CN110106785A - 一种钢-pva纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了钢‑PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法，所述的组合桥面结构包括钢桥面板层、PVA纤维韧性混凝土层、粘结层和沥青混凝土面层，所述的钢桥面板层上固定有若干个抗剪栓钉；所述的钢桥面板层上铺设有PVA纤维韧性混凝土层，所述的PVA纤维韧性混凝土层内布置有纵横双层钢筋网及布设在钢桥面板层上用于支撑所述纵横双层钢筋网的氯丁橡胶垫块。本发明所述的组合桥面结构具有建筑高度小、轻质高强、各组合层间粘结性能好、各组合层协同受力均匀、变形协调易于控制，耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小等优点，尤其适用于大跨度桥梁的桥面铺装。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，具体为一种钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法。
背景技术
目前我国对钢桥面铺装的研究表明，早期有双层SMA铺装，但出现了推移、开裂、车辙等严重病害，现已不用。国内专业人士针对双层SMA混合料无法成功应用于我国钢桥面进行了深入的研究，并找到了根本原因，即界面结构材料无法满足铺装要求。
具体而言，就是SMA铺装的钢桥面采用的界面材料是复合改性的高粘沥青，将它涂覆于钢板上使其将SMA与钢板粘结一体共同受力。然而，这种改性高粘沥青劲合剂对钢板的粘结力是随钢板温度的升高而迅速降低的，当温度升高到一定程度时，粘结力不能满足粘合要求，随之SMA层便在钢板上产生滑动位移、出现推拥凸包并产生裂缝。
而后又引进了美国双层环氧沥青和英国浇筑式沥青铺装技术，也存在不少问题，没有得到很好解决；
美国环氧沥青铺装技术具有铺装强度高、整体性好、高温抗变形能力强、低温抗裂性能好以及抗腐蚀性强等优点。但其不足之处在于造价高、施工难度大、损坏后难以修复、对施工环境要求苛刻。施工控制不严是铺装发生损坏的主要原因，目前还没有针对环氧沥青出现损坏后的修复方法。
英国浇注式沥青铺装技术具有低孔隙率，防水能力强，抗老化性能好。抗裂性能强、对钢板的粘结性好等优点，但其不足之处在于高温稳定性差、易形成车辙、需要特定的施工设备、施工组织较为复杂。
ERS冷拌树脂沥青钢桥面铺装技术和钢纤维韧性混凝土钢桥面铺装技术解决了上述问题，该铺装技术与传统钢桥面铺装相比，具备良好的抗疲劳开裂性能、优良的高温稳定性能、完善的防排水体系、良好的层间结合性能、良好的随从性、良好的平整度和抗滑移性能、施工周期短等优点，但施工和维修中依然存在诸多不足之处。
综上，需要研发一种钢桥面铺装材料及其技术较好解决了上述问题，既能满足我国高温重载的特殊国情，又能避免上述四种技术的缺点。
目前PVA纤维韧性混凝土钢桥面铺装技术较好解决了上述问题，PVA纤维韧性混凝土层与钢桥面板的膨胀系数相一致，二者粘结较为牢固，特别是在温差和车辆荷载较大的情况下，PVA纤维韧性混凝土层与钢桥面板也能够很好的粘结在一起，抗滑移能力较强，从而进一步的阻止桥面铺装层的开裂、车辙、凸包等病害。施工和维修也方便，但其构造钢筋网设置在中间或偏上的位置，不利于结构变形协调的控制。
发明内容
针对现有技术中钢桥面铺装技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构及施工方法，将构造钢筋网设置在PVA纤维韧性混凝土层中间偏下的位置，这样钢桥面铺装层既控制桥面钢板刚度不足问题，又控制铺装层本身竖向刚度递减过渡沥青混凝土面层，适应钢桥面变形协调和行车荷载作用，符合结构变形协调控制方法。
