CN109457610B - 一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构及施工方法 - Google Patents

一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构及施工方法，该铺装结构包括在桥面钢板表层从下至上依次铺设有树脂沥青防水抗滑粘结层、第一树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土下面层、树脂沥青防水粘结层、第二树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土上面层、树脂沥青抗滑罩面层。该铺装结构在常温下施工，能在保证旧桥桥面铺装使用性能的同时，通过提高桥面铺装刚度，降低车辆荷载对钢桥面板的疲劳损伤，延长正交异性钢桥面板使用寿命。

Description

一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构及施工方法，该铺装结构能在保证旧桥桥面铺装使用性能的同时，通过提高桥面铺装刚度，降低车辆荷载对钢桥面板的疲劳损伤，延长正交异性钢桥面板使用寿命。
背景技术
我国早期设计建造的大跨径钢箱梁斜拉桥、悬索桥多采用正交异性钢桥面板，桥面铺装方案主要为双层改性沥青混凝土技术、进口双层环氧沥青混凝土技术和德国浇筑式沥青混凝土技术三类。随着使用时间的增长，国内外许多桥梁钢箱梁正交异性板都出现了严重的疲劳开裂和桥面铺装损坏问题。
现有桥梁正交异性钢桥面板产生疲劳开裂主要有以下几个方面原因：一是，早期修建的桥梁，正交异性板厚度偏薄，顶板一般厚度12～14mm，U肋厚度6mm，横隔板厚度只有8mm，重载交通条件下钢板容易产生疲劳开裂；二是，铺装层对正交异性板的综合作用认识不足，铺装层设计建造时仅仅作为表面功能层，忽视了其对钢板结构的影响，导致夏季高温条件下常规沥青混凝土铺装迅速软化，刚度、模量显著降低，进一步增加了交通荷载对正交异性钢桥面板的疲劳损伤；三是，由于自身材料及施工工艺原因，传统环氧铺装技术，在双层环氧铺装层间、铺装层与钢板粘结部位极易产生质量缺陷，诱发铺装层的严重损坏。
发明内容
本发明专利针对旧钢箱梁桥容易产生正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装病害的问题，采用新型树脂沥青铺装结构体系，可以在保证桥面铺装使用性能满足规范要求的同时，提高铺装结构刚度(动态模量)降低车辆荷载对钢桥面板的疲劳损伤，延长正交异性钢桥面板使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，在桥面钢板表层从下至上依次铺设有树脂沥青防水抗滑粘结层、第一树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土下面层、树脂沥青防水粘结层、第二树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土上面层、树脂沥青抗滑罩面层；所述树脂沥青防水抗滑粘结层由撒布在桥面钢板表层的第一树脂沥青胶结料和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土下面层下表面内的第一碎石料组成；所述树脂沥青防水粘结层由第二树脂沥青胶结料和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土上面层下表面内的第二碎石料组成；所述树脂沥青抗滑罩面层由第三树脂沥青胶结料和密集均匀撒布的第三碎石料组成。
所述第一树脂沥青胶结料/第二树脂沥青胶结料的撒布量为1.0～1.2kg/㎡。
