CN111411581B - 一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥面铺装技术领域，具体涉及一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法。本发明提供的刚柔复合式钢桥面铺装结构，由上至下为RAC‑10高强冷拌环氧树脂混凝和LGA‑10梯度功能浇注式沥青混凝土。本发明下面层利用轻质集料与普通集料和胶结料的密度差，使铺装顶面和底面分别富集轻集料和普通集料，起到增强层间抗剪性能，充分发挥变形追从性的效果。通过采用梯度功能浇注式沥青混凝土和高强冷拌环氧树脂混凝土，可使钢桥面铺装保持恒载不变的情况下提升厚度1cm~3cm，从而达到提高桥面铺装刚度，改善铺装受力的目的。
Description
技术领域
本发明属于钢桥面铺装领域，具体涉及一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法。
背景技术
近年来，随着国内交通行业的蓬勃发展，桥梁数量逐年递增。与此同时，早期修建的桥梁已进入老化阶段，需要进行加固改造的桥梁越来越多。在对老化桥梁进行改造的过程中，桥面铺装是影响改造质量的重要因素之一。桥面铺装与路基段铺装相比，其受力条件更为严峻，需要更优异的路用性能来满足使用耐久性要求；桥梁主体结构与路基相比，铺装层自重荷载对其结构设计影响显著。因此，桥面铺装均追求较薄的厚度，以减轻自身恒载，但桥面铺装厚度减薄，必然造成承载能力及耐久性的降低。
有鉴于现有的桥面铺装技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合理学的运用，积极加以研究创新，以期创设一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法，以轻集料制备性能优良的梯度功能浇注式沥青混凝土，以减轻浇注式沥青混凝土重量，为铺装上层厚度提升提供空间，并以改性环氧树脂制备高强冷拌环氧树脂混凝土作为铺装上层。通过合理的铺装材料和结构设计，增强铺装承载力，延长铺装使用寿命。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，在保证路用性能不降低的情况下，减轻浇注式沥青混凝土重量，为铺装组合结构厚度提升提供空间，增强铺装承载力，延长铺装使用寿命，节约优质集料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，由上至下分别为RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土和LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层。
进一步的，铺装总厚度为5cm～10cm。
进一步的，LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层的层厚为2.5cm～4.5cm。
进一步的，RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土上面层的层厚为2.5cm～5.5cm。
进一步的，按照重量份数计算，LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土包括如下组分：浇注式沥青胶结料10～25份、矿料75～90份、钢纤维1～2份和外掺剂0.4～1份；其中，所述矿料包括轻质集料、普通集料和矿粉；所述轻质集料占矿料总质量的比例为1～99％。
进一步的，轻质集料为700级多孔碎石型页岩陶粒。
进一步的，RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土包括：改性环氧树脂胶结料、集料和矿粉，改性环氧树脂胶结料与矿料的质量比为7％～8％；集料包括粗细集料，采用玄武岩破碎而成。
进一步的，普通集料是玄武岩、石灰岩或凝灰岩中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，矿粉采用石灰岩矿粉。
进一步的，钢纤维采用镀铜微丝钢纤维，长度为12mm±1mm，直径为0.2mm±0.02mm。
进一步的，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4～7.5:2.5组成。
进一步的，外掺剂为有机蜡类温拌剂。
进一步的，LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层撒布玄武岩碎石，碎石粒径为15mm～20mm，撒布量为9～11kg/m2。
进一步的，改性环氧树脂胶结料由环氧树脂和固化剂两种组分按质量比5:1组成。采用该配比使材料在常温25～30℃固化时间在1.5～2.0小时以内，实现快速开放交通的目的。
进一步的，本发明提供过的钢桥面铺装结构采用二阶环氧作为防水粘结层，撒布量为0.4～0.5kg/m2。
进一步的，本发明提供的桥面铺装结构采用常温型环氧粘结剂将上下面层粘结，撒布量为0.4～0.6kg/m2。该粘结剂断裂延伸率≥100％，断裂强度≥1MPa，对钢板及下面层铺装具有极强的变形追从性。
本发明的第二个目的是提供一种刚柔复合式钢桥面铺装结构的铺装方法，具有同样的有益效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构的铺装方法，包括下述步骤：
