CN101935971A - 一种钢桥面的保护装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢桥面的保护装置及其生产方法，所述保护装置包括设置在所述钢桥面的桥面板之上的沥青混凝土面层，还包括设置在所述桥面板和所述沥青混凝土面层之间的至少一层粘结过渡层，所述粘结过渡层包括级配碎石层和环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂层，所述级配碎石层设置在所述粘结剂层之上，且设置在所述沥青混凝土面层之下。本发明的保护装置使沥青混凝土面层和桥面板粘结成一个整体，加强了沥青混凝土面层对桥面板变形的追从性，层间粘接耐久性增强，减少了沥青混凝土面层与桥面板脱层与滑移而遭到的破坏。

Description

一种钢桥面的保护装置及其生产方法

技术领域

本发明属于钢桥面设计、施工和养护修补的技术领域，具体地说，本发明涉及一种新的钢桥面的保护装置及其生产方法。

背景技术

钢桥面铺装是桥梁行车系统的重要组成部门，它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。正交异性桥面体系的出现，大幅度地降低了桥梁的重量，使桥梁的跨径更长，促进了特大跨径桥梁的建设，钢桥面铺装技术是伴随着特大跨径桥梁的建设而发展起来的一项高技术难度的特殊铺装技术。由于正交异性钢桥面体系的钢度小，变形大，对钢桥面铺装的要求非常苛刻，因而成为一项世界性的难题。钢桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上，在行车荷载、风载、温度变化及钢桥面局部变形等因素影响下，其受力和变形远较公路路面或机场跑道复杂，因而对其高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢板变形的追从性、变形特性、层间粘接以及完善的防排水体系等均有极高的要求。同时，由于铺装所处的特殊位置，在使用性能上又有重量轻、粘结性高、不透水等特殊要求。

沥青混凝土面层作为防护层，铺筑在钢桥面的底层(即桥面板)上的直接作用是保护行车道板在行车荷载和自然环境的侵蚀下不受车辆轮胎的直接磨耗和抵御雨水和其它腐蚀物对梁体的侵蚀，并将车辆集中荷载通过铺面结构层分布作用在桥体上。由于沥青混凝土面层直接承受着交通荷载和恶劣的气候作用，同时由于受力情况复杂，沥青混凝土面层极易发生各类形式的破坏，其初始铺装和长期养护水平直接影响到车辆的行驶舒适性和桥面的使用耐久性。

德国是最早对钢桥面铺装体系展开研究的国家，随后美国、英国、丹麦、日本、荷兰等国家也先后进行了相关研究，其理论分析和数值计算的目的在于为钢桥面铺装提供设计参数。世界各国在钢桥面铺装方面选用的结构类型与铺状材料及厚度都不尽相同，一般包括防水层和沥青混凝土面层两个基本层面。钢桥面铺装沥青混合料主要有三种体系：浇注式沥青混凝土(Mastic Asphalt)、沥青玛蹄脂碎石(Stone Mastic Asphalt，简称SMA)和环氧沥青混凝土(Epoxy Asphalt)。这三种材料根据其性能的差别分别用于不同的铺装层位中，但由于钢桥面铺装具有厚度较薄和受力情况复杂的特点，钢桥面铺装层极易发生破坏。相比较而言环氧沥青混凝土强度较高，耐久性也好，但环氧沥青混合料的配制工艺比较复杂，施上中对时间和温度的要求十分严格，施工难度大，材料及施工成本较高。

近十几年来，我国建设的许多大跨径桥梁中，正交异性钢桥面板体系由于自重轻及经济性好而得到越来越多的应用。但是，正交异性钢桥面的铺装问题，在国内尚未得到很好的解决，大多存在不同程度的车辙、开裂、沥青混凝土面层与钢桥面的底层(即桥面板)脱层与滑移等病害。目前我国已建成使用的大跨径桥梁，由于采用的技术方案不可靠，大多存在不同程度的车辙、开裂、沥青混凝土面层与桥面板脱层与滑移等病害。