所述第一碎石料/第二碎石料为粒径3～5mm、撒布量为2.5～3.5kg/㎡碎石。所述第二碎石料也可以是为粒径3～5mm、撒布量为2.0～2.5kg/㎡的碎石和粒径8～12mm、撒布量为1.0～2.0kg/㎡的碎石组成。在所述树脂沥青防水粘结层中混入粗颗粒碎石的主要作用是将粗颗粒碎石有效插入树脂沥青混凝土下面层中，进一步提高层间抗剪、抗滑移能力。
所述第三树脂沥青胶结料的涂布量为1.3～1.5kg/㎡，所述第三碎石料由粒径3～5mm、撒布量为2.5～3.5kg/㎡的碎石和粒径1～2mm、撒布量为1.5～2.5kg/㎡碎石组成。
所述碎石为辉绿岩/玄武岩。
所述第三树脂沥青胶结料中掺加有3～6％的橡胶颗粒，所述橡胶颗粒的粒径1～3mm，通过在树脂沥青抗滑罩面层中增加橡胶颗粒，提高了冰雪天气条件车轮作用下的破冰能力。
优选地，所述第一树脂沥青胶结料的原料包括环氧树脂、沥青和MIL 53。加入MIL53的第一树脂沥青胶结料，防水效果好，附着力强，而且能与铁锈反应转化成稳定的络合物，牢固地粘附在钢板表面，形成保护性封闭层，防止钢板氧化锈蚀，起到除锈防锈双重作用。这主要是因为MIL 53是由三价金属铬、铁、铝和均苯二甲酸构成的具有三维结构的一系列动态框架材料,是基于Cr的纳米大孔材料，具有优异的吸附能力，它与高分子的环氧树脂发生复杂的交联反应，形成空间网络互穿体系，能够生成均匀相的吸附能力强的树脂沥青胶结料。另外，带金属离子的MIL 53可以与钢板上的Fe3+发生交换，形成稳定致密的螯合物，并牢固覆盖在钢板表面，从而阻止铁锈扩展，提高涂层稳定和致密性，MIL 53中的均苯二甲酸，能与锈层中铁离子形成非常稳定的络合物，既增强涂层的附着力，又能抑制锈层生长，起到稳定铁锈的作用。
所述MIL 53可以为MIL 53(Cr)、MIL 53(Fe)或MIL 53(Al)。
优选地，所述MIL 53占第一树脂沥青胶结料总量的5％～15％(重量百分含量)。
优选地，所述第二树脂沥青胶结料/第三树脂沥青胶结料由A、B两组份混合而成，A组份为环氧树脂和稀释剂，B组份为沥青和固化剂组成的混合物；固化剂为胺类固化剂和促进剂组成。将A和B两组份混合后，环氧树脂中的环氧基与固化剂中的胺基连同沥青中的多环混合芳烃等物质一起发生复杂的交联固化反应，形成空间网络互穿体系，能够生成均匀相的树脂沥青胶结料。
上述铺装结构的施工方法，包括如下步骤：
①首先铣刨旧桥面沥青混凝土，并将钢板表面进行喷砂除锈处理，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到80～120μm；
②施工桥面钢板树脂沥青防水抗滑粘结层：
喷砂除锈处后在桥面钢板表层的撒布第一树脂沥青胶结料，撒布量为1.0～1.2kg/㎡，然后立即均匀撒布第一碎石料形成树脂沥青防水抗滑粘结层；
③在树脂沥青防水抗滑粘结层上洒布一层0.4～0.6kg/㎡的树脂沥青粘结剂，形成第一树脂沥青粘结剂层；
④摊铺一层2.5～4cm厚的树脂沥青混凝土下面层，该层树脂沥青混凝土与树脂沥青防水抗滑粘结层中的突起第一碎石料牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层；
⑤将树脂沥青混凝土下面层的表面采用抛丸工艺处理增加粗糙度，构造深度＞0.3mm；
⑥抛丸清理干净后，在树脂沥青混凝土下面层表面施工一层第二树脂沥青胶结料，撒布量为1.0～1.2kg/㎡，然后立即均匀撒布第二碎石料形成树脂沥青防水粘结层；
⑦在树脂沥青防水粘结层上洒布一层0.4～0.6kg/㎡的树脂沥青粘结剂形成第二树脂沥青粘结剂层；
⑧摊铺一层2.5～4cm厚树脂沥青混凝土上面层，该层树脂混凝土与树脂沥青防水粘结层中的突起第二碎石料牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层；
⑨将前述树脂沥青混凝土上面层表面进行抛丸处理，随后在其上成型树脂沥青抗滑罩面层，树脂沥青胶结料涂布量为1.3～1.5kg/㎡，并撒布3-5mm碎石约2.5～3.5kg/㎡和1-2mm碎石约1.5～2.5kg/㎡碎石，罩面层养生固化后开放交通。
