大跨径钢桥桥面铺装材料研究现状.doc

大跨径钢桥桥面铺装材料研究现状第33卷第1期2007年1月山西建筑SHANXIARCHITEC兀JREV01.33No.1Jan.2007?295?文章编号:100968251200701029502大跨径钢桥桥面铺装材料研究现状蒋余静汤邦彦谭曜悬摘要:简要介绍了目前世界上主要的几种钢桥桥面铺装材料,并对各种材料的应用现状及前景作了简要分析,为钢桥面铺装材料设计提供一定参考.关键词:大跨径钢桥,沥青混合料,铺装材料,抗疲劳性能中图分类号:U444文献标识码:A引言钢桥面铺装尤其是大跨径正交异性钢桥面板的铺装技术,在国际上一直是一个热点和难点.桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上,在行车荷载,风载,温度变化及地震等因素影响下,其受力和变形远较公路路面或机场道面复杂,因而对其强度,变形稳定性,疲劳耐久性等均有更高要求.同时,又由于铺装所处的特殊位置,在使用性能上又提出重量轻,高粘结性,不透水性等特殊要求【1-3.作为桥梁行车系的重要组成部分,桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全性,舒适性,桥梁耐久性及投资效益和社会效益.从铺装材料和施工方法角度来分,目前世界上主要采用的桥面铺装方案有四类L4J:1)以德国,El本为代表的高温拌和浇筑式沥青混凝土(Gussasphalt)方案;2)以英国为代表的沥青玛碲脂混凝土(Masticasphalt)方案(实际上也是浇筑式沥青混凝土,只是铺装厚度和工艺与日本有所不同);3)德国和日本等国近期采用的改性沥青SMA(StoneMasticAsphalt)方案;4)以美国为代表的环氧树脂沥青混凝土(Epoxyasphalt)方案.1浇筑式沥青混凝土浇筑式沥青混凝土(Gussasphalt)是指在高温(220-260)下拌和,依靠混合料自身的流动性摊铺成型,无须碾压的一种高沥青含量与高矿粉含量,空隙率小于1%的沥青混合料,其结合料通常由湖沥青(TIA)与石油沥青按一定比例掺配而成,以改善混合料的温度敏感性与抗变形能力,同时提高其耐久性.湖沥青一般指多巴哥产特立尼达湖沥青(TIA),它由一种半固体,乳化状天然沥青精炼而成,其主要成分包括53%55%的地沥青(二硫化碳可溶分),36%37%的矿物质,9%10%的水化物以及挥发性物质等.由于湖沥青在高温条件下会产生大量挥发性物质,加之近年来沥青的改性技术发展较快,因此在浇筑式沥青混合料中直接使用高性能改性沥青已成为一种趋势.浇筑式沥青混凝土的空隙率几乎接近于零,整个混合料具有较强的变形协调能力与良好的密水性,并且在高温季节其裂缝有较强的愈合能力,混合料的修复比较容易实施,因此,在英国,El本,丹麦,瑞典等国的大跨径钢桥面铺装中应用较为广泛.我国的香港青马大桥钢桁架结构及江阴大桥钢箱梁结构也都采用了自英国引进的浇筑式沥青混凝土铺装材料与结构,前者的使用状况良好,而后者的使用状况则不容乐观.因此,充分理解我国大陆地区十分严重的超载交通状况与长江中下游流域夏季持续高温的大陆季节性气候及不同的钢桥结构类型等因素是引进国外的技术与经验成功的前提.2SM_A与浇筑式沥青混凝土一样,SMA也源于德国.典型的SMA是一种热拌式间断密级配混合料,混合料中粗集料的含量高达70%,矿粉含量达10%左右,沥青用量为6%7%,为防止混合料在拌和及运输过程中存在析漏的现象,SMA中通常都加入一定含量的纤维稳定剂.SMA具有比较好的高温稳定性和低温抗裂性,其高温稳定性主要源于粗集料之间的相互嵌挤作用,沥青玛碲脂(矿粉,纤维与沥青的均匀拌合物)的胶结性能对高温稳定性也有一定的影响.只有当粗集料形成Stone-on-Stone接触时,它们之间的相互嵌挤作用才最强.美国国家沥青技术中心(NCAT)研究发现,当四号筛(4.75nl/n)的通过率小于30%时,集料中才能形成Stone-on-Stone接触.SMA的低温性能来源于含量较高的沥青玛埔脂,SMA结构中胶泥含量达到18%以上(占混合料总重量)时,就可以获得较好的低温性能.1997年建成通车的虎门大桥是我国首次进行大跨度悬索桥钢桥面铺装,采用了SMA作为铺装材料,由于当时对SMA在钢箱梁上的应用认识不深,经验欠缺,所设计的铺装层热稳性不够,导致通车后第二年夏天铺装层开始出现不同程度的推移与车辙,该桥于1998年l2月进行了罩面处理J.之后厦门海沧大桥,武汉白沙洲大桥以及上海卢浦大桥等也采用了SMA作为铺装材料.厦门海沧大桥在使用过程中也出现了一定程度的车辙,开裂及横向推挤等病害,并且经历了大修.而采用该类铺装技术的武汉白沙洲大桥等其他几座桥梁,其桥面铺装的使用状况则未见国内有相关报道.3环氧沥青混凝土环氧沥青是一种由环氧树脂,固化剂与基质沥青经复杂的化学改性所得的混合物.自1967年美国SanMateo-Hayward大桥首次采用了环氧沥青混合料用作钢桥面铺装材料以来,环氧沥青铺装在美国,加拿大,荷兰和澳大利亚等国家得到大量应用.环氧沥青混凝土用于桥面铺装,主要具有如下优良性能:1)强度高,韧性也不差.环氧沥青混凝土的马歇尔稳定度是普通沥青混凝土稳定度的5倍8倍,而流值却大致相同.说明环氧沥青混凝土不仅具有较高的强度,而且还具有一定的柔韧性6l.2)良好的层间结合能力.