浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土应用于钢桥面铺装的比较分析.doc

浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土应用于钢桥面铺装的比较分析2009年4月目录1我国钢桥面铺装的研究历程32浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土简介32.1浇注式沥青混凝土简介32.1.1定义32.1.2分类32.1.3 特点32.2环氧沥青混凝土简介32.2.1定义42.2.2特点43浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土应用于钢桥面铺装的发展历程43.1浇注式沥青混凝土的发展历程43.1.1浇注式沥青混凝土在国外的应用溯源43.1.2浇注式沥青混凝土在我国的发展历程53.2环氧沥青混凝土的的发展历程63.2.1环氧沥青混凝土在国外的应用溯源63.2.2环氧沥青混凝土在我国的发展历程64浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的路用性能比较74.1两种沥青混合料的强度形成原理74.2两种沥青混合料的路用性能比较84.3环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系须改进之处及破坏形式84.3.1环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系须改进之处84.3.2环氧沥青混凝土铺装体系破坏形式85浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的实际应用效果比较95.1应用于钢桥面铺装的结构说明95.2 GA与EA在中国的应用案例分析95.2.1 GA在国内的应用案例分析95.2.2 EA在国内的应用案例分析106浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的施工工艺及质量控制比较126.1施工设备126.2环境要求126.3质量控制126.3.1浇注式沥青混凝土的施工质量控制126.3.2环氧沥青混凝土的施工质量控制126.4开放交通要求136.4.1浇注式沥青混凝土开放交通要求136.4.2环氧沥青混凝土开放交通要求137浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的经济性比较137.1铺装体系造价分析137.2桥面铺装的后期维护要求138我们的结论141我国钢桥面铺装的研究历程第一阶段（1995-2002年）：引进、消化吸收国外桥面铺装技术；第二阶段（2002-2006年）：结合我国钢桥面铺装的一阶段经验和教训，开始进行创新性探索，以解决钢桥面铺装的结构稳定性为标志，现在仍在进行；第三阶段（2006年至今）：重载交通钢桥面铺装沥青砼技术研究，以江苏江阴长江大桥的维修进行科研为标志，仍任重道远！2浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土简介2.1浇注式沥青混凝土简介2.1.1定义浇注式沥青混凝土是沥青混凝土按照施工工艺作为分类标准确定的一种沥青混凝土，胶结料主要是高性能的改性沥青与天然沥青进行复合改性的沥青。浇注式沥青混凝土属于悬浮式密实型结构的沥青混凝土。2.1.2分类浇注式沥青混凝土分为以英国等国家外代表的单层浇注式沥青混凝土沥青玛蹄脂MA（ Mstic Asphalt）及以德国、日本等国家为代表的浇注式沥青混凝土GA（Guss Asphalt）。2.1.3 特点1）自流性浇注式沥青混凝土的特点是在较高施工温度（220250）下具有较好的流动性和施工和易性，由于沥青混合料有一定的流动性，只需要用摊铺整平机即可完成施工，不需碾压，并能达到规定的密实度和平整度。1）密水性浇注式沥青混合料本身具有细集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高等特点，较多的沥青及矿粉含量使骨料处于悬浮状态。与热碾压沥青混凝土不同，其空隙率很小，而且内部空隙不连续，因而成型的浇注式沥青混凝土不透水，耐冻融、耐油、抗老化。3）优良的抗开裂性浇注式沥青混凝土变形能力强，整体性优良，沥青含量高，具有优良的抗低温开裂与抗疲劳开裂性能。