CN105064207B - 一种高性能钢桥面铺装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能钢桥面铺装结构，属于桥面铺装技术领域。该铺装结构包括铺装层，铺装层铺设于钢桥面板上，其特点是铺装层与钢桥面板之间设置有防水粘结层，且在钢桥面板上固定有若干十字花钢条抗剪构力件。与现有技术相比，本发明利用钢桥面粗糙面再造、防水体系与铺装层的有效组合，得到一种便利生产、容易压实且防水效果好、平整度优、层间粘结力强、抗滑性及耐疲劳性能好的钢桥面铺装结构，可广泛应用于各类钢桥面的新建及养护工程。

Description

一种高性能钢桥面铺装结构

技术领域

本发明涉及一种桥面铺装技术，具体地说是一种高性能钢桥面铺装结构。

背景技术

钢桥面板受力和变形比公路路面复杂得多，因其会发生一定程度的变形，对粘接层和铺装层的强度、变形能力、温度特性和疲劳耐久性等都有更高的要求，钢桥面铺装技术是影响钢桥耐久性的世界性技术难题。

现有技术中，钢桥面铺装基本上均采用沥青混凝土体系，从选用的材料和施工方法角度出发，基本形成“三种材料、四种结构”的方案设计：

(1)德国、日本为代表的浇注式沥青混凝土（Gussasphalt）方案；

浇注式沥青混凝土铺装层和沥青玛蹄脂混凝土铺装层的主要优点是：空隙率接近零，具有良好的防水、抗老化性能，抗裂性能强，对钢板的追从性、与钢板间的粘结性能好于一般沥青混凝土。其主要缺点是：高温稳定性差，易形成车辙。

(2)以英国为代表的沥青玛蹄脂混凝土（Mastic asphalt）方案（实际上也是浇注式沥青混凝土，只是铺装厚度和工艺与日本等有所不同）；

③德国和日本等国近期采用的改性沥青SMA方案（Stone Mastic Asphalt）；

改性沥青SMA混凝土铺装层的主要优点是：柔韧性、抗松散、抗裂能力强，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，施工难度相对较小，施工期短，费用较低，但需要更进一步解决铺装层与钢板的粘接和防水问题。

④以美国为代表的环氧树脂沥青（Epoxy asphalt）混凝土方案。

环氧树脂沥青混凝土铺装层主要优点是：强度高，高温时抗塑性流动和永久变形能力很强，低温抗裂性能很好，具有极好的抗疲劳性能，具有高度的抵抗化学物质侵蚀的能力，包括溶剂、燃料和油。主要缺点是：环氧沥青混凝土的配制工艺比较复杂，施工中对时间和温度要求十分严格，施工难度大，相关技术在国外多属专利产品，材料费用也较高。同时由于环氧沥青混合料的施工组织比较复杂，施工中对时间和温度要求十分严格，施工难度大，因此在美国等地也有部分桥梁由于施工或重载原因产生了早期破坏。

在国内，用作钢桥面铺装的防水粘接剂的主要有溶剂型粘接剂和热熔型粘接剂。另外，也有一些跨度很小的钢桥面并未专门设粘接层，而采用了改性沥青或乳化沥青，用以粘接铺装层与钢板。

溶剂型粘接剂具有易喷洒、常温施工等优点，但其与钢板和铺装层（在采用SMA铺装下层时）的粘接效果较差，室内大量试验证明，在钢板与铺装层之间使用溶剂型粘接剂，其间的粘接性能难以满足设计要求。同时施工中大量挥发的溶剂，不利于环保且存在发生火灾的风险。由于上述种种弊端，溶剂型粘接剂很少单独用做钢桥面铺装的防水粘接剂；热熔型粘接剂是以沥青、聚合物和树脂等材料组成，具有较强的变形能力，与铺装层和钢桥之间的粘接作用良好，同时又具有良好的防水封闭作用，总之，防水粘结体系必须与铺装体系相配合、相适应，才能起到较理想的防水粘接效果。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种高性能钢桥面铺装结构，具有便利施工、长寿命、高耐久性等特点，可广泛应用于各类钢桥面的新建及养护工程。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种高性能钢桥面铺装结构，包括铺装层，铺装层铺设于钢桥面板上，其特点是铺装层与钢桥面板之间设置有防水粘结层，且钢桥面板上固定有若干十字花钢条抗剪构力件。