与现有技术相比,本发明的优点在于：正交异性板桥面铺装结构质量可靠、施工方便、能有效保证路面使用性能，提高桥面铺装整体刚度对薄弱的钢板起到补强作用。
(1)钢板表面设置树脂沥青防水抗滑粘结层，杜绝了路面水分与钢板的接触，彻底解决了钢板表面防水问题，并通过树脂沥青胶结料中玄武岩/辉绿岩碎石与上层树脂沥青混凝土的嵌挤、表面撒布树脂沥青粘结剂(传统进口环氧铺装技术两层混凝土层间仅撒布一层粘结剂，使用过程中容易产生脱层破坏)，实现了物理咬合与化学粘结的双重保障，极大提高层间界面抵抗剪切滑移变形的能力。
(2)两层树脂沥青混凝土结构层的主要优点是，具有良好的荷载分散性、结构承载力、防水、隔热效果。由于混凝土中树脂沥青与高分子固化剂发生交联固化反应，其固化物不同于石油沥青，是不可再熔融的固体材料。不仅自身强度和粘结能力比改性沥青大幅提高，而且从根本上改变了石油沥青随温度提高自身迅速变软的特性。树脂沥青混凝土在高温状态时的刚度(动态模量)相比传统改性沥青、浇筑式沥青混凝土大幅提高，具有更高的结构承载力，对薄弱的钢板起到补强作用，能更好的分散、降低重载车辆对正交异性钢桥面板的应力幅，减少钢板受到的疲劳损伤。
(3)树脂沥青混凝土结构层间采用树脂沥青防水抗滑粘结层+树脂沥青粘结剂为提高层间粘结、防水、抗剪能力提供了双重保障。
(4)传统进口环氧铺装技术表面构造深度仅0.5mm，雨天存在安全隐患；传统改性沥青铺装、浇筑式沥青铺装表面层易渗水产生破坏，表面树脂沥青抗滑罩面层，构造深度大(超过1.2mm)，不渗水，有效减少路表水分对结构层的破坏，同时提高了行车安全性。
附图说明
图1为整体结构示意图；
图中的各个部件的名称1—桥面钢板；2—第一树脂沥青胶结料；3—第一碎石料；4—第一树脂沥青粘结剂层；5—树脂沥青混凝土下面层；6—第二树脂沥青胶结料；7—第二碎石料；8—第二树脂沥青粘结剂层；9—树脂沥青混凝土上面层；10—第三树脂沥青胶结料；11—第三碎石料。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，在桥面钢板1表层从下至上依次铺设有树脂沥青防水抗滑粘结层、第一树脂沥青粘结剂层4、树脂沥青混凝土下面层5、树脂沥青防水粘结层、第二树脂沥青粘结剂层8、树脂沥青混凝土上面层9、树脂沥青抗滑罩面层；所述树脂沥青防水抗滑粘结层由撒布在桥面钢板表层的第一树脂沥青胶结料2和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土下面层下表面内的第一碎石料3组成；所述树脂沥青防水粘结层由第二树脂沥青胶结料6和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土上面层下表面内的第二碎石料7组成；所述树脂沥青抗滑罩面层由第三树脂沥青胶结料10和密集均匀撒布的第三碎石料11组成。
所述第一树脂沥青胶结料、第二树脂沥青胶结料的撒布量为1.0～1.2kg/㎡；所述第一碎石料、第二碎石料的撒布量为2.5～3.5kg/㎡。所述第一碎石料、第二碎石料为3～5mm辉绿岩/玄武岩碎石。所述第三树脂沥青胶结料的涂布量为1.3～1.5kg/㎡，所述第三碎石料由粒径3～5mm、撒布量为2.5～3.5kg/㎡的碎石和粒径1～2mm、撒布量为1.5～2.5kg/㎡碎石组成。
所述第一树脂沥青胶结料由环氧树脂20％、稀释剂23％、石油沥青40％、MIL 53(Cr)5％、固化剂12％混合而成，以重量百分比计算。
所述第二树脂沥青胶结料、第三树脂沥青胶结料由A、B两组份以1:1的重量比混合而成，A组份为环氧树脂和稀释剂以重量比2～1:1的比例组成的混合物，B组份为沥青和固化剂以重量比4～1:1的比例组成的混合物。固化剂为胺类固化剂、促进剂。
