CN103225264A

CN103225264A - 一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构

Info

Publication number: CN103225264A
Application number: CN2013101934682A
Authority: CN
Inventors: 王旭东; 周兴业; 张蕾; 曾峰; 肖倩; 张晨晨; 张宇; 贾磊
Original assignee: ZHONGLU GAOKE (BEIJING) HIGHWAY TECHNOLOGY Co Ltd; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: ZHONGLU GAOKE (BEIJING) HIGHWAY TECHNOLOGY Co Ltd; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103225264B

Abstract

本发明涉及一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构，由钢桥面至表层依次由下列层结构组成：黏结防水层，细粒式密实型复合橡胶沥青混凝土，黏结防水层和中粒式复合橡胶沥青混凝土，总铺装厚度为6～7cm。通过结构组合的优化设计，在表面层主要考虑抗滑和抗弯拉、抗高温剪切性能的平衡，采用中粒式材料，下面层主要考虑密实性、抗高温剪切和变形追从性，采用细粒式材料。该技术方案具有良好的高温、抗裂及密实性，其黏结防水层具有较高的拉拔强度，可有效避免沥青混凝土层在车辆荷载作用下的剪切推移破坏。

Description

一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构

技术领域

本发明主要应用于钢箱梁桥面铺装结构，特别设计用于缓解钢桥面正交异性钢板沥青铺装的纵向开裂和高温推移破坏，属于交通运输工程领域。

背景技术

桥面铺装结构和材料的设计是介于桥梁结构工程和路面结构工程之间的跨学科工程应用技术研究。正交异性钢板钢箱梁桥以其重量轻、强度高、弯曲应力图合理，剪应力小的结构特点，而广泛应用于桥梁建设中，我国已建成的苏通大桥、杭州湾大桥等特大桥梁均采用此种结构，但正交异性钢板的采用使铺筑于其上的沥青混凝土铺装层具有较公路路面和机场道面更为复杂的受力和变形响应。统计数据表明，桥面铺装的破损率比普通公路路面铺装的破损率高1倍以上，桥面铺装结构和材料的设计与选择，多年以来不仅是我国公路工程建设中的难点和热点的技术问题，也是国际上的一个尚未解决的难题。

我国目前仍没有建立比较完备、可靠的桥面铺装设计体系。桥面铺装的结构通常采用高速公路路面的中、上层结构，但为了解决钢桥面柔性大、变形大带来的沥青混凝土铺装层材料弯拉破坏和层间剪切破坏，往往单纯从铺装材料上提高设计标准，采用高标准的结合料与石料，造成桥面铺装沥青混凝土的单价达到普通路面材料的3～4倍以上，却难以解决钢桥面铺装中始终存在的层间粘结失效导致推移变形和表面层反复弯拉疲劳导致纵向开裂的顽疾。因此，如何充分考虑正交异性钢板上复合沥青混凝土复杂的受力特点，从结构设计和材料设计的角度综合设计，提出适宜钢箱梁桥正交异性钢板铺装系受力特点和桥梁适用环境特点的沥青混凝土铺装结构组合方案是提高桥面铺装适用寿命，确保桥梁整体安全、耐久的必要工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构，能适用于正交异性钢板钢箱梁桥面铺装，该铺装结构可以解决沥青混凝土铺装系的高温稳定性、抗疲劳纵向开裂能力和变形协调性之间的矛盾，避免正交异性钢板沥青混凝土铺装易于出现的高温推移和纵向开裂问题。

一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构，由钢桥面至表层依次由下列层结构组成：黏结防水层，细粒式复合橡胶沥青混凝土，黏结防水层和中粒式复合橡胶沥青混凝土，总铺装厚度为6～7cm。

所述中粒式复合橡胶沥青混凝土厚度3.5-4cm，混合料的公称最大粒径为13.2mm，粗集料含量在65%-75%。

所述中粒式复合橡胶沥青混凝土的空隙率为3～4%，高温抗车辙能力达到10000次/mm60度，超高温条件下的抗车辙能力达到6000次/mm70度，5度抗弯拉应变10000με以上，路面构造深度大于0.8mm。

所述细粒式复合橡胶沥青混凝土厚度2.5-3cm，混合料的公称最大粒径为9.5mm，粗集料含量在60%-70%。

所述细粒式复合橡胶沥青混凝土的空隙率为2～3%，高温抗车辙能力达到6000次/mm，0度抗弯拉应变15000με以上。

所述黏结防水层由复合橡胶沥青膜和单粒径碎石组成，复合橡胶沥青的旋转黏度达到3.5MPa180度以上，剂量为2.2-2.4kg/m2，碎石由9.5mm单粒径洁净石灰岩组成，撒布量为7-8kg/m2。