所述铺装层可采用现有技术中各种铺装层结构，但为了达到进一步增加桥面铺装层与钢桥面的层间联接强度、方便现场生产、快捷施工、延长使用寿命、提高行车舒适性且降低施工造价的技术效果，所述铺装层优选包括砂粒式沥青混凝土层与表面抗滑磨耗层，砂粒式沥青混凝土层、表面抗滑磨耗层自下而上依次设置于钢桥面板上。

为了更好地保证砂粒式沥青混凝土层、表面抗滑磨耗层之间的粘接性能，砂粒式沥青混凝土层与表面抗滑磨耗层之间可设置有改性乳化沥青粘层。

为了适应桥面受力情况，十字花钢条抗剪构力件优选以下方式分布：每行十字花钢条抗剪构力件的中心点与道路曲线走向分布一致，且十字花钢条抗剪构力件的一边中心线与道路曲线相切。

作为优选，十字花钢条抗剪构力件的钢条规格宽度×长度×厚度为（3-8）mm×（40-60）mm×（3-8）mm，每行十字花钢条抗剪构力件沿曲向按间距250~350mm排布，沿径向按150~250mm排布，且相邻两行的相邻十字花钢条抗剪构力件中心交错125~175mm后排布。

十字花钢条抗剪构力件与钢桥桥面可采用现有技术中任意一种固定方式，如焊接、铆接等，优选采用焊点为十字花钢条每端中心处两侧，工艺为点焊。

所述的防水粘结层的粘结材料由环氧树脂主剂、固化剂及基质沥青混合制成，环氧树脂主剂、固化剂混合后再与基质沥青混合，环氧树脂主剂、固化剂及基质沥青的体积比为1:（0.5-1.5）:（1.5-2.5）。

所述环氧树脂主剂25℃粘度为10000~12500cp，固化剂为碱性合成树脂类固化剂，25℃粘度为10~80cp。

粘结材料拌合的具体过程：环氧树脂主剂与固化剂加热到60℃后搅拌混合，之后再与加热至150℃的基质沥青混合搅拌制成防水粘结材料。

防水粘结层施工时，首先要对桥面板及钢条进行除锈操作，如采用喷砂设备进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa 2.5级，粗糙度50~100μm；然后采用沥青洒布车进行粘结材料洒布作业，洒布量为0.6~0.8 L/m²。

作为优选，所述砂粒式沥青混凝土层为公称最大粒径为4.75mm的砂粒式密级配混凝土，采用高粘弹改性沥青：

所述高粘弹改性沥青为3~5份SBS改性剂、5~8份40目橡胶粉、5~10份60目橡胶粉、77~87份基质沥青在180~190℃条件下搅拌、研磨、发育4小时后制成；

所述砂粒式密级配混凝土集料由55~85份3-5mm玄武岩、25~35份0-3mm玄武岩机制砂、4~9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成，

高粘弹改性沥青掺量为沥青混合料的6.0~9.0%，空隙率控制范围为≤2.5%。

砂粒式沥青混凝土层施工：将按比例配置的集料加热至180~190℃，高粘弹改性沥青加热至180~190℃，由间歇式沥青混凝土拌和站依次加入搅拌制备密水型砂粒式沥青混合料，设计空隙率控制范围≤2.5%，现场采用摊铺机摊铺、双钢轮压路机与胶轮压路机组合压实，目标厚度为20~30mm。

砂粒式沥青混凝土层施工完毕后，进行改性乳化沥青粘层油施工：采用沥青洒布车在砂粒式沥青混凝土层上撒布改性乳化沥青粘层油，洒布量为0.5L/m²。

作为优选，所述表面抗滑磨耗层的沥青混合料为公称最大粒径为9.5mm的细粒式间断配沥青混合料，采用复合改性沥青：

所述复合改性沥青由10~20份阿尔巴尼亚岩沥青、80~90份SBS改性沥青在180~190℃条件下剪切加工制成；

所述沥青混合料集料由55~70份5-10mm玄武岩、15~35份0-3mm玄武岩机制砂、4-9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成，

