CN107237256A - 长效耐疲劳钢桥面铺装结构 - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract
本发明提供了一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构，自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层、刚性混凝土结构层和柔性混凝土保护层，柔性混凝土磨耗层安设在刚性混凝土结构层上，刚性混凝土结构层安设在柔性混凝土保护层上，柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上，即三层复合式铺装采用柔+刚+柔体系，柔性混凝土磨耗层为功能层，满足排水、行车舒适性要求，刚性混凝土结构层为结构层，提高桥面系刚度，降低应力水平，柔性混凝土保护层为保护层，吸收应力、追随钢桥面板变形，还可以连同防水粘结层组成防水体系。本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构结构稳定，性能优异，不易损坏，使用寿命长，设计巧妙，铺装简便，成本低，适于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及道路铺装结构技术领域，更具体地，涉及钢桥面铺装结构技术领域，特别是指一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构。
背景技术
钢箱梁具有自重轻、跨越能力强、抗扭和横向刚度大、弯曲应力图形合理、剪应力小、施工迅速、环境影响小等优势，成为桥跨部分主要结构形式之一。目前除了需要布置成上下双层桥面的少数桥梁采用钢桁架主梁之外，一般均采用扁平流线型钢箱主梁。目前国内已建成的苏通长江大桥、上海长江大桥、南京长江三桥、舟山西堠门大桥、润扬长江大桥、江阴长江大桥等均采用钢箱梁正交异性板形式，除了上述具有代表性的大跨径悬吊桥外，越来越多中小跨径桥梁也采用该形式。但是，在日渐成熟的钢箱梁建造技术背后，潜藏着正交异性钢桥面板的铺装问题，这不仅在国内没有得到有效解决，在国际上也是备受工程界关注的热点和难点。
现阶段国内主流钢桥面铺装结构形式有双层同质和双层异质两大类共6种，其中双层异质有浇筑式加环氧、浇筑式加SMA(Stone mastic asphalt，沥青玛蹄脂碎石混合料)、环氧加SMA、ERS(ERS(EBCL防水粘结层+RA05树脂沥青混凝土+SMA-13沥青混凝土)树脂沥青组合体系)四种，双层同质铺装结构有双层环氧、双层SMA两种。
然而，现有典型铺装结构体系在工程应用中或多或少都存在不同程度的病害，不少桥梁的桥面铺装在建成通车后不久就出现了高温车辙、推移、裂缝等早期破坏，严重影响铺装层使用性能。经相关研究表明，引起早期病害的原因主要可以分为主观和客观两大类。其中主观原因有：①铺装材料性能与功能层要求不相符；②铺装设计过程中片面强调材料某一方面的性能；③粘结层使用不当；④桥面系刚度不足；⑤施工过程中的质量控制问题；客观原因有：①高温；②超载和大交通。越来越多工程实例表明：环氧沥青混凝土作为铺装下层在大变形作用下易发生开裂现象、浇筑时加SMA在高温超载作用下极易出现车辙推移病害、桥面系刚度不足不仅会对钢结构造成损害，而且会引发车辙以及Down-top类裂缝的发生。
因此，需要提供一种钢桥面铺装结构，其结构稳定，性能优异，不易损坏，使用寿命长。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其结构稳定，性能优异，不易损坏，使用寿命长，适于大规模推广应用。
本发明的另一目的在于提供一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其设计巧妙，铺装简便，成本低，适于大规模推广应用。
为达到以上目的，本发明提供了一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特点是，自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层、刚性混凝土结构层和柔性混凝土保护层，所述柔性混凝土磨耗层安设在所述刚性混凝土结构层上，所述刚性混凝土结构层安设在所述柔性混凝土保护层上，所述柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上。
所谓柔性，也可解释为挠性，是相对刚性而言的一种物体特性。挠性是指物体受力后变形，作用力失去之后物体自身不能恢复原来形状的一种物理性质。而刚性物体受力后，在宏观来看其形状可视为没有发生改变。