所述胺类固化剂为低分子聚酰胺、曼尼希碱酚醛胺、聚醚胺、芳香胺、203改性胺固化剂中的一种或者是任意几种的任意比例混合物。促进剂为液体咪唑、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚中的一种或几种的组合物。
实施例二：
用于实施例一正交异性钢桥面板补强铺装结构的施工方法，具体步骤如下：
①首先铣刨旧桥面沥青混凝土，并将桥面钢板1表面进行喷砂除锈处理，要求清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到120μm。
②桥面钢板1喷砂除锈处理完成后一小时内洒布一层1.1kg/m2第一树脂沥青胶结料2。
③第一树脂沥青胶结料2洒布完成后立即均匀撒布的3～5mm辉绿岩/玄武岩碎石，也即第一碎石料3，碎石用量3.5kg/㎡。
④待第一树脂沥青胶结料2养生固化两天后，涂刷0.5kg/m2的树脂沥青粘结剂，形成第一树脂沥青粘结剂层4。
⑤摊铺一层3.5cm厚树脂沥青混凝土下面层5，该层树脂混凝土与第一树脂沥青胶结料2中的突起碎石牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层。
⑥将前述树脂沥青混凝土下面层5表面采用抛丸工艺处理增加粗糙度，要求构造深度＞0.3mm。
⑦抛丸清理干净后，在树脂沥青混凝土下面层5表面施工一层第二树脂沥青胶结料6，撒布量1.2kg/㎡。
⑧第二树脂沥青胶结料6洒布完成后立即均匀撒布的3～5mm辉绿岩/玄武岩碎石，也即第二碎石料7，碎石用量3.5kg/㎡。
⑨待第二树脂沥青胶结料6养生固化两天后防水粘结层上洒布一层0.4～0.6kg/㎡的树脂沥青粘结剂，形成第二树脂沥青粘结剂层8。
⑩摊铺一层3.5cm厚树脂沥青混凝土上面层9，该层树脂混凝土与第二树脂沥青胶结料6中的突起碎石牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层。
将前述树脂沥青混凝土上面层9表面进行抛丸处理，清理干净后在表面施工一层第三树脂沥青胶结料10，撒布量1.5kg/㎡。
第三树脂沥青胶结料10洒布完成后立即均匀撒布3～5mm碎石3.5kg/㎡和1-2mm碎石2.5kg/㎡。养生固化两天后开放交通。
本发明的方法对施工环境条件的要求不高,不需要特殊的施工机具、苛刻的工艺要求。
上述实施例所使用的材料的性能如表1至表4所示。
表1树脂沥青胶结料主要性能
试验项目 单位 技术要求 试验方法
拉拔强度(70℃) MPa ≥3 ASTM D 638
剪切强度(70℃) MPa ≥1 斜剪试验
拉拔强度(25℃) MPa ≥10 拉拨试验
指干时间(25℃) h 10≥t≥1 指干法
固化时间(25℃) h ≤72 拉拨试验
断裂伸长率(25℃) ％ ≥20 直接拉伸试验
断裂强度(25℃) MPa ≥10 直接拉伸试验
粘度 适于刮除不流淌
表2辉绿岩/玄武岩碎石的技术要求
表3树脂沥青混凝土级配
表4树脂沥青混凝土性能要求
试验项目 技术要求 试验方法
3天马歇尔稳定度kN(70℃) ≥40 50次击实
流值0.1mm 20～40 T 0702
击实空隙率％ 0～2 T 0702
车辙动稳定度次/mm(70℃) ≥20000 T0719
残留马歇尔稳定度％ ≥90 T0790
冻融劈裂试验残留强度比％ ≥90 T0729
-10℃低温弯曲极限应变×10-6 ≥3000 T0728
动态模量MPa(10Hz，55℃) ≥3500 T0738
