钢桥面铺装类型简介

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1、1.1 发达国家钢桥面铺装发展简介钢箱梁桥桥面铺装一般由防锈层、 粘结层、 沥青混合料铺装层构成， 直接铺 筑于钢箱梁顶板之上，总厚度在 3580mm 之间。由于钢箱梁桥面铺装的使用条 件、施工工艺、质量控制与要求的特殊性，对它的强度、抗疲劳性能、抗车辙性 能、抗剪切性能以及变形协调性等均有较高的要求， 目前尚未形成普遍有效的钢 桥面铺装设计理论与方法。 国外大跨径钢梁斜拉桥、 悬索桥的建设已有较长的历 史，对桥面铺装技术的研究工作开展得较早，大多始于60、70 年代，形成了适合各国特点的钢桥面铺装技术。 最早开展钢桥面铺装研究的国家是德国， 随后法 国、日本、美国等国家也相继开展了这方面的工

2、作。 当前， 钢桥面铺装技术的研 究是铺装研究领域的热点和难点， 国家在钢桥面铺装研究方面投入了大量的人力 和物力。目前国际上较为流行的钢桥面铺装从结构组合来分主要有单层铺装体系与 双层铺装体系 （包括双层同质和双层异质） 两种类型。 由于双层铺装体系能够对 铺装上下层材料分别进行设计， 充分利用和发挥材料特性， 最大限度地避免对同 种材料矛盾的双向性能（高温稳定性和低温抗裂性）要求，除英国的 Mastic 铺 装体系外， 大部分钢桥面铺装趋向于使用双层铺装体系。 分析国外主要的钢桥面 铺装研究成果，从选用的材料和施工方法角度出发 ,国外桥面铺装方案主要有以 下三大类 :1）以德国、日本为代表

3、的高温拌和浇注式沥青混合料 （Gussasphalt ）方案； 以英国为代表的沥青玛蹄脂混合料（ Mastic asphalt ）方案，也可以归于高温拌 和型沥青混凝土；高温拌和浇注式沥青混合料铺装层和沥青玛蹄脂混合料铺装层的主要优点 是：空隙率接近零，具有优良的防水、抗老化性能，无需设置防水层；抗裂性能 强，对钢板的追从性较好。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，施工组织较为复杂；施工时混合料的温度非常高，达到240C 以上，对桥梁的影响不容忽视。 浇注式钢桥面铺装技术适用于夏季温度不太高的 国家和地区 , 如德国、英国、北欧等一些国家，浇注式钢桥面铺装技术

4、在日本的 应用也较为广泛。Mastic 也属于高温拌和混合料的一种， 与浇注式钢桥面铺装相比， Mastic 一 般采用单层铺装， 铺装层的厚度薄， 重量轻； 沥青玛蹄脂不但可以现场生产， 而 且可以加工成固体块状以便储存和运输， 到现场后再加热使用。 其次与浇注式沥 青混合料相比，胶结料中湖沥青的掺量也不同。 Mastic 中的湖沥青含量一般为 6070%,而浇注式沥青中的湖沥青含量一般为 2530%。2) 以美国为代表的环氧树脂沥青( Epoxy asphalt )铺装方案；环氧树脂沥青混合料铺装层主要优点是： 铺装强度高、 整体性好、 高温时抗 塑流和永久变形能力很强, 低温抗裂性能很好

5、； 具有很好的抗疲劳性能； 具有较 好的抵抗化学物质侵蚀的能力。 主要缺点是： 环氧沥青价格较高, 关键技术多被 国外大企业产品控制； 环氧沥青混合料的配制工艺比较复杂； 环氧沥青混合料施 工中对时间和温度要求十分严格, 对施工环境要求苛刻, 施工难度大。 环氧沥青 铺装养护时间长,修复难度大,目前针对环氧沥青出现损坏后的修复方法还没有； 环氧沥青铺装工后表面光滑,宏观构造深度小,特别是雨天行车安全性差。3) 德国、日本等国近期采用的改性沥青 SMA方案(Stone Mastic Asphalt )。 改性沥青SMA铺装是德国、日本等国针对浇注式沥青混凝土施工难度大和高温性能相对较差的特点,