复合改性沥青掺量为5.0~6.0%，空隙率控制范围为3.0~4.5%。

表面抗滑磨耗层施工：按比例配置的玄武岩集料加热至180~190℃，复合改性沥青加热至180~190℃，由间歇式沥青混凝土拌和站依次加入搅拌制备抗滑磨耗层沥青混合料，设计空隙率控制范围3.0~4.5%，现场采用摊铺机摊铺、双钢轮压路机与胶轮压路机组合压实，目标厚度为30~40mm。

本发明高性能钢桥面铺装结构的铺装施工方法包括如下步骤：

A、在钢桥面板焊接十字花钢条抗剪构力件；

B、对设置抗剪构件的钢桥面进行喷砂除锈处理；

C、在喷砂除锈后的钢桥面上喷涂环氧沥青防水粘结层；

D、在防水粘结层上铺设20~30mm的砂粒式沥青混凝土层；

E、在MLAC05层上撒布改性乳化沥青粘层油，洒布量为0.5L/m²；

F、在粘层油上铺设30~40mm的表面抗滑磨耗层。

与现有技术相比，本发明的铺装结构具有以下突出地有益效果：

（一）通过加装十字花钢条抗剪构力件、喷砂除锈等方式实现钢桥面板糙面再造，配合防水粘结层实现铺装与钢桥面板的强力粘结；

（二）利用钢桥面粗糙面再造、防水体系与高粘弹沥青层（砂粒式沥青混凝土层）联合防水、高性能抗磨耗层（表面抗滑磨耗层）的有效组合，实现便于生产、容易压实、防水效果好、平整度高、层间粘结力强、抗滑性及耐疲劳性能好等技术效果；

（三）发明涉及铺装层材料均采用间歇式沥青混凝土拌和站按常规方式生产，可广泛应用于各类钢桥面的新建及养护工程，适应性好。

附图说明

附图1是实施例中高性能钢桥面铺装结构的典型结构图；

附图2是实施例中钢桥桥面十字花钢条抗剪构力件的设置示意图。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的高性能钢桥面铺装结构作以下详细地说明。

实施例：

如附图1所示，本发明以依次铺设于钢桥面板1上的防水粘结层2、砂粒式沥青混凝土层3、改性乳化沥青粘层4及表面抗滑磨耗层5构成完整的桥面铺装层结构，具体实施步骤及技术要求如下：

1.抗滑构造面设置：如附图2所示，在钢桥面板1上采用八点焊接工艺，设置钢板冲轧十字花钢条抗剪构力件6，十字花钢条抗剪构力件6规格宽度×长度×厚度为5mm×50mm×5mm，每行十字花钢条抗剪构力件沿曲向按间距300mm排布，沿径向按200mm排布，且相邻两行的相邻十字花钢条抗剪构力件中心交错150mm后排布；

采用喷砂设备对抗滑构造桥面进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa 2.5级，粗糙度50~100μm。

2.防水粘结层2制备与施工：1份环氧树脂与1份碱性合成树脂类固化剂加热到60℃后搅拌混合，之后与2份加热至150℃的A级道路石油沥青混合搅拌制成防水粘结材料，采用沥青洒布车进行作业，洒布量为0.6~0.8 L/m²，

所述环氧树脂主剂25℃粘度为10000~12500cp；碱性合成树脂类固化剂 25℃粘度为10~80cp；

3.砂粒式沥青混凝土层3 MLAC05沥青混合料制备与施工：

3.1集料

由55~85份2.36mm-4.75mm玄武岩、25~35份0.075mm-2.36mm玄武岩机制砂、4~9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成。

3.2高粘弹改性沥青

由3~5份SBS改性剂、5~8份40目橡胶粉、5~10份60目橡胶粉、77~87份基质沥青在180~190℃条件下搅拌、研磨、发育4小时后制成。

3.3制备与施工

按上述比例配置的玄武岩集料加热至180~190℃，高粘弹改性沥青加热至180~190℃，由间歇式沥青混凝土拌和站依次加入搅拌制备密水型砂粒式沥青混合料，高粘弹改性沥青掺量为沥青混合料的6.0~9.0%，设计空隙率控制范围≤2.5%，现场采用摊铺机摊铺、双钢轮压路机与胶轮压路机组合压实，目标厚度为20~30mm。