S1.对钢板进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa2.5以上，粗糙度60～100μm的标准，并喷涂环氧富锌漆；
S2.对环氧富锌防腐底漆表面进行干燥及清洁处理，并将二阶环氧防水粘结层材料涂布于防腐底漆表面，用量为0.4～0.5kg/m2；
S3.配制LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土，采用浇注沥青摊铺机进行摊铺，利用侧模板和摊铺机自有控制系统控制厚度与平整度，对于机械无法施工部分，采用人工摊铺方式；
S4.采用改性沥青或基质沥青与湖沥青的混合沥青将碎石裹附，沥青用量为0.4～1.0％，预拌沥青碎石粒径为15～20mm，在预拌后冷却的碎石应保持分散状态；采取机械方式撒布将一定数量的碎石撒布于LGA-10轻质浇注式沥青混凝土层，在碎石不再自然下沉时，用小型钢轮压路机进行碾压；
S5.将常温型环氧粘结剂均匀涂布于LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层，撒布量为0.4～0.6kg/m2；
S6.配制RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土，采用常规沥青摊铺设备将RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土铺筑在已涂布常温型环氧粘结料的表面，并采用20～30t胶轮压路机在30min内完成揉搓4～8遍进行压实，之后常温养护2～4天即可开放交通。其中，预裹附碎石可增强碎石与轻质浇注式沥青混凝土的粘结性能。
进一步的，步骤S3中LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土的配制，具体操作方法为：将LGA-10中轻集料、普通矿料、矿粉和钢纤维按一定的顺序加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min，将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和40min～60min，浇注式沥青混合料拌和结束前20min～30min时加入有机蜡类温拌剂，拌和结束后即得LGA-10轻质浇注式沥青混合料；采用升温运输车保持搅拌状态在1.5h～5h内将混合料运送至前场。
进一步的，步骤S6配制RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土的方法，具体方法如下：采用强制式冷拌机将RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土中的粗细集料和矿粉干拌30s，投入改性环氧树脂后，湿拌90s。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过轻质集料与普通集料和胶结料的密度差，使铺装顶面和底面分别富集轻集料和普通集料，分别起到增强层间抗剪性能，充分发挥其变形追从性的效果，层厚2.5cm～4.5cm；上面层为RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土，层厚2.5cm～5.5cm。本发明通过采用梯度功能浇注式沥青混凝土和高强冷拌环氧树脂混凝土，可使钢桥面铺装保持恒载不变的情况下提升厚度1cm～3cm，从而达到提高桥面铺装刚度，改善铺装受力的效果，为在役大跨径桥梁和特殊结构提供了一种更轻且性能优良的铺装方案。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例中原料的来源如下：
湖沥青：特立尼达湖沥青
二阶环氧：江苏中路交通科学技术有限公司
基质沥青：江苏中路交通科学技术有限公司
有机蜡类温拌剂：江苏中路交通科学技术有限公司
实施例1一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法
一种刚柔复合式钢桥面铺装结构
由上至下分别为RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土和LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层。
其中，RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土包括：改性环氧树脂胶结料、集料和矿粉；改性环氧树脂胶结料与矿料的质量比为7％；集料包括粗细集料，采用玄武岩破碎而成；矿粉采用石灰岩矿粉；改性环氧树脂胶结料由环氧树脂和固化剂两种组分按质量比5:1组成；钢桥面铺装结构采用二阶环氧作为防水粘结层，撒布量为0.4～0.5kg/m2。
其中，LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层，按照重量份数计算，包括：浇注式沥青胶结料14.5份，700级多孔碎石型页岩陶粒6.8份，玄武岩集料53.3份，矿粉25.4份，钢纤维1.0份，外掺剂0.4份；其中，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4组成，且矿料的公称最大粒径为9.5mm。LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层撒布玄武岩碎石，碎石粒径为15mm～20mm，撒布量为10kg/m2。