所述柔性混凝土磨耗层可以是任何合适的柔性混凝土磨耗层，其用于直接与车轮、环境相接触，为满足行驶安全的需要，必须具有足够的摩擦系数，为满足行车舒适性，则要满足路面平整度要求并兼具高温稳定性，较佳地，所述柔性混凝土磨耗层是超薄罩面。
所述超薄罩面可以具有任何合适的构成，更佳地，所述超薄罩面由第一结合料与第一集料按质量比5～5.5:100混合而成，所述第一结合料是SBS改性沥青。
所述第一集料可以是任何合适的集料，更佳地，所述第一集料是玄武岩集料。
所述柔性混凝土磨耗层的厚度可以根据需要确定，较佳地，所述柔性混凝土磨耗层的厚度为10mm～15mm。
所述刚性混凝土结构层可以是任何合适的刚性混凝土结构层，其用于提高桥面系刚度，使刚度重分配，较佳地，所述刚性混凝土结构层是超高性能混凝土层。该层所用超高性能混凝土即高强高韧性密水性混凝土将承受层状弹性体系的主要应力，减少磨耗层、钢板表面及焊缝应力水平。
所述超高性能混凝土层可以具有任何合适的构成，更佳地，所述超高性能混凝土层由水泥、水、钢纤维和第二集料以体积比0.25～0.4∶0.15～0.2∶0.01～0.03∶0.28～0.5在常温下混合而成，所述第二集料为大于0mm且小于等于5mm的连续级配集料。
所述第二集料可以是任何合适的集料，更佳地，所述第二集料是玄武岩集料。
所述刚性混凝土结构层的厚度可以根据需要确定，较佳地，所述刚性混凝土结构层的厚度为25mm～35mm。
所述柔性混凝土保护层可以是任何合适的柔性混凝土保护层，同时承担刚柔性之间应力吸收层的作用，分散荷载，将桥面板不平整部位加以整平，使铺装与钢桥面板紧密连接，增强协同变形性，同时可以与防水粘结层(见下)共同作用，形成整体化防水层，较佳地，所述柔性混凝土保护层是改性型浇筑式沥青混凝土层。
所述改性型浇筑式沥青混凝土层可以具有任何合适的构成，更佳地，所述改性型浇筑式沥青混凝土层由第二结合料与第三集料按质量比7～10∶100混合而成，所述第二结合料由特立尼达湖沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青按质量比1:3混合而成。
所述第三集料可以是任何合适的集料，更佳地，所述第三集料是玄武岩集料。
所述柔性混凝土保护层的厚度可以根据需要确定，较佳地，所述柔性混凝土保护层的厚度为25mm～35mm。
所述柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上可以采用任何合适的结构，较佳地，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括防水粘结层，所述柔性混凝土保护层粘结在所述防水粘结层上，所述防水粘结层用于粘结在所述钢桥面板上。
所述防水粘结层可以是任何合适的防水粘结层，除了要提供足够粘结强度、抗剪强度、高温惰性外，还需要满足钢桥面板和柔性混凝土保护层之间的粘结强度需求，更佳地，所述防水粘结层为溶剂型橡胶沥青粘结层。所述溶剂型橡胶沥青的用量为0.3L/m2～0.4L/m2。
所述防水粘结层的厚度可以根据需要确定，更佳地，所述防水粘结层的厚度为0.3mm～0.4mm。
所述刚性混凝土结构层安设在所述柔性混凝土保护层上可以采用任何合适的结构，较佳地，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括第一粘结层，所述第一粘结层粘结在所述柔性混凝土保护层上，所述刚性混凝土结构层粘结在所述第一粘结层上。
所述第一粘结层可以是任何合适的粘结层，其起到保证中面层即所述刚性混凝土结构层与下卧层即所述柔性混凝土保护层的协同作用，共同承担车轮的荷载作用，更佳地，所述第一粘结层是环氧树脂粘结层。
所述环氧树脂粘结层可以具有任何合适的构成，更佳地，所述环氧树脂粘结层由环氧树脂与固化剂按质量比2:1在常温下拌和而成，所述环氧树脂和所述固化剂的混合物的用量为0.6L/m2～1L/m2。
所述固化剂可以是任何合适的固化剂，更佳地，所述固化剂是脂肪胺类固化剂。
所述第一粘结层的厚度可以根据需要确定，更佳地，所述第一粘结层的厚度为0.6mm～1mm。
所述柔性混凝土磨耗层安设在所述刚性混凝土结构层上可以采用任何合适的结构，较佳地，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括第二粘结层，所述第二粘结层粘结在所述刚性混凝土结构层上，所述柔性混凝土磨耗层粘结在所述第二粘结层上。
所述第二粘结层可以是任何合适的粘结层，其起到保证磨耗层与中面层的协同作用，更佳地，所述第二粘结层是SBS改性沥青粘结层。
所述SBS改性沥青粘结层可以具有任何合适的构成，更佳地，所述SBS改性沥青粘结层由SBS星型改性剂与70号基质沥青按质量比为4～6∶100混合而成，所述SBS星型改性剂和所述70号基质沥青的混合物的用量为0.3L/m2～0.5L/m2。
