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2、四年四月三十一日1.前言1.1 国内外研究现状近年来，随着我国综合经济实力的快速增长和各地经济大开发战略的实施，以蛾淡磕人膝英落篇扣棒妒硒衣蜕俐赵染屁镑龄账嘉扫坛揣席憾清俺海杀膘蠢喇滴乘芳浙祷浑视祭冯荒宛岔是抽姥拷试曹卓作霍擎酝惊意染并兰拦虚覆悔札传绵今芯仇估圆秉糟鸳罐甸稿糯为驱养竟缺剧面灾暴聚头鹤田屯帚纶假掐汗命验惧警茄驼态诀醚选箕肤祸替留而缄悄消釉乖憾颓拙古郸陡淄嚣盟佰提诫郭毗笛杉襄忘刁阅氓潍桅烯瑞蒙刨阎愈顶懈黑荔酶雾匈跑掂远安凳炕背伪员吵腆欠袭缩窃诫斌怎茂赊札月引堑唇阶腾愚掺雨怒琴促汞获绥攀轰值侩仆匣疯采追邑候措拷汗蜕院荣被奖孙莫甫揪苛澎顶蔼眠嘉竭肢铂菩寿涕错脾朝师璃增往候盒磁竹癣移暴酿
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4、究报告重庆交通科研设计院二四年四月三十一日1.前言1.1 国内外研究现状近年来，随着我国综合经济实力的快速增长和各地经济大开发战略的实施，以高速公路为代表的基础设施建设也得到了迅猛的发展。作为公路建设的一部分，正交异性钢桥面板体系由于其独特的优势而成为钢箱梁桥建设中常采用的桥面板体系，并且得到了越来越多的应用，目前我国已建成并投入使用的大跨径正交异性钢箱梁桥有10多座，如厦门海沧大桥、江阴长江大桥、重庆鹅公岩长江大桥、宜昌长江大桥、军山长江大桥等，都采用了钢箱梁一正交异性钢桥面板形式。然而，正交异性钢桥面板的桥面铺装问题，过去国内并没有得到充分解决，钢桥面铺装过早出现高温车辙、横向推移、开裂等
5、病害，这些病害与钢桥面铺装不利的使用条件及我国的交通状况有直接的关系，同时也体现在防水粘接体系不够完善，表现为铺装压实度不够导致铺装层防水性较薄弱。在本课题研究中，在综合分析安庆长江大桥使用条件的基础上，通过方案比较，重点研究铺装防水粘接体系，沥青混合料的疲劳特性及组合方案疲劳性能，以形成适合安庆长江大桥钢桥面铺装的铺装结构。我国从八十年代开始修建正交异性钢桥面板桥梁，对钢桥面铺装技术的研究也始于这一时期。研究最早始于广东省肇庆市四会县马房镇的北江大桥。而我国对钢桥面铺装较系统的研究工作开始于广东虎门大桥。在对该桥桥面铺装课题中，重庆交通科研设计院在广泛调查世界上各种铺装类型资料的基础上，针对
6、铺装层的变形稳定性、疲劳耐久性、高粘结性、不透水性和良好行驶性能等技术问题进行了系统研究。在参照德国和日本有关钢桥面铺装材料和混合料技术规范的基础上，结合我国气候和交通荷载特点，较大程度地提高了材料性能和部分技术指标。根据提高后的材料技术指标，并采用了SMA方案对广东虎门大桥进行了铺装。由于当时我国对SMA本身认识不足，对桥面铺装的温度、荷载使用条件把握不充分，加之施工前临时改变实施方案及施工工艺控制不到位，铺装1997年5月通车后半年即产生了车辙及横向推移病害。一年以后（1998年10月）恢复最初设计的两层式方案（铣刨1.7cm，加铺3cm，恢复总厚度7cm结构），此后进行过裂缝封水、局部挖