（4）改性乳化沥青粘层4油施工：采用沥青洒布车在MLAC05层上撒布改性乳化沥青粘层油，洒布量为0.5L/m²；

（5）表面抗滑磨耗层5 TWLAC10沥青混合料制备与施工：

5.1集料

所述沥青混合料集料由55~70份4.75mm-9.5mm玄武岩、15~35份0.075mm-2.36mm玄武岩机制砂、4-9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成。

5.2复合改性沥青

由10~20份阿尔巴尼亚岩沥青、80~90份SBS改性沥青在180~190℃条件下剪切加工制成。

5.3制备与施工

按上述比例配置的玄武岩集料加热至180~190℃，复合改性沥青加热至180~190℃，由间歇式沥青混凝土拌和站依次加入搅拌制备抗滑磨耗层沥青混合料，复合改性沥青掺量为5.0~6.0%，设计空隙率控制范围3.0~4.5%，现场采用摊铺机摊铺、双钢轮压路机与胶轮压路机组合压实，目标厚度为30~40mm。

Claims (7)

1.一种高性能钢桥面铺装结构，包括铺装层，铺装层铺设于钢桥面板上，其特征在于：铺装层与钢桥面板之间设置有防水粘结层，且钢桥面板上固定有若干十字花钢条抗剪构力件；

所述铺装层包括砂粒式沥青混凝土层与表面抗滑磨耗层，砂粒式沥青混凝土层、表面抗滑磨耗层自下而上依次设置于钢桥面板上，

砂粒式沥青混凝土层为公称最大粒径为4.75mm的砂粒式密级配混凝土，采用高粘弹改性沥青：

所述高粘弹改性沥青为3~5份SBS改性剂、5~8份40目橡胶粉、5~10份60目橡胶粉、77~87份基质沥青在180~190℃条件下搅拌、研磨、发育4小时后制成；

所述砂粒式密级配混凝土集料由55~85份3-5mm玄武岩、25~35份0-3mm玄武岩机制砂、4~9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成，

高粘弹改性沥青掺量为沥青混合料的6.0~9.0%，空隙率控制范围为≤2.5%。

2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，砂粒式沥青混凝土层与表面抗滑磨耗层之间设置有改性乳化沥青粘层。

3.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，每行十字花钢条抗剪构力件的中心点与道路曲线走向分布一致，且十字花钢条抗剪构力件的一边中心线与道路曲线相切。

4.根据权利要求3所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，十字花钢条抗剪构力件的钢条规格宽度×长度×厚度为（3-8）mm×（40-60）mm×（3-8）mm，每行十字花钢条抗剪构力件沿曲向按间距250~350mm排布，沿径向按150~250mm排布，且相邻两行的相邻十字花钢条抗剪构力件中心交错125~175mm后排布。

5.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，所述的防水粘结层的粘结材料由环氧树脂主剂、固化剂及基质沥青混合制成，环氧树脂主剂、固化剂混合后再与基质沥青混合，环氧树脂主剂、固化剂及基质沥青的体积比为1:（0.5-1.5）:（1.5-2.5）。

6.根据权利要求5所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，

所述环氧树脂主剂25℃粘度为10000~12500cp，固化剂为碱性合成树脂类固化剂，25℃粘度为10~80cp。

7.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，表面抗滑磨耗层的沥青混合料为公称最大粒径为9.5mm的细粒式间断配沥青混合料，采用复合改性沥青：

所述复合改性沥青由10~20份阿尔巴尼亚岩沥青、80~90份SBS改性沥青在180~190℃条件下剪切加工制成；

所述沥青混合料集料由55~70份5-10mm玄武岩、15~35份0-3mm玄武岩机制砂、4-9份石灰岩矿粉、1份生石灰粉组成，

复合改性沥青掺量为5.0~6.0%，空隙率控制范围为3.0~4.5%。