所述第二粘结层的厚度可以根据需要确定，更佳地，所述第二粘结层的厚度为0.3mm～0.5mm。
所述钢桥面板可以是任何合适的钢桥面板，较佳地，所述钢桥面板是正交异性钢板。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层、刚性混凝土结构层和柔性混凝土保护层，柔性混凝土磨耗层安设在刚性混凝土结构层上，刚性混凝土结构层安设在柔性混凝土保护层上，柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上，即三层复合式铺装采用柔+刚+柔体系，柔性混凝土磨耗层为功能层，满足排水、行车舒适性要求，刚性混凝土结构层为结构层，提高桥面系刚度，降低应力水平，柔性混凝土保护层为保护层，吸收应力、追随钢桥面板变形，还可以连同防水粘结层组成防水体系，因此，其结构稳定，性能优异，不易损坏，使用寿命长，适于大规模推广应用。
(2)本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层、刚性混凝土结构层和柔性混凝土保护层，柔性混凝土磨耗层安设在刚性混凝土结构层上，刚性混凝土结构层安设在柔性混凝土保护层上，柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上，即三层复合式铺装采用柔+刚+柔体系，柔性混凝土磨耗层为功能层，满足排水、行车舒适性要求，刚性混凝土结构层为结构层，提高桥面系刚度，降低应力水平，柔性混凝土保护层为保护层，吸收应力、追随钢桥面板变形，还可以连同防水粘结层组成防水体系，因此，其设计巧妙，铺装简便，成本低，适于大规模推广应用。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明、附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。
附图说明
图1是本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构的一具体实施例的主视示意图。
图2是钢箱梁有限元模型图。
图3是图2所示的钢箱梁有限元模型离散化后的计算单元分布图。
图4是设计荷载示意图。
图5是横桥向最不利荷位示意图。
图6是纵桥向最不利荷位示意图。
图7是本发明的新型铺装结构示意图。
图8是典型柔性铺装结构示意图。
图9是典型刚性铺装结构示意图。
图10是跨中肋间挠度示意图。
图11是汽车荷载作用处结构层受力示意图。
图12是钢桥面板、U肋不利荷位示意图。
(符号说明)
1 钢桥面板；2 防水粘结层；3 柔性混凝土保护层；4 第一粘结层；5 刚性混凝土结构层；6 第二粘结层；7 柔性混凝土磨耗层；8 顶板；9 横隔板；10 顶板U形加劲肋；11SMA；12 轮胎。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。所有的百分率均为重量百分率，除非另有指明。
下述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构均如图1所示，自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层7、第二粘结层6、刚性混凝土结构层5、第一粘结层4、柔性混凝土保护层3和防水粘结层2，所述柔性混凝土磨耗层7通过所述第二粘结层6粘结在所述刚性混凝土结构层5上，所述刚性混凝土结构层5通过所述第一粘结层4粘结在所述柔性混凝土保护层3上，所述柔性混凝土保护层3通过所述防水粘结层2粘结在钢桥面板1上。不同之处在于：
实施例1
所述柔性混凝土磨耗层7是超薄罩面，厚度为10mm，由第一结合料与第一集料按质量比5.2:100混合而成，所述第一结合料是SBS改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)。所述第一集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第二粘结层6是SBS改性沥青粘结层，厚度为0.4mm，由SBS星型改性剂(生产厂家：巴陵石化，品名：SBS改性剂，规格：YH-792)与70号基质沥青(生产厂家：泰州石化，品名：70号沥青，规格：黑色)按质量比为6∶100混合而成，混合后的改性沥青针入度为60，所述SBS星型改性剂和所述70号基质沥青的混合物的用量为0.4L/m2。