铺装结构的施工方法，包括如下步骤：（1）在喷涂了防腐富锌漆涂层的钢桥面板上洒布2.2-2.4kg/m2复合橡胶沥青层，再在其表面撒布7-8kg/m2的单粒径碎石，形成黏结防水层；（2）在黏结防水层上铺筑2.5-3cm细粒式复合橡胶沥青混凝土；（3）重复步骤（1）；（4）在黏结防水层上铺筑3.5-4cm中粒式复合橡胶沥青混凝土；（5）养生12h，开放交通。

本发明为专门用于设计钢桥正交异性钢板沥青混凝土铺装组合结构和材料，发明内容包括结构设计和材料设计两个部分：

1结构设计

（1）结构厚度设计。满足沥青混凝土铺装施工最小厚度和公称最大粒径与厚度比要求的前提下，减薄桥面铺装整体厚度，总铺装厚度为6～7cm，双层铺装，有利于减少桥梁的恒载。

（2）结构层组合，见图1。

1）表面层：主要的功能是提高车辆行驶所需的抗滑能力，同时由于正交异性钢板加劲肋处的负弯矩引起的表面弯拉作用，需要提供足够的抗弯曲能力。

2）下面层：主要功能是提供桥面不平整的调平，同时需要具有足够的密实性以保护桥面不受表面渗水的侵害，具有足够的变形协同能力，使钢板变形与沥青混凝土变形协调一致。

3）黏结防水层：设置于钢板与下面层间和表面层与下面层之间，主要功能是提高沥青混凝土与钢板之间的黏附力，减少由于沥青混凝土内部以及与钢板滑动接触引起的水平剪应力增加，避免沥青混凝土剪切退役车辙病害。

2材料设计

（1）表面层采用中粒式复合橡胶沥青混凝土。空隙率为3-4%，高温抗车辙能力达到10000次/mm60度，超高温条件下的抗车辙能力达到6000次/mm70度，5度抗弯拉应变10000με以上，路面构造深度大于0.8mm。

（2）下面层采用细粒式复合橡胶沥青混凝土。空隙率为2～3%，高温抗车辙能力达到6000次/mm，0度抗弯拉应变15000με以上。

（3）黏结防水层。黏结防水层由高黏度复合橡胶沥青膜和单粒径碎石组成，复合橡胶沥青的旋转黏度达到3.5MPa180度以上，剂量为2.2-2.4kg/m2，碎石由9.5mm单粒径洁净石灰岩组成，撒布量为7-8kg/m2。

铺装方法步骤：（1）在喷涂了防腐富锌漆涂层的钢桥面板上洒布2.2-2.4kg/m2复合橡胶沥青层；（2）在复合橡胶沥青层表面撒布7-8kg/m2的单粒径碎石，形成黏结防水层；（3）在黏结防水层上铺筑2.5-3cm细粒式复合橡胶沥青混凝土；（4）重复步骤（1）和（2）；（5）在黏结防水层上铺筑3.5-4cm中粒式复合橡胶沥青混凝土；（6）养生12h，开放交通。

与现有技术相比的优势特征

通过结构组合的优化设计，在表面层主要考虑抗滑和抗弯拉、抗高温剪切性能的平衡，采用中粒式材料，下面层主要考虑密实性、抗高温剪切和变形追从性，采用细粒式材料。

1、抗裂性能好。

复合橡胶沥青具有黏度高、韧性好的突出特点，采用其生产的沥青混凝土不仅高温抗变形能力强，而且抗弯疲劳开裂能力强，克服了普通沥青混凝土高温抗变形能力和抗弯拉能力相互矛盾的弊端。

本结构设计采用双层复合橡胶沥青混凝土铺装，复合橡胶沥青由于在聚合物改性沥青中添加具有高韧性的橡胶颗粒，使沥青混凝土更具柔性，抵抗负弯矩应力集中导致弯拉疲劳开裂效果明显。室内试验结果表明：其抗弯拉变形能力较一般沥青混凝土提高3倍以上，工程实践表明：钢桥面铺装纵向加劲肋处对应裂缝减少30%，且由于材料自身柔韧性强，裂缝具有一定的可恢复能力。

2、抗剪切推移性能好。

由于通过结构组合的优化设计，提高了层间的黏结性能，改善了沥青混凝土受力模式，有效地减薄了沥青混凝土铺装层，减少了车辙变形量。另一方面，复合橡胶沥青的高黏性特点，结合骨架型结构设计，使复合橡胶沥青混凝土具有良好的抗剪切变形能力，室内试验结果表明：高温抗车辙能力与SMA沥青混凝土相当。

3、使用耐久性好

由于通过结构优化设计和材料性能的提升，本铺装方案的耐久性突出，工程实践结果表明：利用该方案铺装的正交异性钢板沥青铺装层使用长达8年以上无大修，与国内大多数桥面铺装相比，寿命延长1倍以上。

4、施工简便，工程造价低，性价比高。

由于本方案中，沥青混凝土和黏结防水层均采用复合橡胶沥青，施工中备料较为简单，且便于质量控制。与国内外常见的SMA、环氧沥青混凝土桥面铺装方案相比，本方案不仅质量耐久性好，而且造价低，是性价比较高的一种技术方案。