其中，刚柔复合式钢桥面铺装结构采用常温型环氧粘结剂将上下面层粘结，撒布量为0.4～0.6kg/m2。
刚柔复合式钢桥面铺装结构的铺装方法，具体操作步骤如下：
S1.对钢板进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa2.5以上，粗糙度60～100μm的标准，并喷涂环氧富锌漆；
S2.对环氧富锌防腐底漆表面进行干燥及清洁处理，并将二阶环氧防水粘结层材料涂布与防腐底漆表面，用量为0.4kg/m2，常温养生1天；
S3.将LGA-10中轻集料、普通矿料、矿粉和钢纤维按一定的顺序加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min，将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和50min，浇注式沥青混合料拌和结束前25min加入有机蜡类温拌剂，拌和结束后即得LGA-10轻质浇注式沥青混合料；采用升温运输车保持搅拌状态在1.5h～5h内将混合料运送至前场；采用浇注沥青摊铺机进行摊铺，摊铺厚度3cm，利用侧模板和摊铺机自有控制系统控制厚度与平整度，对于机械无法施工部分，采用人工摊铺方式；
S4.采用基质沥青与湖沥青的混合沥青将碎石裹附，沥青用量为0.5％，预拌沥青碎石粒径为15～20mm，在预拌后冷却的碎石保持分散状态；采取机械方式撒布将碎石撒布于LGA-10轻质浇注式沥青混凝土层，撒布量为10kg/m2，在碎石不再自然下沉时，用小型钢轮压路机进行碾压；
S5.将常温型环氧粘结料均匀涂布于LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层，撒布量为0.5kg/m2。
S6.采用JS750型拌和站将RAC-10冷拌环氧树脂混凝土中的粗细集料和矿粉进行干拌30s，投入改性环氧树脂后，湿拌90s。采用常规ABG沥青摊铺设备将拌制好的混合料铺筑在已涂布常温型环氧粘结料的表面，厚度控制为5cm，并采用26t胶轮压路机在30min内完成揉搓8遍进行压实，之后常温养护3天，开放交通。
实施例2
一种刚柔复合式钢桥面铺装结构及其铺装方法
一种刚柔复合式钢桥面铺装结构
由上至下分别为RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土和LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层。
其中，RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土包括：改性环氧树脂胶结料、集料和矿粉；改性环氧树脂胶结料与矿料的质量比为8％；集料包括粗细集料，采用玄武岩破碎而成；矿粉采用石灰岩矿粉；改性环氧树脂胶结料由环氧树脂和固化剂两种组分按质量比5:1组成。
其中，LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层，按照重量份数计算，包括：浇注式沥青胶结料14份、矿料78份、钢纤维1份和有机蜡类0.56份；其中，浇注式沥青胶结料16.8份，700级多孔碎石型页岩陶粒9.9份，石灰岩集料47.1份，矿粉26.2份，钢纤维1.5份，外掺剂0.6份；其中，浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比7.5:2.5组成，且矿料的公称最大粒径为9.5mm。；LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土层撒布玄武岩碎石，碎石粒径为15mm～20mm，撒布量为11kg/m2。
其中，刚柔复合式钢桥面铺装结构采用常温型环氧粘结剂将上下面层粘结，撒布量为0.6kg/m2。
刚柔复合式钢桥面铺装结构的铺装方法，具体操作步骤如下：
S1.对钢板进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa2.5以上，粗糙度60～100μm的标准，并喷涂环氧富锌漆；
S2.对环氧富锌防腐底漆表面进行干燥及清洁处理，并将二阶环氧防水粘结层材料涂布与防腐底漆表面，用量为0.5kg/m2，常温养生1天；
S3.将LGA-10中轻集料、普通矿料、矿粉和钢纤维按一定的顺序加入260℃左右高温拌和锅，干拌1min，将浇注式沥青胶结料加入拌和锅，在260℃左右拌和50min，浇注式沥青混合料拌和结束前25min加入有机蜡类温拌剂，拌和结束后即得LGA-10轻质浇注式沥青混合料；采用升温运输车保持搅拌状态在1.5h～5h内将混合料运送至前场；采用浇注沥青摊铺机进行摊铺，摊铺厚度3cm，利用侧模板和摊铺机自有控制系统控制厚度与平整度，对于机械无法施工部分，采用人工摊铺方式；
S4.采用基质沥青与湖沥青的混合沥青将碎石裹附，沥青用量为0.5％，预拌沥青碎石粒径为15～20mm，在预拌后冷却的碎石保持分散状态；采取机械方式撒布将碎石撒布于LGA-10轻质浇注式沥青混凝土层，撒布量为11kg/m2，在碎石不再自然下沉时，用小型钢轮压路机进行碾压；
S5.将常温型环氧粘结料均匀涂布于LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层，撒布量为0.6kg/m2。
S6.采用JS750型拌和站将RAC-10冷拌环氧树脂混凝土中的粗细集料和矿粉进行干拌30s，投入改性环氧树脂后，湿拌90s。采用常规ABG沥青摊铺设备将拌制好的混合料铺筑在已涂布常温型环氧粘结料的表面，厚度控制为4.5cm，并采用26t胶轮压路机在30min内完成揉搓8遍进行压实，之后常温养护3天，开放交通。