所述刚性混凝土结构层5是超高性能混凝土层，厚度为30mm，由水泥(生厂厂家：安徽海螺水泥股份有限公司，品名：普通硅酸盐水泥，规格：52.5级)、水、钢纤维(生产厂家：河北方德丝网制品厂，品名：优质钢纤维，规格：散丝0.18～0.22mm)和第二集料以体积比0.25∶0.15∶0.03∶0.4在常温下混合而成，所述第二集料为大于0mm且小于等于5mm的连续级配集料。所述第二集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第一粘结层4是环氧树脂粘结层，厚度为1mm，由环氧树脂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂A组分，规格：EP-20)与固化剂按质量比2:1在常温下拌和而成，所述环氧树脂和所述固化剂的混合物的用量为1L/m2。所述固化剂是脂肪胺类固化剂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂B组分，规格：EP-20)。
所述柔性混凝土保护层3是改性型浇筑式沥青混凝土层，厚度为35mm，由第二结合料与第三集料按质量比7∶100混合而成，所述第二结合料由特立尼达湖沥青(生产厂家：香港豪银有限公司，品名：特立尼达湖沥青，规格：黑色)与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)按质量比1:3混合而成。所述第三集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述防水粘结层2为溶剂型橡胶沥青粘结层，厚度为0.35mm，所述溶剂型橡胶沥青(生产厂家：日沥(上海)商贸有限公司，品名：CATICOAT，规格：S)的用量为0.35L/m2。
其铺装步骤为：a、对清洁后的钢桥面板1进行除锈抛丸处理后洒布防水粘结层2；b、摊铺下卧层即柔性混凝土保护层3(改性型浇筑式沥青混凝土)；c、洒布第一粘结层4(环氧树脂粘结剂)；d、摊铺中面层即刚性混凝土结构层5(超高性能混凝土)；e、洒布第二粘结层6(热喷SBS改性沥青)；f、摊铺柔性混凝土磨耗层7(超薄罩面)。
实施例2
所述柔性混凝土磨耗层7是超薄罩面，厚度为12mm，由第一结合料与第一集料按质量比5:100混合而成，所述第一结合料是SBS改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)。所述第一集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第二粘结层6是SBS改性沥青粘结层，厚度为0.5mm，由SBS星型改性剂(生产厂家：巴陵石化，品名：SBS改性剂，规格：YH-792)与70号基质沥青(生产厂家：泰州石化，品名：70号沥青，规格：黑色)按质量比为5∶100混合而成，混合后的改性沥青针入度为50，所述SBS星型改性剂和所述70号基质沥青的混合物的用量为0.5L/m2。
所述刚性混凝土结构层5是超高性能混凝土层，厚度为25mm，由水泥(生厂厂家：安徽海螺水泥股份有限公司，品名：普通硅酸盐水泥，规格：52.5级)、水、钢纤维(生产厂家：河北方德丝网制品厂，品名：优质钢纤维，规格：散丝0.18～0.22mm)和第二集料以体积比0.3∶0.2∶0.01∶0.5在常温下混合而成，所述第二集料为大于0mm且小于等于5mm的连续级配集料。所述第二集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第一粘结层4是环氧树脂粘结层，厚度为0.8mm，由环氧树脂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂A组分，规格：EP-20)与固化剂按质量比2:1在常温下拌和而成，所述环氧树脂和所述固化剂的混合物的用量为0.8L/m2。所述固化剂是脂肪胺类固化剂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂B组分，规格：EP-20)。
所述柔性混凝土保护层3是改性型浇筑式沥青混凝土层，厚度为25mm，由第二结合料与第三集料按质量比10∶100混合而成，所述第二结合料由特立尼达湖沥青(生产厂家：香港豪银有限公司，品名：特立尼达湖沥青，规格：黑色)与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)按质量比1:3混合而成。所述第三集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述防水粘结层2为溶剂型橡胶沥青粘结层，厚度为0.4mm，所述溶剂型橡胶沥青(生产厂家：日沥(上海)商贸有限公司，品名：CATICOAT，规格：S)的用量为0.4L/m2。
其铺装步骤为：a、对清洁后的钢桥面板1进行除锈抛丸处理后洒布防水粘结层2；b、摊铺下卧层即柔性混凝土保护层3(改性型浇筑式沥青混凝土)；c、洒布第一粘结层4(环氧树脂粘结剂)；d、摊铺中面层即刚性混凝土结构层5(超高性能混凝土)；e、洒布第二粘结层6(热喷SBS改性沥青)；f、摊铺柔性混凝土磨耗层7(超薄罩面)。