分析国内外钢桥沥青铺装使用状况发现，高温稳定性差和疲劳开裂是正交异性钢桥面铺装产生破坏的主要形式，究其破坏的根本原因在于桥面板对沥青混凝土面层变形的追从性不够，层间粘接耐久性差，进而造成桥面板与沥青混凝土面层脱层与滑移而破坏。因而，迫切需求一种既能满足我国特殊的气候环境要求，又能满足我国大量重载及超载交通条件，同时对施工工艺和施工环境比较宽松的钢桥面保护装置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种新的钢桥面的保护装置，该钢桥面保护装置对变形量大钢桥面起到粘结防护的作用，使钢桥面不会因桥面板与沥青混凝土防护层脱层与滑移而受到破坏。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种钢桥面的保护装置，包括设置在所述钢桥面的桥面板之上的沥青混凝土面层，还包括设置在所述桥面板和所述沥青混凝土面层之间的至少一层粘结过渡层，所述粘结过渡层包括级配碎石层和环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂层，所述级配碎石层设置在所述粘结剂层之上，且设置在所述沥青混凝土面层之下。

优选地，所述粘结过渡层为两层。

优选地，所述粘结过渡层的拉伸强度大于5MPa，拉伸延伸率大于30％。

优选地，所述级配碎石层是由3-11mm的玄武岩、辉绿岩和花岗岩中的一种或几种制备而成。

优选地，所述粘结过渡层的厚度为3-30mm。

本发明还提供了上述钢桥面的保护装置的生产方法。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种钢桥面的保护装置的生产方法，包括以下步骤：

(1)净化处理钢桥面的桥面板表面，净化至无锈、无水、无尘、无油；

(2)在桥面板表面涂刷由环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂，形成粘结剂层；

(3)立即在粘结剂层上铺设级配碎石，固化3-8h后去除粘结不牢的级配碎石，与粘结剂层一起形成粘结过渡层；

(4)在粘结过渡层上铺设沥青混凝土面层，固化后即得所述钢桥面的保护装置。

优选地，步骤(3)后、步骤(4)前还包括：重复步骤(2)和步骤(3)。

优选地，所述步骤(3)为：立即在粘结剂层上过量铺设3-11mm的级配碎石。

正交异性刚桥面体系自重轻，变形大，破坏多来自沥青混凝土面层对桥面板变形的追从性不够，层间粘接耐久性差，进而造成沥青混凝土面层与桥面板脱层与滑移而破坏，所以钢桥面层间连接和防护问题对于整个维护工程的成功与否起着至关重要的作用。因而，粘结过渡层的材料应考虑如下基本性能：不透水性、耐高温稳定性、耐低温韧性、耐久性、抗剪强度、粘结强度、施工可操作性等。本发明粘结剂层采用的材料为环氧树脂及聚氨酯混合形成的高分子溶液，其具有环氧树脂的超强粘结强度和聚氨酯相当优异的柔性变形性，又克服了环氧树脂的脆性；粘结剂层与级配碎石层混合形成粘结过渡层，可以防水、防锈，该粘结过渡层具有高强度、高变形的优良特点，有效吸收沥青混凝土面层与桥面板之间部分相对位移，从而减小沥青混凝土面层内的应力破环，极大程度解决了大跨度桥梁大变形的问题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明在沥青混凝土面层与桥面板之间增设置了一层粘结过渡层，其与沥青混凝土面层一起构成钢桥面的保护装置，粘结过渡层的粘结剂层不含任何填料和挥发性溶剂，并且按简单的体积配比进行反应，具有极低的粘度和低表面张力，使沥青混凝土面层和桥面板粘结成一个整体，加强了沥青混凝土面层对桥面板变形的追从性，层间粘接耐久性增强，减少了沥青混凝土面层与桥面板脱层与滑移而遭到的破坏；