本发明采用PVA纤维韧性混凝土钢桥面铺装技术，其中构造钢筋网设置在PVA纤维韧性混凝土层中间偏下的位置，这样钢桥面铺装层既控制桥面钢板刚度不足问题，又控制铺装层本身竖向刚度递减过渡沥青混凝土面层，适应钢桥面变形协调和行车荷载作用，符合结构变形协调控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述的组合桥面结构包括钢桥面板层，所述的钢桥面板层上固定有若干个抗剪栓钉；所述的钢桥面板层上铺设有PVA纤维韧性混凝土层，所述的PVA纤维韧性混凝土层内铺设有纵横双层钢筋网及设置在所述钢桥面板层上用于支撑所述纵横双层钢筋网的氯丁橡胶垫块，所述纵横双层钢筋网由纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层叠加形成；所述的抗剪栓钉均匀分布于所述的纵横双层钢筋网的网格中，且所述的抗剪栓钉的上端部与所述的纵横双层钢筋网固定连接，所述的抗剪栓钉与所述的网格相匹配；所述的PVA纤维韧性混凝土层浇筑于所述钢桥面板层上，并覆盖所述抗剪栓钉、纵横双层钢筋网及氯丁橡胶垫块；所述的PVA纤维韧性混凝土层上自下而上依次铺设有粘结层和沥青混凝土面层；所述的纵横双层钢筋网与所述的钢桥面板层上端面之间的距离为所述的PVA纤维韧性混凝土层整体高度的20～30％。
进一步，所述抗剪栓钉沿所述的钢桥面板层纵向和横向按矩阵式间隔布置，所述相邻抗剪栓钉之间的纵桥向间距和横桥向间距应符合规范规定和设计要求，可以满足钢-PVA纤维韧性混凝土界面的抗剪要求。所述抗剪栓钉是按照设计要求在工厂预制，所述抗剪栓钉的长度优选8mm～12mm，在此范围内的抗剪栓钉与钢桥面板层的接触面积较传统抗剪栓钉与钢桥面板层的接触面积大，因此抗剪栓钉的刚度较传统抗剪栓钉的刚度大，可以提高抗剪栓钉的抗剪效率，进一步的改善钢-PVA纤维韧性混凝土间的组合受力。
进一步，所述纵横双层钢筋网的铺设方式为：将所述的纵向钢筋分布层铺设在所述的氯丁橡胶垫块上，然后将所述的横向钢筋分布层铺设在所述的纵向钢筋分布层上部，所述纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层通过绑扎或点焊连接；所述钢筋网抗拉构造设置在PVA纤维韧性混凝土层中间偏下的位置，并且位于抗剪栓钉上部，该设置能够使钢桥面铺装层既能控制桥面钢板刚度不足问题，又可以控制铺装层本身竖向刚度递减过渡沥青混凝土面层，适应钢桥面变形协调和行车荷载作用。所述钢筋网抗拉构造横向受拉钢筋分布层中与其下部抗剪栓钉相接触的横向受拉钢筋通过点焊固结。
本发明所述氯丁橡胶垫块的设置是用来支撑纵向受拉钢筋，便于纵向受拉钢筋的铺设，也便于纵向受拉钢筋与横向受拉钢筋的绑扎或点焊连接。
进一步，所述PVA纤维韧性混凝土层(5)是由PVA纤维韧性混凝土浇筑而成，所述PVA纤维韧性混凝土为由14.7kg/m3聚乙烯醇纤维、241kg/m3水泥、162kg/m3细沙、184kg/m3粉煤灰、110kg/m3水、6kg/m3减水剂、0.3kg/m3增稠剂、19kg/m3早强剂搅拌制成的混合物。
PVA纤维韧性混凝土具有优良的力学性能，其抗压强度为35MPa～60MPa，拉伸应变能力是普通混凝土与纤维增强混凝土的300～500倍，抗弯强度可以达到其直接拉伸强度的3～5倍，耐久系数是普通混凝土的5倍，PVA纤维韧性混凝土与钢筋之间的变形协调相一致，可以控制裂缝宽度在60μm左右，这使得PVA纤维韧性混凝土层在裂缝状态下的渗透系数与未带裂缝的素混凝土几乎一样，有效的提高了构件的耐久性和抗渗能力。
进一步，所述粘结层为环氧沥青胶黏剂，所述环氧沥青胶黏剂具有高粘结强度、高韧性、耐疲劳的特点，所述环氧沥青胶黏剂常温固化后与PVA纤维韧性混凝土层和沥青混凝土面层牢固地粘结形成整体化层，有效的提高了组合桥面的整体性。
进一步，所述沥青混凝土面层可以为各类沥青混凝土桥面铺装层或其他材料的桥梁铺装层，可以根据工程技术方案的需要，灵活的选用合适的沥青混凝土面层铺装层，施工方便、工艺简单、且具有良好的可操作性和经济性。
再进一步，本发明所述的钢桥面板层优选为20mm，所述的PVA纤维韧性混凝土层厚度优选为40mm，所述的沥青混凝土面层优选为40mm。
更进一步，本发明所述的钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构的施工方法，按照如下步骤进行制备：