实施例3
所述柔性混凝土磨耗层7是超薄罩面，厚度为15mm，由第一结合料与第一集料按质量比5.5:100混合而成，所述第一结合料是SBS改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)。所述第一集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第二粘结层6是SBS改性沥青粘结层，厚度为0.3mm，由SBS星型改性剂(生产厂家：巴陵石化，品名：SBS改性剂，规格：YH-792)与70号基质沥青(生产厂家：泰州石化，品名：70号沥青，规格：黑色)按质量比为4∶100混合而成，混合后的改性沥青针入度为40，所述SBS星型改性剂和所述70号基质沥青的混合物的用量为0.3L/m2。
所述刚性混凝土结构层5是超高性能混凝土层，厚度为35mm，由水泥(生厂厂家：安徽海螺水泥股份有限公司，品名：普通硅酸盐水泥，规格：52.5级)、水、钢纤维(生产厂家：河北方德丝网制品厂，品名：优质钢纤维，规格：散丝0.18～0.22mm)和第二集料以体积比0.4∶0.18∶0.02∶0.28在常温下混合而成，所述第二集料为大于0mm且小于等于5mm的连续级配集料。所述第二集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述第一粘结层4是环氧树脂粘结层，厚度为0.6mm，由环氧树脂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂A组分，规格：EP-20)与固化剂按质量比2:1在常温下拌和而成，所述环氧树脂和所述固化剂的混合物的用量为0.6L/m2。所述固化剂是脂肪胺类固化剂(生产厂家：上海西蒙斯实业有限公司，品名：环氧树脂B组分，规格：EP-20)。
所述柔性混凝土保护层3是改性型浇筑式沥青混凝土层，厚度为30mm，由第二结合料与第三集料按质量比8∶100混合而成，所述第二结合料由特立尼达湖沥青(生产厂家：香港豪银有限公司，品名：特立尼达湖沥青，规格：黑色)与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青(生产厂家：无锡市杨市建筑防水材料厂，品名：地球，规格：11)按质量比1:3混合而成。所述第三集料是玄武岩集料(生产厂家：江苏亚邦矿业有限公司，产地：江苏金坛)。
所述防水粘结层2为溶剂型橡胶沥青粘结层，厚度为0.3mm，所述溶剂型橡胶沥青(生产厂家：日沥(上海)商贸有限公司，品名：CATICOAT，规格：S)的用量为0.3L/m2。
其铺装步骤为：a、对清洁后的钢桥面板1进行除锈抛丸处理后洒布防水粘结层2；b、摊铺下卧层即柔性混凝土保护层3(改性型浇筑式沥青混凝土)；c、洒布第一粘结层4(环氧树脂粘结剂)；d、摊铺中面层即刚性混凝土结构层5(超高性能混凝土)；e、洒布第二粘结层6(热喷SBS改性沥青)；f、摊铺柔性混凝土磨耗层7(超薄罩面)。
实施例4
经检测，上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的防水粘结层2的溶剂型橡胶沥青均符合表1所示的技术要求。
表1 溶剂型橡胶沥青技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的柔性混凝土保护层3的特立尼达湖沥青(TLA，Trinidad Lake Asphalt)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、两者混合后的结合料、第三集料以及改性型浇筑式沥青混凝土均分别符合表2～表6所示的技术要求。
表2 特立尼达湖沥青TLA技术要求
| 试验项目 | 指标要求 | 试验方法 |
| 针入度(25℃)0.1mm | 1～4 | JTG E20-2011 T0604 |
| 软化点℃ | 93～98 | JTG E20-2011 T0606 |
| 闪点℃ | ≥240 | JTG E20-2011 T0611 |
| 密度(15℃)g/cm3 | 1.38～1.42 | JTG E20-2011 T0603 |
| 灰分％ | — | JTG E20-2011 T0614 |
表3 SBS改性沥青技术要求
表4 混合后沥青技术要求
表5 第三集料级配要求
表6 改性型浇筑式沥青混凝土技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的第一粘结层4的环氧树脂粘结剂均符合表7所示的技术要求。