2)本发明保护装置中的粘结过渡层上层的级配碎石层确保与沥青混凝土面层的连接摩擦力，从而与沥青混凝土面层形成整体，有效分散轴载，确保可承载最大的交通负荷；

3)本发明保护装置中的粘结过渡层可防止水分渗入桥面板内，腐蚀钢板，威胁主梁安全；

4)本发明的钢桥面保护装置施工工艺简单、养护维修方便。

附图说明

图1为本发明钢桥面保护装置结构的纵断面示意图；

附图标记：1、沥青混凝土面层；2、粘结剂层；3、级配碎石层；4、粘结过渡层；5、桥面板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，为本发明钢桥面保护装置结构的纵断面示意图，本发明的钢桥面保护装置，包括设置在钢桥面的底层，即桥面板5之上的沥青混凝土面层1，还包括设置在所述桥面板5和所述沥青混凝土面层1之间的一层粘结过渡层4，所述粘结过渡层4包括级配碎石层3和环氧树脂及聚氨酯混合形成的粘结剂层2，所述级配碎石层3设置在所述粘结剂层2之上，且设置在所述沥青混凝土面层1之下。

在该实施例中，环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂购买自美国dow化学公司，其商品名为FLEXOGRID系统，可为Mark-166.2(A组分∶B组分＝1∶1，用量：1.35升/平米)、Mark-163(A组分∶B组分＝2∶1，用量：2.7升/平米)或Mark-127(A组分∶B组分＝2∶1，用量：0.21升/平米)，粘结过渡层的厚度为15mm；粘结过渡层的拉伸强度为5.5MPa，拉伸延伸率为30％。级配碎石层铺撒的是3-11mm的玄武岩、辉绿岩和花岗岩的混合物。

该实施例的钢桥面的保护装置的生产方法如下，包括以下步骤：

(1)施工前预处理

施工前，处理钢桥面的底层，即桥面板，使其表面平整(平整度＜5mm)、干燥、干净，无浮浆、无油污等突出硬物，用干燥无油的压缩空气清除灰尘、石屑、砂粒等残留物，用肉眼观察表面水、汗、油或其他污染物，待桥面板干燥后2小时内进行施工。

将级配碎石水洗并烘干，所有的碎石应储存在一个干燥无尘的环境里，不受施工现场的污染，亦不受雨雪湿气的影响。

(2)涂刷粘结剂

将A组分与B组分搅拌后倒到预处理后的桥面板，用刷子将液体均匀地刷到整个桥面板，并用厚度尺测量是否达到设定的厚度，即形成环氧树脂-聚氨酯粘结剂层。使用规定的机械进行量取、搅拌和泼洒。工程车应装备有液压控制的带容积流量计的容积泵。工程车在铺设粘结剂之前才混合组分，从而最大程度的利用了系统的可操作时间，保证了粘结剂更好的润湿桥面板。该粘结剂层固化后的物理性能参数见表1。

表1粘结剂层固化后的物理性能

(3)撒布级配碎石

涂刷粘结剂后，立即将3-11mm的级配碎石(玄武岩、辉绿岩和花岗岩的混合物，各种碎石之间的比例没有规定)均匀撒布到整个粘结剂层表面。级配碎石应过量撒布，覆盖所有粘结剂直至表面看不到粘结剂液体，撒好级配碎石后固化约5小时，即得级配碎石层，在固化过程中，注意防水和其他污染物接触到级配碎石层，撒布级配碎石要求不能影响液体的分布与流平。级配碎石层固化后的粘弹性质如表2所示。

表2级配碎石层固化后的粘弹性质

(4)去除多余级配碎石

用强力真空吸除或高压空气将粘结不牢的过量撒布的级配碎石去除，即形成了由粘结剂层和级配碎石层构成的粘结过渡层。级配碎石层的表面粗糙度确保与沥青混凝土面层的连接摩擦力，从而与沥青混凝土面层形成整体，有效分散轴载，形成防护、抗拉、抗剪切力，又可吸收侧向和垂直的位移的特殊结构层，即粘结过渡层。