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：在桥面钢板表层从下至上依次铺设有树脂沥青防水抗滑粘结层、第一树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土下面层、树脂沥青防水粘结层、第二树脂沥青粘结剂层、树脂沥青混凝土上面层、树脂沥青抗滑罩面层；所述树脂沥青防水抗滑粘结层由撒布在桥面钢板表层的第一树脂沥青胶结料和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土下面层下表面内的第一碎石料组成；所述树脂沥青防水粘结层由第二树脂沥青胶结料和密集均匀撒布并嵌挤在所述树脂沥青混凝土上面层下表面内的第二碎石料组成；所述树脂沥青抗滑罩面层由第三树脂沥青胶结料和密集均匀撒布的第三碎石料组成；所述第一树脂沥青胶结料的原料包括环氧树脂、沥青和MIL 53，所述MIL 53占第一树脂沥青胶结料总量的5％～15％。
2.根据权利要求1所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：所述第一树脂沥青胶结料/第二树脂沥青胶结料的撒布量为1.0～1.2kg/㎡。
3.根据权利要求2所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：所述第一碎石料/第二碎石料为粒径3～5mm、撒布量为2.5～3.5kg/㎡碎石。
4.根据权利要求2所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：所述第二碎石料为粒径3～5mm、撒布量为2.0～2.5kg/㎡的碎石和粒径8～12mm、撒布量为1.0～2.0kg/㎡的碎石组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：所述第三树脂沥青胶结料的涂布量为1.3～1.5kg/㎡，所述第三碎石料由粒径3～5mm、撒布量为2.5～3.5kg/㎡的碎石和粒径1～2mm、撒布量为1.5～2.5kg/㎡碎石组成。
6.根据权利要求1所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构，其特征在于：所述第三树脂沥青胶结料中掺加有3～6％的橡胶颗粒，所述橡胶颗粒的粒径1～3mm。
7.权利要求1-6所述的一种用于正交异性钢桥面板补强的铺装结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：①首先铣刨旧桥面沥青混凝土，并将钢板表面进行喷砂除锈处理，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到80～120μm；
②施工桥面钢板树脂沥青防水抗滑粘结层：
喷砂除锈处后在桥面钢板表层的撒布第一树脂沥青胶结料，撒布量为1.0～1.2kg/㎡，然后立即均匀撒布第一碎石料形成树脂沥青防水抗滑粘结层；
③在树脂沥青防水抗滑粘结层上洒布一层0.4～0.6kg/㎡的树脂沥青粘结剂，形成第一树脂沥青粘结剂层；
④摊铺一层2.5～4cm厚的树脂沥青混凝土下面层，该层树脂沥青混凝土与树脂沥青防水抗滑粘结层中的突起第一碎石料牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层；
⑤将树脂沥青混凝土下面层的表面采用抛丸工艺处理增加粗糙度，构造深度＞0.3mm；
⑥抛丸清理干净后，在树脂沥青混凝土下面层表面施工一层第二树脂沥青胶结料，撒布量为1.0～1.2kg/㎡，然后立即均匀撒布第二碎石料形成树脂沥青防水粘结层；
⑦在树脂沥青防水粘结层上洒布一层0.4～0.6kg/㎡的树脂沥青粘结剂形成第二树脂沥青粘结剂层；
⑧摊铺一层2.5～4cm厚树脂沥青混凝土上面层，该层树脂混凝土与树脂沥青防水粘结层中的突起第二碎石料牢固粘结嵌挤在一起，并在树脂沥青固化后形成紧密结构层；
⑨将前述树脂沥青混凝土上面层表面进行抛丸处理，随后在其上成型树脂沥青抗滑罩面层，树脂沥青胶结料涂布量为1.3～1.5kg/㎡，并撒布3-5mm碎石约2.5～3.5kg/㎡和1-2mm碎石约1.5～2.5kg/㎡碎石，罩面层养生固化后开放交通。
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