6、采用的一种改进型结构, 目前在钢桥面铺装中应用不是 很多。改性沥青 SMA 混合料的主要优点是：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； 没有特殊的施工要求, 施工期短, 费用较低。 单从混合料性能角度分析, 改性沥 青 SMA 混合料是一种优良的铺装材料 。1.2 浇注式钢桥面铺装技术的原理和设计1.2.1 德国浇注式钢桥面铺装技术注式沥青混凝土的德语原文为 GuB，原是“河流”之意，引申为“浇注流 淌”。德国于 1917 年开始研发浇注式沥青混凝土,并将浇注式沥青混凝土大量 应用于建筑物防水层和铺装工程中。浇注式沥青混凝土在

7、概念和历史上可简单解 释为“注入式沥青混凝土”。浇注式沥青混凝土在德国其应用范围是相当广的，并非仅限于钢桥面铺装这 一个方面。德国的浇注式沥青混凝土级配分为三个等级， 细级配多半应用于室内 防水层或屋顶防水层，中间级配多应用于屋外停车场等， 粗级配则应用于摩擦层 或其它表面需求较粗糙的地方，像高速公路路面以及大跨径桥面铺装。德国浇注式沥青混凝土胶结料一般采用针入度为2050（ 0.1mm）的直馏沥青，其中0/11 （ S）、0/11等类型的浇注式沥青混凝土通常采用B45级甚至B25级沥青作为其胶结料，掺配 15%35%的天然沥青TLA。但是最近德国更倾向 于采用改性沥青PmB45, PmB25

8、作为浇注式沥青混凝土的胶结料，以获得性能 更优越，且施工时更环保安全的混凝土。德国浇注式沥青混凝土的设计主要依据贯入度试验，依据后30min的贯入度 增量确定沥青用量，其具体的要求如表 1.2-1所示。在设计过程中，未对混合料 的流动性做出具体的要求。表1.2-1德国浇注式沥青混凝土贯入度指标贯入度（40C）标准要求前30分钟（mm）后30分钟（mm）0/11 s1.03.5 0.40/111.05.0 0.60/81.05.0 0.60/51.05.0 0.6注:S表示重交通路面，机制砂与天然砂的比例为1:01.2.2日本浇注式钢桥面铺装技术日本悬索桥的主梁结构多采用高大的桁架式加劲梁，而桥

9、面铺装则采用浇注式沥青混凝土作为双层结构的下层，主要考虑到浇注式沥青混凝土具有良好的密 封防水性能以及良好的变形随从性。日本研究认为浇注式沥青混凝土高温性能及 抗滑能力不理想，因此双层结构的上层仍采用改性沥青密级配混合料，以确保足够的强度、抗车辙能力和抗滑能力。日本对正交异性钢桥面铺装的研究始于二十世纪50年代初，而其对浇注式沥青混凝土铺装的研究则始于 50年代中期，1956年日本自德国引进Gussaspha， 开始研究将其应用于钢桥面铺装工程中。1961年沥青铺装要览将浇注式沥 青混合料纳入其中并公布与钢桥面铺装有关的技术规范及准则。 该规范指出，正 交异性钢桥面板因横向与纵向加劲梁存在，

10、各部分的刚度不同，因而容易产生局 部的挠曲变形；钢桥面铺装中所存在的水损害对钢板的腐蚀较大； 钢桥面铺装的 施工范围较小，难以保证正常施工。1976年，日本在国道16号千叶县往长浦地（木更津）方向的公路上铺设了 钢桥面铺装试验桥长浦地试验桥，试验桥的铺装材料如图 1.2-1所示，铺装 结构均为双层式设计。长浦地试验桥的观测期自1977年起，至1983年结束，为 期6年。观测期内试验桥的累计通过大型车辆数高达1.2X107辆，其中第3工区和第4工区的铺装在通车第二年因严重龟裂而刨除重铺，重铺后依然再度产生严重龟裂，而第1工区的铺装发生龟裂最小，使用效果最好。因此日本的铺装专 家认为下层浇注式沥青

