设计施工环境下可以达到使用寿命。但是，环氧沥青混凝土材料费用较高，配制工艺的技术资料在国外