①将抗剪栓钉焊接在所述的钢桥面板层，所述的抗剪栓钉以相互平行的方式等距排列；
②在所述的抗剪栓钉之间均匀设有铺设氯丁橡胶垫块，然后将纵向钢筋分布层铺设在氯丁橡胶垫块上，所述的抗剪栓钉之间绑扎纵横双层钢筋网，所述横向钢筋分布层铺设在所述的纵向钢筋分布层上部，然后将所述的横向钢筋分布层铺设在所述的纵向钢筋分布层上部，所述纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层通过绑扎或点焊连接，并确保所述的抗剪栓钉均匀分布于所述的纵横双层钢筋网的网格中，且所述的抗剪栓钉的上端部与所述的纵横双层钢筋网固定连接，所述的抗剪栓钉与所述的网格相匹配；
③将PVA纤维韧性混凝土层浇筑于所述钢桥面板层上，并覆盖所述抗剪栓钉、纵横双层钢筋网及氯丁橡胶垫块；
④在所述的PVA纤维韧性混凝土层上自下而上依次铺设粘结层和沥青混凝土面层。
与现有技术相比，本发明钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面铺装变形协调控制构造的优点是：
(1)本发明技术方案中的PVA纤维韧性混凝土层所选用的是适用于钢桥面板的PVA纤维韧性混凝土，其具有优良的力学性能，较高的抗压强度和抗弯强度及其拉伸应变能力，其耐久系数也较普通混凝土高，并且PVA纤维韧性混凝土与钢桥面板的膨胀系数相一致，二者粘结较为牢固，特别是在温差和车辆荷载较大的情况下，PVA纤维韧性混凝土层与钢桥面板也能够很好的粘结在一起，抗滑移能力较强，从而进一步的阻止桥面铺装层的开裂、车辙、凸包等病害。
(2)PVA纤维韧性混凝土在钢桥面上的应用，能够有效的减小混凝土层的厚度，降低桥面系重量，显著提高组合桥面的耐久性。
(3)通过控制钢桥面板上设置的抗剪栓钉的高度及其与钢桥面板的固结面积的大小，可也灵活的调节钢桥面板层与PVA纤维韧性混凝土层间抗剪构造的设计高度，进而使得减小PVA纤维韧性混凝土层的设计厚度，使组合桥面结构的自重降低，同时通过调节抗剪栓钉固结在钢桥面板的有效面积，可以进一步的增大组合桥面的抗剪刚度，从而使组合桥面的受力更加合理。
(4)本发明中组合桥面构造抗剪栓钉的设计，能够进一步减小桥面铺装层与钢桥面板之间的相对滑移，减小了桥面铺装层的凸包，降低了车辆荷载作用下的冲击作用，从而进一步提高了桥面铺装层的耐久性能。
(5)本发明抗剪构造所采用的抗剪栓钉是按照设计要求的工厂预制加工的，并且抗剪构造的设置并不需要采用复杂的施工工艺和高投入的施工设备，仅采用普通焊接技术即可将抗剪栓钉与在其上部布设的横向受拉钢筋固结在一起，设备投入小，简单易操作，对劳动力素质和工艺要求较低。
(6)本发明中将钢筋网抗拉构造设置在PVA纤维韧性混凝土层中间偏下的位置，能够使钢桥面铺装层既能控制桥面钢板刚度不足问题，又可以控制铺装层本身竖向刚度递减过渡沥青混凝土面层，适应钢桥面变形协调和行车荷载作用，符合结构变形协调控制方法。
(7)本发明提供粘结层为环氧沥青胶黏剂，其具有高粘结强度、高韧性、耐疲劳的特点，常温固化后环氧沥青胶黏剂与PVA纤维韧性混凝土层和沥青混凝土面层牢固地粘结形成整体化层，有效的提高了组合桥面的整体性。
(8)上述环氧沥青胶黏剂能够常温固化、对施工环境及工艺没有特殊要求，因而在施工时无须特殊的施工机具，可按普通粘结层的铺设方法进行施工。
(9)本发明中采用的沥青混凝土面层对施工环境及工艺没有特殊要求，可以为各类沥青混凝土桥面铺装层或其他材料的桥梁铺装层，可以根据工程技术方案的需要，灵活的选用合适的沥青混凝土面层铺装层，施工方便、工艺简单、且具有良好的可操作性和经济性。
(10)综上，本发明一种钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面铺装变形协调控制构造具有建筑高度小、轻质高强、刚度大、各组合层间粘结性能好、各组合层协同受力均匀、变形协调易于控制，耐久性好、抗疲劳性能好、车辆冲击作用小等优点，具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其适用于大跨度桥梁的钢桥面板的铺装。
附图说明