(5)铺装沥青混凝土面层

在粘结过渡层固化2-3小时后铺装沥青混凝土，其与粘结过渡层一起构成钢桥面保护装置，在该实施例中，面层使用的是沥青玛蹄脂碎石。

使用本实施例的钢桥面保护结构的钢桥面与现有技术钢桥面结构的比较见表3。

表3使用本实施例钢桥面保护装置的钢桥面与现有技术钢桥面结构的比较

本发明的钢桥面保护装置在以下情况时，不能进行粘结过渡层施工：环境温度低于10摄氏度；桥面板上有可见的水或水汽、预报在施工后的8小时内要下雨。只要桥面板温度和露点之间相差3摄氏度以上，雾和高湿度不会影响施工和粘结过渡层的最终性能。

本实施例从施工和修复两个方面进行综合考评，本发明的钢桥板施工方法简单，在行车荷载、风载、温度变化及钢桥面局部变形等因素影响下，其受力和变形远较公路路面或机场跑道复杂，本发明的粘结过渡层对高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢板变形的追从性、变形特性、层间粘接以及完善的防排水体系等均有极高保证。维修容易，具有耐磨、抗滑、防水、抗老化性能好、随从变形大、自重小、使用寿命长、维修简单方便等优点。

实施例2

本实施例的钢桥面保护装置其他结构均与实施例1相同，不同的是，在桥面板和沥青混凝土面层之间设置有两层粘结过渡层。

其生产方法除了在步骤(4)之后重复步骤(3)和步骤(4)外，其他步骤均与实施例1相同。

本实施例的钢桥面保护结构也对高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢板变形的追从性、变形特性、层间粘接以及完善的防排水体系等均有极高保证。其维修容易，具有耐磨、抗滑、防水、抗老化性能好、随从变形大、自重小、使用寿命长、维修简单方便等优点。具体实验结果省略。

以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (9)

1.一种钢桥面的保护装置，包括设置在所述钢桥面的桥面板之上的沥青混凝土面层，其特征在于，还包括设置在所述桥面板和所述沥青混凝土面层之间的至少一层粘结过渡层，所述粘结过渡层包括级配碎石层和环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂层，所述级配碎石层设置在所述粘结剂层之上，且设置在所述沥青混凝土面层之下。

2.根据权利要求1所述的钢桥面的保护装置，其特征在于，所述粘结过渡层为两层。

3.根据权利要求1或2所述的钢桥面的保护装置，其特征在于，所述粘结过渡层的拉伸强度大于5MPa，拉伸延伸率大于30％。

4.根据权利要求1所述的钢桥面的保护装置，其特征在于，所述级配碎石层是由3-11mm的玄武岩、辉绿岩和花岗岩中的一种或几种制备而成。

5.根据权利要求1所述的钢桥面的保护装置，其特征在于，所述粘结过渡层的厚度为3-30mm。

6.一种生产如权利要求1所述的钢桥面的保护装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)预处理处理钢桥面的桥面板表面，净化至无锈、无水、无尘、无油；

(2)在桥面板表面涂刷由环氧树脂及聚氨酯复合形成的粘结剂，形成粘结剂层；

(3)立即在粘结剂层上铺设级配碎石，固化3-8h后去除粘结不牢的级配碎石，与粘结剂层一起形成粘结过渡层；

(4)在粘结过渡层上铺设沥青混凝土面层，固化后即得所述钢桥面的保护装置。

7.根据权利要求6所述的钢桥面的保护装置的生产方法，其特征在于，在所述步骤(3)后、步骤(4)前还包括：重复步骤(2)和步骤(3)。

8.根据权利要求6所述的钢桥面的保护装置的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)为：立即在粘结剂层上过量铺设3-11mm的级配碎石。

9.根据权利要求6所述的钢桥面的保护装置的生产方法，其特征在于，步骤(3)所述粘结过渡层的厚度为3-30mm。