使用环氧沥青摊铺的粘结层具有很好的粘结能力.在23下,以500mm/min的延伸率对环氧沥收稿日期:20060603作者简介:蒋余静(1981一),女,助教,湖南交通职业技术学院,湖南长沙410004汤邦彦(1981一),男,助教,湖南交通职业技术学院,湖南长沙410004谭曜悬(1981一),男,东南大学道路与铁道工程专业硕士研究生,江苏南京210096第33卷第1期?296?2007年1月山西建筑SHANXIARCHITEC兀瓜EV01.33NO.1Jan.2007文章编号:100968252007010296.02论沥青混凝土桥面铺装设计理论张越张传银孙国友摘要:对沥青混凝土桥面铺装的损坏形式进行了介绍,从结构理论与设计,施工工艺,桥面防水层的影响,铺装的约束条件等方面对病害产生的原因进行了分析,并对桥面铺装的设计方法进行了论述,为桥面铺装的设计提供了指导.关键词:沥青混凝土路面,剪切弯形,铺装层中图分类号:U443.33文献标识码:A1概述由于我国高速公路的迅猛发展,因而对车辆在公路行驶时的快速,安全,舒适的要求愈来愈高.桥梁作为公路的重要组成部分,在车辆的运营中起着非常重要的作用.在以往的桥梁建设和养护中,往往多看重桥梁主体结构的安全可靠,而对影响车辆行驶质量,维修工作量及维护费用很高的一些病害重视不够.其中尤以桥面铺装而引起的桥梁损害较为普遍,不仅影响了行车速度和行车的舒适性,甚至会导致交通事故.桥面柔性铺装能大大缓和行车对桥面板的冲击,较易达到运营中平稳舒适的要求,随着沥青材料性能的改进,应用将更加广青粘结层材料进行拉伸试验,其拉伸强度可达8.1MPa,断裂延伸率达230%C6.3)良好的温度稳定性.环氧沥青是一种热固性材料,在高温下会变软但不会流动.用环氧沥青混凝土摊铺的桥面铺装具有良好的高温稳定性,一般不会出现车辙或推挤壅包等病害.而在低温下它也不过分脆硬,强度反而低于普通沥青混凝土.4)优良的抗疲劳性能.无论是环氧沥青混凝土本身的疲劳性能还是混凝土和钢板复合试件的疲劳性能,环氧沥青混凝土都远大于普通沥青混凝土.一般至少高出一个数量级.5)良好的耐久性.环氧沥青混凝土抗燃油腐蚀,抗水害性能十分优越.我国的南京长江第二大桥首次采用了环氧沥青混凝土铺装材料,环氧沥青由美国进口,而环氧沥青混合料及钢桥面铺装成套技术的研究则由东南大学完成.南京长江第二大桥环氧沥青混凝土铺装自开放交通以来,经历了多次高温与低温季节的考验,铺装使用性能很好.之后相继建成的润扬大桥,南京长江大桥钢桥面铺装均采用了环氧沥青混凝土,目前未出现明显病害,其使用性能还有待进一步观察.在建的世界最长跨海大桥一杭州湾大桥,世界第一斜拉桥一苏通大桥以及国内第三大悬索桥一阳逻大桥均采用环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料,可见目前国内采用环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装材料已逐渐成为主流.泛.但现行规范对沥青铺装结构的设计主要从所用材料,做法及厚度等方面作了指导性的说明,关于具体的设计理论与方法还是空白,铺装层的设计无章可循.因此,应加快对桥面铺装,特别是结构破坏机理和设计理论方面的研究.2破坏形式沥青混凝土桥面铺装的损坏形式主要有:1)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,壅包等病害;2)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4结语不同铺装材料的适用条件各不相同,如何根据各地的气候,交通与大跨径钢桥设计构造条件选择合适的铺装材料是钢桥面铺装方案研究与成功实施的重要前提.为此,清楚地了解铺装材料的基本性能及其使用特性是非常必要的.随着国民经济发展,大跨径桥梁建设方兴未艾,与之相应的钢桥面铺装材料研究也将继续不断深入.参考文献:1江苏省长江公路大桥建设指挥部,东南大学交通学院.江阴长江公路大桥钢桥面浇筑式沥青铺装材料与结构研究报告R.2000.2东南大学.南京长江第二大桥钢桥面铺装材料研究报告R.20o0.3重庆交通公路科学研究所,武汉白沙洲大桥SMA铺装研究报告R.2001,4黄卫,刘振清,大跨径钢桥面铺装设计理论与方法研究J.土木工程,20o5,38(1):5159.5王迎军,朱桂新,陈旭东.虎门大桥钢桥面铺装的使用和维护J.公路交通科技,2004,21(8):64.68,6润扬长江公路大桥建设指挥部,东南大学,润扬长江公路大桥钢桥面铺装技术研究R.2004,PresentresearchsituationofmaterialofsteelbridgesdecksurfacingJIANGYu-jmgTANGBang-yahTANYao-xuanAbstract:Thearticlebrieflyintroducesseveralprimarymaterialofsteelbridgesdecksurfacingintheworldandgivesabriefanalysisforapplicationstatusandforegroundofapplicationofeachmaterial,whichcanprovidereferencefordesignofmaterialofsteelbridg