以下是结合附图对本发明的技术方案进行了描述，附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的数字及其字母表示相同的部件。
图1为本发明实施例中钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面铺装变形协调控制构造的俯视方向的平面图。
图2为图1中钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面铺装变形协调控制构造的A-A处的剖面图，即组合桥面的构造示意图(横截面图)。
图3为钢桥面板、抗剪栓钉及其钢筋网的局部结构示意图(未示出PVA混凝土)。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
图例说明：1钢桥面板层(厚20mm)；2氯丁橡胶垫块；3抗剪栓钉；4钢筋网；5PVA纤维韧性混凝土层(厚40mm)；6粘结层；7沥青混凝土面层(厚40mm)。本实施例的连接构造如图1、图2、图3所示：按照常规钢桥桥梁施工方法依次预制、拼装、焊接钢梁，直至完成钢桥面板层1的施工；对施工符合设计要求的钢桥面进行喷砂除锈处理，并焊接抗剪栓钉3，再进行抛丸或喷砂除锈；在钢桥面板层上按照按矩阵式间隔焊接抗剪栓钉3，然后在在相邻的抗剪栓钉3之间布设氯丁橡胶垫块2，用来支撑纵向布设的受拉钢筋分布层；在氯丁橡胶垫块2上铺设纵向钢筋分布层，在纵向钢筋分布层上按照设计间距铺设横向受拉钢筋分布层，利用绑扎或焊接的方法将纵向受拉钢筋分布层与横向受拉钢筋分布层进行连接，形成纵横双层钢筋网4；将纵横双层钢筋网4中与抗剪栓钉3接触的横向受拉钢筋用点焊进行固结；在所述的钢桥面板层1上浇筑PVA纤维韧性混凝土，形成PVA纤维韧性混凝土层5；在PVA纤维韧性混凝土层5上喷涂环氧沥青胶黏剂，形成粘结层6；在粘结层上铺装沥青混凝土面层7，形成钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面。
上述实施例的具体施工步骤为：
按照常规架设钢桥桥梁施工方法，依次预制、现场拼装、焊接钢梁，直至完成钢梁架设得到钢桥面板层1，钢桥面板1厚度为20mm；
按照设计要求，对架设好的钢桥面进行喷砂除锈，清除表面污物，并将抗剪栓钉3沿钢桥面板纵向和横向按矩阵式间隔布置焊接在钢桥面板1上，形成组合桥面的抗剪构造，再次进行喷砂除锈和清除焊渣，抗剪栓钉3长度设计范围宜为8mm～12mm；
按照设计要求，对钢桥面进行防腐涂装，将环氧富锌底漆喷涂在钢桥面板1上作为防腐层；
按照设计要求，在钢桥面板上相邻的抗剪栓钉3之间布设氯丁橡胶垫块2，并在氯丁橡胶垫块2上架设纵向钢筋分布层，在纵向受拉钢筋分布层上按照设计要求铺设横向钢筋分布层，然后将纵向受拉钢筋分布层与横向受拉钢筋分布层通过绑扎或点焊连接，形成纵横双层4；
按照设计要求，将与抗剪栓钉3顶面接触的横向受拉钢筋通过点焊连接，使得纵横双层钢筋网4、抗剪栓钉3和钢桥面板层1连接为一个整体；
按照设计要求，再次清除钢桥面板层1上的污物和焊渣，然后在钢桥面板层1上浇筑PVA纤维韧性混凝土，形成PVA纤维韧性混凝土层5，并对PVA纤维韧性混凝土层5进行养护，同时要保证抗剪栓钉3和纵横双层钢筋网4以及氯丁橡胶垫块2均包埋于PVA纤维韧性混凝土中，纵横双层钢筋网4的布设处于PVA纤维韧性混凝土层5的中间偏下的位置，其中PVA纤维韧性混凝土层5的厚度为40mm；
按照设计要求，在养护达到设计要求的PVA纤维韧性混凝土层5上喷涂环氧沥青胶黏剂，形成粘结层6；
按照设计要求，在粘结层6上浇筑沥青混凝土铺装层，形成沥青混凝土面层7，并对铺装好的沥青混凝土面层7进行养护，待其达到设计要求，即完成了整个钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面铺装变形协调控制构造的施工，其中沥青混凝土面层7的厚度为40mm；