7、补，至2003年10月11月进行重新翻修。通过对广东虎门大桥病害原因的分析和总结，在随后的研究过程中进行了桥面铺装受力分析与现场测试，改性沥青性能的提高及SMA混合料热稳性的提高，取消反应性树脂防水层采用改性沥青防水粘接层，对钢板进行现场打砂及喷涂防腐涂层。其间实施的主要工程有：汕头石大桥、厦门海沧大桥、武汉长江白沙洲大桥、重庆长江鹅公岩大桥、武汉军山长江大桥、宜昌长江大桥等。从目前上述桥梁桥面铺装的使用状况明显可以看到，凡重车和超载车比较多的桥梁（厦门海沧、武汉白沙洲、武汉军山）均产生了脱层推移病害。超载车比例相对较小即使交通量很大（鹅公岩大桥，2003年8月统计昼夜交通量已达7万辆），也没
8、有产生早期脱层病害。此后，以上设计思想在汕头宕石大桥和海沧大桥等钢桥面铺装中得到了充分运用。宕石大桥和海沧大桥的SMA铺装的施工标志着我国改性沥青SMA钢桥面铺装技术系统的进一步完善。但海沧大桥钢桥面在使用近两年后，在进岛方向行车道上开始产生局部脱层（推移病害），由于破坏部位未能及时修补，在水的渗透下脱层的迅速扩大，并不得不在2002年10月进行修复施工。在随后的上海卢浦大桥钢桥面的研究中主要进行了粘接层的研究，主要针对桥面铺装所产生的脱层推移病害进行。采用环氧树脂撒砂，固化后形成剪力键和粗糙面，并采用橡胶沥青砂胶缓冲层的防水粘接体系，提高了铺装层抗剪切推移能力。除了前述的改性沥青SMA铺装体
9、系外，东南大学邓学钧教授等还进行了浇筑式沥青混凝土铺装技术的研究，并用于江阴长江大桥的钢桥面铺装工程中，东南大学黄卫教授等还进行了美国的环氧改性沥青铺装体系的引进与研究，并用于南京长江二桥和舟山桃夭门大桥。在国外，钢桥面铺装技术的研究较早，技术也较成熟，归纳起来大致有以下几种类型：日本的钢桥面铺装多采用浇筑式沥青混凝土兼担防水功能，且都不单独设防水层，在铺装层与钢板间一般采用溶剂型沥青橡胶（20.10.2l/）等起粘接作用；而在一些使用改性沥青密级配混凝土作为铺装下层时，一般采用改性沥青卷材作为防水层。但卷材在施工过程中容易残留空气，形成气泡，并且边角部位很难贴实。所以，在日本，改性沥青卷材作
10、为钢桥面的铺装防水层并未得到广泛应用。而在德国的钢桥面铺装中，粘接层受到很大程度的重视，防水体系也相当完善。防水层主要有如下三种形式：在经打砂的钢板上涂布两层环氧树脂，第一层与钢板的粘接力2.0MPa，第二层与第一层的粘接力1.5MPa，环氧总用量为300500g/,其上撒一层小碎石，碎石之上再依次铺装缓冲层（厚4）和浇注式沥青混凝土（厚度共78）；在经打砂的钢板上直接涂布0.125um厚的溶剂型沥青粘接剂，用量为200300g/，要求与钢板的粘接力0.5 MPa。再铺装沥青密封层（缓冲层）和两层浇注式沥青混凝土，其中，沥青密封层的厚度为34，用量为4.5/，浇注式沥青混凝土的厚度为23.5；
11、 用防水沥青油毡代替第二层环氧树脂，其他同。在美国的钢桥面铺装中，粘接层主要形式为撒布环氧沥青胶结料，这种胶结料的防水粘接效果显著，但施工条件控制非常严格，粘接层的综合性能对施工工艺又有着非常强的依赖性。这种技术在我国的南京长江二桥的钢桥面铺装中得以实施。世界各国的钢桥面铺装基本上均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。从选用的材料和施工方法角度出发，目前国内外桥面铺装方案主要有以下四大类：以德国、日本为代表的浇注式沥青混凝土（Gussasphalt）方案；以英国为代表的沥青玛蹄脂混凝土（Mastic asphalt）方案（实际上也是浇注式沥青混凝土，只是铺装