2.2环氧沥青混凝土简介2.2.1定义环氧沥青混凝土（EA）是由环氧沥青胶结料和级配集料经拌合而成的一种强度高、刚性大的沥青混凝土，具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性和抗疲劳特性。作为胶结料的环氧沥青，一般是通过在沥青中添加热固性环氧树脂和固化剂，经固化反应而形成一种不可逆的固化物。由于环氧沥青具有优良的路用性能，被广泛的应用于钢桥面铺装和重交通道路上，并适用于水泥混凝土桥面铺装上。2.2.2特点1） 高强度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58倍，而流值却大致相同，这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。2）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层具有良好的高温稳定性。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。3） 良好的耐久性环氧沥青混凝土的抗燃油腐蚀、抗水害性能优越。3浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土应用于钢桥面铺装的发展历程3.1浇注式沥青混凝土的发展历程3.1.1浇注式沥青混凝土在国外的应用溯源国外浇注式沥青混凝土的应用主要以英国为代表的MA的应用研究，以及德国、日本等国家的GA应用研究。德国于1917年开始研究开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面工程中。世界上最早采用特立尼达湖沥青修筑浇注式沥青混凝土桥面铺装的是1929年修建的德国苏丹尼罗河大桥。英国道路运输研究协会在20世纪50年代早期时就对钢桥面铺装作了广泛的研究，目的是为了寻找一个合适的钢桥面铺装结构，英国TRRL（运输与道路研究实验室）进行大量试验研究后，结论是采用约38mm厚的单层沥青玛蹄脂铺装是最合适的，并将结论写入路桥施工手册（1964年）。日本使浇注式沥青混合料及其技术得到了长足和全面深入的发展及推广。1950年日本着手研究钢桥面铺装并于1955年首先在东京都的新六桥完成两层的沥青混凝土铺装，1956年日本在从德国引进相应的技术后，以多田宏行先生为代表的铺装专家根据日本本国的特点，对德国浇注式沥青混凝土的材料组成及相应的技术标准作了较大的调整，逐步形成了符合日本国情的一整套技术，并且在1961年沥青铺装纲要中公布了相关的钢桥面铺装技术规范。3.1.2浇注式沥青混凝土在我国的发展历程第一阶段浇注式沥青混凝土铺装主要是MA（ Mastic Asphalt）结构，如香港青马大桥及江苏江阴长江大桥。但江阴长江大桥通车后即出现大量的车辙、开裂，调查研究发现，江阴长江大桥出现病害的原因主要是江阴桥钢板厚度小、夏季高温、超载严重以及施工过程控制等因素。 江阴大桥桥面MA病害 香港青马大桥第二阶段，对浇注式沥青混合料进行了改进，根据我国钢桥的使用条件，与日本和德国的浇注式沥青混合料相比，提高了混合料的高温性能，即提高了贯入度及贯入度增量的试验温度；提高了混合料的动稳定度要求，适当降低了浇注式沥青混合料的低温性能。第二阶段浇注式沥青混凝土应用于钢桥面铺装的结构主要是下层GA+上层SMA的组合，根据防水体系的不同，典型桥梁有：山东胜利黄河大桥（维修）、重庆石板坡长江大桥、天津子牙河大桥、安徽安庆长江大桥、长沙三汊叽大桥、重庆菜园坝长江大桥、贵州北盘江大桥、沈阳尚小桥、重庆朝天门大桥等。沪瑞高速公路贵州北盘江大桥 重庆朝天门大桥GA第三阶段以江阴长江大桥的维修科研课题为依托，进行重载交通钢桥面铺装沥青混凝土技术研究“江阴长江大桥重交通钢桥面改性沥青浇注式混凝土铺装技术研究”。3.2环氧沥青混凝土的的发展历程3.2.1环氧沥青混凝土在国外的应用溯源国外环氧沥青的应用研究主要以美国的双层环氧沥青混凝土铺装为代表，环氧改性沥青混凝土由壳牌石油公司最初开发用于机场道面以抵抗飞机燃油和喷气的侵害，1967年首次用于美国San Mateo-Hayward大桥正交异性钢板桥面的铺装层。环氧沥青混合料作为高性能材料，在国外工程中得到了较为广泛的运用。将这种材料用作钢桥面铺装的国家主要有美国、加拿大和澳大利亚，其中以美国应用最为广泛。