本发明不局限上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的半整体桥桥台结构及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构，其特征在于：所述的组合桥面结构包括钢桥面板层(1)，所述的钢桥面板层(1)上固定有若干个抗剪栓钉(3)；所述的钢桥面板层(1)上铺设有PVA纤维韧性混凝土层(5)，所述的PVA纤维韧性混凝土层(5)内布置有纵横双层钢筋网(4)及布设在所述钢桥面板层(1)上用于支撑所述纵横双层钢筋网(4)的氯丁橡胶垫块(2)，所述纵横双层钢筋网(4)由纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层叠加形成；所述的抗剪栓钉(3)均匀分布于所述的纵横双层钢筋网(4)的网格中，且所述的抗剪栓钉(3)的上端部与所述的纵横双层钢筋网(4)固定连接，所述的抗剪栓钉(3)与所述的网格相匹配；将PVA纤维韧性混凝土层(5)浇筑于所述钢桥面板层(1)上，并覆盖所述抗剪栓钉(3)、纵横双层钢筋网(4)及氯丁橡胶垫块(2)；所述的PVA纤维韧性混凝土层(5)上自下而上依次铺设有粘结层(6)和沥青混凝土面层(7)；所述的纵横双层钢筋网(4)与所述的钢桥面板层(1)上端面之间的距离为所述的PVA纤维韧性混凝土层整体高度的20～30％。
2.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述PVA纤维韧性混凝土层(5)是由PVA纤维韧性混凝土浇筑而成，所述PVA纤维韧性混凝土为由14.7kg/m3聚乙烯醇纤维、241kg/m3水泥、162kg/m3细沙、184kg/m3粉煤灰、110kg/m3水、6kg/m3减水剂、0.3kg/m3增稠剂、19kg/m3早强剂搅拌制成的混合物。
3.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述纵横双层钢筋网(4)的铺设方式为：将所述的纵向钢筋分布层铺设在所述的氯丁橡胶垫块上，然后将所述的横向钢筋分布层铺设在所述的纵向钢筋分布层上部，所述纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层通过绑扎或点焊连接。
4.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述抗剪栓钉(3)沿所述的钢桥面板层(1)纵向和横向按矩阵式间隔布置。
5.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述抗剪栓钉(3)的长度为8mm～12mm。
6.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述的钢桥面板层为20mm，所述的PVA纤维韧性混凝土层厚度为40mm，所述的沥青混凝土面层为40mm。
7.根据权利要求1所述的组合桥面结构，其特征在于：所述粘结层为环氧沥青胶黏剂。
8.一种如权利要求1～9之一所述的钢-PVA纤维韧性混凝土组合桥面结构的施工方法，其特征在于：所述的方法按照如下步骤进行制备：
①将抗剪栓钉(3)焊接在所述的钢桥面板层(1)，所述的抗剪栓钉(3)以相互平行的方式等距排列；
②在所述相邻的抗剪栓钉(3)之间均匀设有布设氯丁橡胶垫块(2)，然后将纵向钢筋分布层铺设在氯丁橡胶垫块(2)上，所述的抗剪栓钉(3)之间绑扎纵横双层钢筋网(4)，所述横向钢筋分布层铺设在所述的纵向钢筋分布层上部，然后将所述的横向钢筋分布层铺设在所述的纵筋分布层上部，所述纵向钢筋分布层和横向钢筋分布层通过绑扎或点焊连接，并确保所述的抗剪栓钉(3)均匀分布于所述的纵横双层钢筋网(4)的网格中，且所述的抗剪栓钉(3)的上端部与所述的纵横双层钢筋网(4)固定连接；
③将PVA纤维韧性混凝土层(5)浇筑于所述钢桥面板层(1)上，并覆盖所述抗剪栓钉(3)、纵横双层钢筋网(4)及氯丁橡胶垫块(2)；
④在所述的PVA纤维韧性混凝土层(5)上自下而上依次铺设粘结层(6)和沥青混凝土面层(7)。
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