附图说明

图1本发明铺装结构示意图，

其中1－中粒式复合橡胶沥青混凝土，2－黏结防水层，3－细粒式复合橡胶沥青混凝土，4－黏结防水层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

某位于广东省的钢箱梁桥桥面铺装工程，为正交异性钢板钢箱梁桥，初建于1987年，正交异性钢板厚度仅为12mm，与近年来新建钢桥相比，厚度薄4mm，导致该桥面板柔度更大，板上沥青混凝土铺装层的受力不均匀型更大。该项目日均自然交通量为4.5万，属于重交通，热带海洋性类型，日平均最高气温30.7度，平均最低气温10.8度，50年来极端最高气温38.7度，极端最低气温-1.0度，日最大降雨量503.3mm，相对湿度85％左右。从气候条件看当地的温度和湿度对钢桥面沥青混凝土铺装十分不利。2009年，该桥原有沥青混凝土铺装层进行翻修，新建沥青混凝土铺装采用本专利所述的设计方案。

根据该工程的具体条件，进行如下设计：

1.1结构设计

采用双层沥青混凝土，双层黏结防水层设计，表面层为中粒式复合橡胶沥青SAC-13.2型混凝土，厚度3.5mm，下面层为细粒式复合橡胶沥青SAC-9.5型混凝土，厚度为3.5mm，黏结防水层按照沥青洒布剂量不同分为I型和II型，两层沥青混凝土间为洒铺量1.8～2.2kg/m2的I型，桥面钢板与沥青混凝土间为洒铺量2.0-2.4kg/m2的II型。

1.2材料设计

1.沥青

表1.复合橡胶沥青技术要求

2．级配

表2.SAC-13.2型橡胶沥青混凝土推荐设计级配范围

表3.SAC-9.5型橡胶沥青混凝土推荐设计级配范围

5.3工程检测结果

施工完成时对两层混凝土各项技术指标的检测结果如下表4所示：

表4.橡胶沥青混凝土试验结果

对钢桥板与沥青混凝土间的黏结强度进行检测，结果如表5所示。全桥5844平米范围共检测了17个点，其中4个点从桥面黏结层断开，其余13个点从混合料与黏层间断开。

表5.桥面板与沥青混凝土间拉拔强度检测结果

按照该方案进行设计的钢桥面沥青混凝土铺装检测结果表明：该技术方案具有良好的高温、抗裂及密实性，其黏结防水层具有较高的拉拔强度，可有效避免沥青混凝土层在车辆荷载作用下的剪切推移破坏。

该方案造价为551.88元/平米，与其他铺装方案动辄千元/平米的造价比较，具有显著的经济优势。

Claims

1.一种复合橡胶沥青混凝土钢桥面铺装结构，由钢桥面至表层依次由下列层结构组成：黏结防水层，细粒式复合橡胶沥青混凝土，黏结防水层和中粒式复合橡胶沥青混凝土，总铺装厚度为6～7cm。

2.根据权利要求1所述的铺装结构，所述中粒式复合橡胶沥青混凝土厚度3.5-4cm，混合料的公称最大粒径为13.2mm，粗集料含量在65%-75%。

3.根据权利要求2所述的铺装结构，所述中粒式复合橡胶沥青混凝土的空隙率为3～4%，高温抗车辙能力达到10000次/mm60度，超高温条件下的抗车辙能力达到6000次/mm70度，5度抗弯拉应变10000με以上，路面构造深度大于0.8mm。

4.根据权利要求1所述的铺装结构，所述细粒式复合橡胶沥青混凝土厚度2.5-3cm，混合料的公称最大粒径为9.5mm，粗集料含量在60%-70%。

5.根据权利要求4所述的铺装结构，所述细粒式复合橡胶沥青混凝土的空隙率为2～3%，高温抗车辙能力达到6000次/mm，0度抗弯拉应变15000με以上。

6.根据权利要求1所述的铺装结构，所述黏结防水层由复合橡胶沥青膜和单粒径碎石组成，复合橡胶沥青的旋转黏度达到3.5MPa180度以上，剂量为2.2-2.4kg/m2，碎石由9.5mm单粒径洁净石灰岩组成，撒布量为7-8kg/m2。

7.权利要求1-6任一铺装结构的施工方法，包括如下步骤：（1）在喷涂了防腐富锌漆涂层的钢桥面板上洒布2.2-2.4kg/m2复合橡胶沥青层，再在其表面撒布7-8kg/m2的单粒径碎石，形成黏结防水层；（2）在黏结防水层上铺筑2.5-3cm细粒式复合橡胶沥青混凝土；（3）重复步骤（1）；（4）在黏结防水层上铺筑3.5-4cm中粒式复合橡胶沥青混凝土；（5）养生12h，开放交通。