3.2.2环氧沥青混凝土在我国的发展历程第一阶段环氧沥青混凝土铺装应用于南京长江二桥（南京长江二桥对超限车进行严格限制），这一阶段的环氧沥青还只是停留在进口环氧沥青。第二阶段环氧沥青混凝土铺装分为进口环氧铺装与国产环氧铺装，进口环氧铺装典型桥梁主要有南京长江三桥、苏通大桥、杭州湾大桥、润扬大桥以及江阴长江大桥的维修等，国产环氧铺装的典型桥梁主要有天津富民桥、武汉天兴洲长江大桥等。据现场调查显示，润扬大桥桥面已出现明显病害。江阴长江大桥采用进口环氧修补后，桥面亦出现大量病害，但该桥受客观原因（钢板厚度薄、夏季高温、超载严重等因素）影响大。除此之外，第二阶段的其他桥梁桥面铺装状况良好。第二阶段环氧沥青混凝土的研究还在进行对铺装结构防水层的改善，在钢桥面板上加铺23mm的复合反应性防水层，以增强铺装层的抗裂性，目前正在进行。 武汉天兴洲大桥桥面 重庆鱼嘴长江大桥桥面 江阴长江大桥采用进口环氧修补出现的病害 武汉阳逻大桥病害 润扬大桥桥面铺装病害 杭州湾大桥桥面铺装病害4浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的路用性能比较4.1两种沥青混合料的强度形成原理浇注式沥青混合料本身具有细集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高等特点，较多的沥青及矿粉含量使骨料处于悬浮状态。悬浮密实结构且小于1%的空隙率造就了浇注式沥青混合料的高密实度、高强度，优良的水稳定性、低温抗裂性、耐久性。而造就环氧沥青优异性能的是环氧树脂+沥青、固化剂发生的固化反应，主要表现为在固化剂的官能团作用下，环氧树脂发生了开环反应，并形成一种不熔的空间网络体系。4.2两种沥青混合料的路用性能比较 表4.1 GA与EA的路用性能比较项目高温稳定性低温抗裂性水稳定性抗滑能力耐疲劳性能环氧沥青混合料热固性材料；优异优良优良表面较光滑，但实际应用中抗滑性能优良优异浇注式沥青混合料优良；（评价方法建议采用日本铺装试验法便览优良优异GA+SMA（GA表面撒小碎石），GA+GA（面层GA撒碎石），因此，总体抗滑能力优良优良4.3环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系须改进之处及破坏形式4.3.1环氧沥青混凝土钢桥面铺装体系须改进之处环氧沥青混凝土铺装体系缺乏防水层，铺装层一旦开裂，很快发展到钢板，使环氧富锌漆被氧化，形成粉末状的氧化锌或锌盐，导致铺装脱层。因此，第二阶段环氧沥青混凝土的研究加强了对铺装结构防水层的改善，在钢桥面板上加铺23mm的复合反应性防水层，以增强铺装层的抗裂性，目前正在进行。4.3.2环氧沥青混凝土铺装体系破坏形式对已有的几座环氧沥青混凝土桥梁桥面铺装使用状况的调查情况来看，环氧沥青混凝土铺装层表现出一些细微的表面缺陷, 根据表面缺陷出现的时间段、出现的位置与缺陷的规模将其划分为表4.2中的几个部分。表4.2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害划分时间分段病害成因病害体现早期损坏机械设备因素表面鱼尾状裂纹铺装层异物鼓起铺装层表面皮料铺装表面混合料剥落铺装层透水人为因素死料人为离析环境因素水分温度、风使用期损坏鼓包初期鼓包开裂中期鼓包扩展晚期鼓包塌陷开裂铺装层表面不规则裂纹外伤铺装层表面划痕、凹坑潜在病害铺装与钢板粘附性钢板清洁影响铺装层粘结强度粘结料洒布量控制粘结料洒布过多铺装层抗滑问题密级配铺装层抗滑性能变化5浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的实际应用效果比较5.1应用于钢桥面铺装的结构说明浇注式沥青混凝土（GA）作为铺装下层的铺装结构如图5.1所示，环氧沥青混凝土（EA）铺装体系图图5.2所示。图5.1 GA作为铺装下层的钢桥面铺装方案图5.2 环氧沥青混凝土钢桥面铺装方案5.2 GA与EA在中国的应用案例分析5.2.1 GA在国内的应用案例分析表5.1 