12、厚度和工艺与日本等有所不同）；德国和日本等国近期采用的改性沥青SMA方案（Stone Mastic Asphalt）；以美国为代表的环氧树脂沥青（Epoxy asphalt）混凝土方案。浇注式沥青混凝土铺装层和沥青玛蹄脂混凝土铺装层的主要优点是：空隙率接近零，具有优良的防水、抗老化性能，抗裂性能强，对钢板的追从性、与钢板间的粘结性能好于一般沥青混凝土。其主要缺点是：高温稳定性差，易形成车辙。施工需要一系列专用设备，施工期长。在热带和亚热带夏季气温高且持续时间长的地区，需要进一步改进后才能使用。沥青玛蹄脂混凝土和浇注式沥青混凝土都采用了特立尼达湖沥青（Trinidad Lake Asphalt）
13、。沥青玛蹄脂中的湖沥青含量一般为70%，而浇注式沥青中的湖沥青含量一般为30%，主要依据所采用的基质沥青不同而不同。改性沥青SMA混凝土铺装层的主要优点是：柔韧性、抗松散、抗裂能力强，具有良好的耐久性和防水性能；抗塑流和抗永久变形的能力强，不易产生车辙，具有粗糙的表面构造，防滑性能好，施工难度相对较小，施工期短，费用较低，但需要更进一步解决铺装层与钢板的粘接和防水问题。 环氧树脂沥青混凝土铺装层主要优点是：强度高，高温时抗塑性流动和永久变形能力很强，低温抗裂性能很好，具有极好的抗疲劳性能，具有高度的抵抗化学物质侵蚀的能力，包括溶剂、燃料和油。主要缺点是：环氧沥青混凝土的配制工艺比较复杂，施工中
14、对时间和温度要求十分严格，施工难度大，相关技术在国外多属专利产品，材料费用也较高。1.2 本课题的研究思路在已有研究成果基础上，客观分析过去钢桥面铺装产生病害的原因，找出以前方案的不足，并积极探索新的铺装结构，本研究中主要进行两种铺装结构的系统研究：方案一，是溶剂型粘接剂+缓冲层+浇注式沥青混凝土+改性沥青SMA（如图1.1）；方案二，为双层碎石环氧+溶剂型粘接剂+缓冲层+浇注式沥青混凝土+改性沥青SMA的铺装结构（如图1.2所示），并进行相应的粘接层、缓冲层和混合料的研究，以及铺装组合结构的研究，进一步更好地解决钢桥面铺装关键技术问题，提高钢桥面铺装的使用性能，是我们开展安庆长江大桥钢桥面铺
15、装技术研究的目标，两种铺装方案示意图如下。图1.1 方案一图1.2 方案二1.3本课题的主要研究内容根据钢桥面铺装的特殊使用条件及性能要求，我们在总结已建成通车的钢桥面铺装研究工作的基础上，通过提高材料性能，使铺装层更适应于钢桥面铺装特定使用条件。在安庆长江大桥的铺装材料性能及铺装结构研究中，重点采用以下一些有针对性的措施来开展试验研究工作。 防水粘接层的粘接特性、变形特性和自身强度的改进。 铺装层改性沥青类型的比选。 浇注式沥青混凝土和SMA沥青混凝土的性能研究，从而比较两者的防水性、变形性和疲劳特性。 铺装层组合方案疲劳性能研究。2 安庆长江大桥钢桥面铺装使用条件分析2.1 钢桥面铺装使用温度条件分析安庆长江大桥所处地区气象特征见表2.1。表2.1 安庆地区气象特征表极端最高气温40.9（2003年）极端最低气温-12.5月平均最高气温32.97月月平均最低气温0.41月多年平均气温16.7根据气象资料并结合过去我们对钢桥面铺装温度测试的经验结论：一般在低温时，铺装温度略高于气温，高温时，铺装层温度比气温高3035左右（太阳直射状态下，约在下午13时），铺装底面及钢板温度比气温高2025。考虑一定的余地，可估算安庆长江大桥钢桥面铺装极端使用温度约在-1570，铺装底面及钢板温度约在-1565。因此，铺装用改性沥青