表7 环氧树脂粘结剂技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的刚性混凝土结构层5的超高性能混凝土的水泥、第二集料和超高性能混凝土均分别符合表8、表9和表10所示的技术要求。
表8 水泥技术要求
| 检验项目 | 技术要求或指标 |
| 铝酸三钙(％) | 不宜＞7.0 |
| 铁铝酸四钙(％) | 不宜＜15.0 |
| 游离氧化钙(％) | 不得＞1.0 |
| 氧化镁(％) | 不得＞5.0 |
| 三氧化硫(％) | 不得＞3.5 |
| 碱含量(％) | ≤0.6 |
| 烧失量(％) | 不得＞3.0 |
| SO3含量(％) | 不得＞3.5 |
| 细度(80um)(％) | 不得＞10 |
| 安定性(雷氏夹法) | 必须合格 |
| 标准稠度用水量(％) | 不宜＞28 |
| 初凝时间(min) | ≥150 |
| 终凝时间(min) | ≤600 |
| 3d抗折强度(MPa) | ≥4.5 |
| 3d抗压强度(MPa) | ≥20.0 |
| 28d抗折强度(MPa) | ≥7.5 |
| 28d抗压强度(MPa) | ≥42.5 |
表9 第二集料级配要求
表10 超高性能混凝土技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的第二粘结层6的SBS改性沥青均符合表11所示的技术要求。
表11 SBS改性沥青技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构中的柔性混凝土磨耗层7符合表12所示的技术要求。
表12 超薄磨耗层技术要求
上述实施例1～实施例3的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，各项技术指标均能满足作为钢桥面铺装层的使用要求。
本发明的长效耐疲劳性能主要体现在活载作用下局部钢箱梁的力学响应，发明人采用大型通用有限元软件abaqus建立钢箱梁局部模型，分析本发明的新型铺装结构与另外两种具有代表性铺装结构在第二、三体系上的力学响应。
局部钢箱梁模型截取某桥横桥向6跨，纵桥向2跨，并作如下假设：
①正交异性钢桥面板铺装体系为均匀、连续和各向同性弹性材料的完整体系；
②铺装层与钢板之间是完全连续的；
③不计铺装层与桥面系的自重。
模型边界条件：横隔板9底部完全约束，横桥向边缘无横向水平位移，纵桥向边缘无纵向水平位移。
局部钢箱梁尺寸如表13所示。
表13 钢箱梁尺寸(单位：mm)
钢箱梁模型、离散化后计算单元分布如图2、图3所示。
设计荷载采用汽—超20级，即轮胎均布荷载0.707MPa，考虑铺装层的荷载扩散效果，双轮均布荷载图形如图4所示，其中中心黑点表示荷载中心，尺寸单位为m。
施加荷位取纵桥向跨中，横桥向纵向加劲肋上方最不利荷位，如图5、图6所示，其中顶板8就是前述钢桥面板1。
本发明计算模型取实施例3铺装结构，对比铺装方案1为典型柔性铺装30mm浇筑式+30mmSMA，对比铺装方案2为典型刚性铺装60mm超高性能混凝土+30mmSMA，铺装结构示意如图7、图8、图9所示。
模型计算部分局部特征以500缩放比例展示如图10、图11和图12所示。
利用有限元软件建模，对比分析选用传统指标：层表拉应力、拉应变、钢板与铺装下层之间层间剪应力、跨中相对挠度，对比结果如表14所示。
表14 各铺装方案主要计算数据
由上表分析可知，在中面层UHPC(超高性能混凝土层)补强作用下，铺装结构层表拉应力、应变、钢板与下层之间剪应力、跨中挠度都有了大幅度的降低，极大程度提高了桥面系的刚度，减少了第一、二类裂缝以及车辙的产生，降低钢桥面板表面应力水平。
从而，本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构为三层复合式铺装结构，采用柔+刚+柔体系。超薄罩面是功能层，满足排水、行车舒适性要求；超高性能混凝土层为结构层，提高桥面系刚度，降低应力水平；改性型浇筑式沥青混凝土层为保护层，连同防水粘结层组成防水体系、吸收应力、追随钢桥面板变形。
因此，本发明的新型铺装结构，采用“改性型浇筑式沥青混凝土+超高性能混凝土+超薄磨耗层”的铺装结构形式，在力学模型上体现为“柔+刚+柔”的三层弹性层状体系。其中防水粘结层能够防止钢桥面板锈蚀，保证钢桥面板具有干净整洁的工作面，防止水分的侵入，并与钢桥面板充分粘结，提供足够的附着力以抵抗温度变化、重车刹车所造成的剪力；下卧层改性型浇筑式沥青混凝土在保证70℃高温不出现车辙的前提下，能够很好的追从钢桥面板的变形，在大变形作用时在钢桥面板和中面层之间起到应变协调的作用，有效扩散通过刚性层传递的荷载，且空隙率接近零，兼具防水作用；第一粘结层(环氧树脂粘结剂)起到保证中面层与下卧层的协同作用，共同承担车轮的荷载作用；中面层超高性能混凝土承担磨耗层传递的车轮荷载，能够大幅提高桥面系刚度，减小磨耗层与钢桥面板应力水平，减小活载作用下局部挠度，同时良好的密水性又使得该层兼具防水作用；第二粘结层(热喷SBS改性沥青)起到保证磨耗层与中面层的协同作用；磨耗层超薄罩面具有足够摩擦系数、平整度，能够保证行车舒适性与安全性，具有足够高温稳定性、水稳定性、抗低温弯曲能力和疲劳性能。