浇注式沥青混凝土在中国序号时间地点工程名称铺装结构应用效果备注11997年台湾台湾苗栗市新东大桥浇注式沥青混凝土运营20多年，桥面状况仍然完好21997年香港香港青马大桥单层浇注式沥青混凝土优良31999年台湾台湾高屏溪大桥单层浇注式沥青混凝土优良42002年江苏江苏扬瓜公路上的冻青桥维护单层浇注式沥青混凝土优良52004年重庆重庆渝合高速公路西山坪隧道工程GA+SMA优良62004年山东山东平阴黄河公路大桥GA+SMA优良72004年重庆重庆渝邻高速李子林隧道GA+SMA优良82004年云南云南昆石高速公路的清水沟1号和2号隧道GA+SMA优良92004年天津天津子牙河大桥GA+SMA优良102004年安徽安庆长江大桥GA+SMA优良112005年吉林国道203线松原至肇源松花江特大桥GA+SMA优良122005年上海上海东海大桥GA+SMA优良混凝土桥面132005年江苏江苏省润扬长江大桥环氧沥青混凝土铺装该桥梁中央分隔带采用浇注式沥青混凝土142006年江苏江苏省S342凤翔路立交A匝道GA+SMA优良152006年江苏江苏省S342主线上跨西互通钢箱梁桥面GA+SMA优良162006年湖南长沙环线三汊矶大桥GA+SMA优良172006年云南云南省昆明市朱家村立交跨线桥GA+SMA优良182006年重庆重庆石板坡长江大桥GA+SMA优良192007年广东广东汕头礐石大桥（翻修）GA+SMA优良202007年重庆重庆菜园坝长江大桥GA+SMA优良212008年四川四川省成都市某市政立交桥GA+SMA刚通车222008年广州广州珠江黄埔大桥环氧沥青混凝土铺装该桥梁中央分隔带采用浇注式沥青混凝土232008年江西江西省贵溪大桥GA+SMA刚通车242008年贵州贵州省沪瑞高速公路北盘江大桥GA+SMA刚通车252008年辽宁辽宁沈阳尚小桥GA+SMA刚通车262008年山东山东省青岛海湾大桥（实验段）GA+SMA未开放交通272008年重庆重庆嘉华嘉陵江大桥GA+SMA刚通车282008年湖北武汉天兴洲长江大桥国产环氧沥青混凝土铺装刚通车该桥梁中央分隔带采用浇注式沥青混凝土292009年江西江西省南昌洪都大桥GA+SMA刚通车302009年江西江西省南昌英雄大桥GA+SMA刚通车312009年重庆重庆朝天门长江大桥GA+SMA刚通车322009年上海上海长江大桥GA+SMA刚通车混凝土桥面332009年山西太原漪汾桥GA+SMA刚通车342009年江苏南京过江隧道右汊夹江大桥GA+SMA刚通车352009年辽宁沈阳北海高架桥单层GA刚通车混凝土桥面，维护362009年江西赣州飞龙岛大桥GA+SMA刚通车372010年福建福州鼓山大桥GA+SMA5.2.2 EA在国内的应用案例分析表5.2 环氧沥青混凝土在中国序号时间地点工程名称铺装结构应用效果12001年江苏南京长江二桥双层进口环氧沥青铺装桥面运营初期效果优异，但已出现环状裂缝22003年浙江舟山桃夭门大桥双层进口环氧沥青铺装良好32005年江苏润扬长江大桥双层进口环氧沥青铺装目前，桥面出现了较多明显的病害,本材料中损害的图片拍摄于2008年42005年江苏南京长江三桥双层进口环氧沥青铺装良好52006年天津天津大沽桥双层进口环氧沥青铺装良好62006年广东佛山平胜大桥双层进口环氧沥青铺装良好72006年广东湛江海湾大桥双层进口环氧沥青铺装良好82007年湖北武汉阳逻大桥双层进口环氧沥青铺装出现裂缝及坑洞病害，图片拍摄于2009年上半年92007年浙江杭州湾大桥双层进口+国产环氧沥青铺装出现坑洞，图片拍摄于2009年上半年102008年浙江金塘大桥双层进口环氧沥青铺装观测中112008年江苏苏通大桥双层进口环氧沥青铺装观测中122008年天津富民桥双层国产环氧沥青铺装观测中132008年广东珠江黄埔大桥双层进口环氧沥青铺装铺装表面2009年上半年发现出现了不少油斑142008年湖北武汉天兴洲大桥双层国产环氧沥青铺装观测中152009年重庆鱼嘴长江大桥双层进口环氧沥青铺装观测中162008年贵州坝凌河大桥双层进口环氧沥青铺装观测中6浇注式沥青混凝土与环氧沥青混凝土的施工工艺及质量控制比较6.1施工设备浇注式沥青混凝土施工须Cooker运输设备，其余与普通沥青混凝土相同。环氧沥青混凝土所须的特殊设备有包括环氧沥青添加设备的沥青混凝土拌和楼，环氧沥青储存罐，环氧沥青粘结层洒布机，环氧沥青混合机等。6.2环境要求浇注式沥青混合料对施工环境无特殊要求。环氧沥青混合料的施工环境：气温不低于10、风速不大于10m/s、相对湿度不大于90%。6.3质量控制6.3.1浇注式沥青混凝土的施工质量控制浇注式沥青混凝土在国内数十座桥梁桥面铺装的应用，除江阴桥外（该桥桥面铺装采用的是MA，桥面系刚度小，且重载，夏季高温，各种方案均出问题），尚无失败案例。因此，浇注式沥青混凝土施工过程的质量控制对其使用性能影响较小。6.3.2环氧沥青混凝土的施工质量控制造就环氧沥青优异性能的化学反应开始于环氧树脂、固化剂改性沥青和集料在拌制过程中的混合时刻。环氧沥青混