11、混凝土、上层改性密级配沥青混凝土”的铺装结构最好，并且在随后建设的各大桥中基本上都采用了这一结构。长浦木更津方向千叶方向第1工区第2工区第3工区第4工区J .000m Jt6.000m J15.630m jt6.000m i热拌改性沥青 混凝土热拌改性沥青 混凝土热固性沥青混凝土热固性沥青混凝土浇筑式沥青混凝土热拌改性沥青 混凝土热拌改性沥青 混凝土热固性沥青混凝土防水层长浦地试验桥浦地试验构铺装结构80年代末日本对国内300多座钢桥桥面铺装的使用状况进行了调查。根据其调查的结果，日本的钢桥面铺装可分为五种结构型式，如表1.2-2所示，其中以下层浇注式沥青混凝土，上层改性密级配混凝土作为桥面铺

12、装的占大多数表1.2-2 80年代末日本钢桥面铺装设计形式调查结果型式铺装下层材料（厚度）铺装上层材料（厚度）桥梁数（）I热拌沥青混凝土（ 4050mm）:热拌沥青混凝土（ 4050mm）83 (27)n浇注式沥青混凝土（ 30浇注式沥青混凝土（ 3071 ( 23)40mm)40mm)出浇注式沥青混凝土（ 4050mm）改性密级配沥青混凝土（3040mm）123 (41)IV单层热拌沥青混凝土（5070mm ）23 ( 8)V单层浇注式沥青混凝土（5070mm）3 (1)日本钢桥面铺装常用的结构为 40mm浇注式沥青混凝土下层，35mm改性沥 青密级配上层，总厚度为6580mm,如图1.2-

13、2所示。巴牛该改性沥青密级配严耳”.二.#钢板浇注式沥青混凝土 V WWW WWW溶剂型橡胶隣图1.2-2日本浇注式铺装结构图日本采用的下层浇注式沥青混凝土材料不同于欧洲的配方。混合沥青中，TLA仅占25%,而剩余75%采用针入度2040（0.01mm） （25C）的直馏石油沥 青，混合沥青针入度为1530 （0.1mm） （25C）。表1.2-3为日本浇注式沥青混 凝土的技术指标要求。表1.2-3日本浇注式沥青混凝土性能控制指标试验项目技术指标技术要求流动性试验流动性（240 C） /秒 350弯曲试验极限应变（10C， 50mm/min） 8.0X 10-31.2.3英国Mastic钢桥面

14、铺装技术1952年英国道路研究试验室进行了大规模试验后得出结论： 为了减轻自重， 桥面Mastic沥青混凝土铺装厚度38mm为最佳厚度，英国于1964年建造福斯桥 时，即将38mm列入规范。1964年完工的福斯桥于采用了厚度为 35mm的浇注式沥青铺装层，混合料 中的结合料取TLA与普通石油沥青比例为50:50,细料含量占40% 45%，混 合沥青针入度为1015 （0.1mm） （25C）,其中可溶沥青用量为14.5%，沥青混 合料硬度1015 （35C）。20301966 年建成的塞文桥则采用了较软的沥青材料，混合沥青针入度为(0.1mm) (25C),沥青混合料硬度数2030 (35C)

15、,可溶沥青用量仍为14.5%。 塞文桥通车不久即发现沥青铺装层有流动现象， 且表面压入的预拌碎石陷入铺装 层内,实践证明, 所用的沥青硬度不够。 事隔 20年后, 于 1 989年塞文桥桥面铺 装彻底大修时，又采用了较硬的混合沥青，即针入度为1015(0.1mm) ( 25C), 混合料硬度数数1020 (35C),混合沥青比例取TLA:Bitumen = 70:30。可溶沥 青仍取 14.5%，与此同时规范首次规定了混合料应达到的马歇尔稳定度最低值， 即流值为5mm时稳定度为4kN，流值为15mm时，稳定度为8kN。1981年建成的汉博尔桥桥面铺装采用 38mm厚Mastic,混合沥青中TLA所 占比例由50%提高为60%，混合沥青针入度取1025(0.1mm) (25C)混合料 硬度数取1020 (35C),可溶沥青为15%。混合料中细料含量为48%。英国