从而，本发明提高了桥面系的整体刚度，降低了铺装层表面与钢桥面板的应力水平，减少了钢桥面铺装层两类主导裂缝的发生概率，提高了铺装层的疲劳性能，刚性层加入同时也提高了铺装层的高温稳定性，降低车辙发生概率。本发明综合了各层材料的性能优势，取得了高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐久性等方面的综合平衡。
本发明的铺装结构在提高桥面系刚度、协同变形、高温稳定性、低温抗裂性、疲劳性能、排水性能、行车舒适性方面具有优异的性能，铺装的钢桥面在抵抗车辙、裂缝等早期破坏能力方面均有提升，提高了铺装层的使用年限。
综上所述，本发明的长效耐疲劳钢桥面铺装结构结构稳定，性能优异，不易损坏，使用寿命长，设计巧妙，铺装简便，成本低，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (10)
1.一种长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，自上而下依次包括柔性混凝土磨耗层、刚性混凝土结构层和柔性混凝土保护层，所述柔性混凝土磨耗层安设在所述刚性混凝土结构层上，所述刚性混凝土结构层安设在所述柔性混凝土保护层上，所述柔性混凝土保护层用于安设在钢桥面板上。
2.根据权利要求1所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述柔性混凝土磨耗层是超薄罩面；所述刚性混凝土结构层是超高性能混凝土层；或者，所述柔性混凝土保护层是改性型浇筑式沥青混凝土层。
3.根据权利要求2所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述超薄罩面由第一结合料与第一集料按质量比5～5.5:100混合而成，所述第一结合料是SBS改性沥青；所述超高性能混凝土层由水泥、水、钢纤维和第二集料以体积比0.25～0.4∶0.15～0.2∶0.01～0.03∶0.28～0.5在常温下混合而成，所述第二集料为大于0mm且小于等于5mm的连续级配集料；或者，所述改性型浇筑式沥青混凝土层由第二结合料与第三集料按质量比7～10∶100混合而成，所述第二结合料由特立尼达湖沥青与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物改性沥青按质量比1:3混合而成。
4.根据权利要求1所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述柔性混凝土磨耗层的厚度为10mm～15mm；所述刚性混凝土结构层的厚度为25mm～35mm；或者，所述柔性混凝土保护层的厚度为25mm～35mm。
5.根据权利要求1所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括防水粘结层，所述柔性混凝土保护层粘结在所述防水粘结层上，所述防水粘结层用于粘结在所述钢桥面板上。
6.根据权利要求5所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述防水粘结层为溶剂型橡胶沥青粘结层；或者，所述防水粘结层的厚度为0.3mm～0.4mm。
7.根据权利要求1所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括第一粘结层，所述第一粘结层粘结在所述柔性混凝土保护层上，所述刚性混凝土结构层粘结在所述第一粘结层上。
8.根据权利要求7所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述第一粘结层是环氧树脂粘结层；或者，所述第一粘结层的厚度为0.6mm～1mm。
9.根据权利要求1所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述长效耐疲劳钢桥面铺装结构还包括第二粘结层，所述第二粘结层粘结在所述刚性混凝土结构层上，所述柔性混凝土磨耗层粘结在所述第二粘结层上。
10.根据权利要求9所述的长效耐疲劳钢桥面铺装结构，其特征在于，所述第二粘结层是SBS改性沥青粘结层；或者，所述第二粘结层的厚度为0.3mm～0.5mm。
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