上述两个实施例制备的梯度功能浇注式沥青混凝土的各项性能指标参数如下表所示。
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 |
| 毛体积相对密度 | 1.981 | 1.880 |
| 流动度(s) | 17 | 19 |
| 贯入度(mm) | 1.5 | 1.4 |
| 动稳定度(次/mm) | 512 | 536 |
| -10℃弯曲应变(με) | 2510 | 2832 |
| 15℃，10Hz动态模量(MPa) | 8607 | 8552 |
上述两个实施例制备的高强冷拌环氧树脂混凝土的各项性能指标参数如下表所示。
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 |
| 固化后70℃马歇尔稳定度(kN) | 50.6 | 52.0 |
| 流值(0.1mm) | 36.2 | 34.5 |
| 60℃动稳定度(次/mm) | >10000 | >10000 |
| 残留马歇尔稳定度(％) | 97.4 | 96.5 |
| 冻融劈裂残留强度比(％) | 90.0 | 92.2 |
| -10℃低温弯曲极限应变(με) | 8604.0 | 8558.7 |
上述两个实施例制备的组合结构20℃剪切强度分别为：实施例1(2.81MPa)，实施例2(2.86MPa)。
根据上述实施例测试结果可知，本发明专利作为一种浇注式沥青混合料主要优势在于：
1.毛体积相对密度相对低18％左右，减轻了铺装的重量；
2.15℃、10Hz作为最接近路面实际受力状态的条件，其动态模量仅为普通浇注式沥青混合料的50％不到，表明其在常温条件下，有极强的变形性能，能够较好地适应钢板的变形。
3.20℃条件下，以本发明专利为下面层，涂布同样的二阶环氧作为粘结层，然后铺筑相同的环氧类上面层，其剪切强度较高，表明轻集料的上浮，形成更为粗糙的界面，提高了层间的抗剪强度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，由上至下分别为RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝上面层和LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层；按照重量份数计算，所述LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层包括如下组分：浇注式沥青胶结料10~25份、钢纤维1~2份和外掺剂0.4~1份；其中，所述矿料包括：700级多孔碎石型页岩陶粒6.8份，玄武岩集料53.3份和矿粉25.4份。
2.根据权利要求1所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，所述RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土上面层包括：改性环氧树脂胶结料、集料和矿粉，所述改性环氧树脂胶结料与矿料的质量比为7%~8%；所述集料包括粗细集料，采用玄武岩破碎而成。
3.根据权利要求1所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，所述矿粉采用石灰岩矿粉。
4.根据权利要求1所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，所述浇注式沥青胶结料由直馏20-40#沥青和湖沥青按质量比6:4~7.5:2.5组成。
5.根据权利要求1任意一项所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，所述外掺剂为有机蜡类温拌剂。
6.根据权利要求1所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于所述LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层撒布玄武岩碎石，碎石粒径为15mm~20mm，撒布量为9~11kg/m2。
7.根据权利要求2所述的一种刚柔复合式钢桥面铺装结构，其特征在于，所述改性环氧树脂胶结料由环氧树脂和固化剂两种组分按质量比5:1组成。
8.一种如权利要求1所述的刚柔复合式钢桥面铺装结构的铺装方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1. 对钢板进行喷砂除锈，要求达到清洁度Sa2.5以上，粗糙度60~100μm的标准，并喷涂环氧富锌漆；
S2. 对环氧富锌防腐底漆表面进行干燥及清洁处理，并将二阶环氧防水粘结层材料涂布于防腐底漆表面，用量为0.4~0.5kg/m2；
S3. 配制LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土，采用浇注沥青摊铺机进行摊铺，利用侧模板和摊铺机自有控制系统控制厚度与平整度，对于机械无法施工部分，采用人工摊铺方式；
S4. 采用改性沥青或基质沥青与湖沥青的混合沥青将碎石裹附，沥青用量为0.4~1.0%，预拌沥青碎石粒径为15~20mm，在预拌后冷却的碎石应保持分散状态；采取机械方式撒布将一定数量的碎石撒布于LGA-10轻质浇注式沥青混凝土层，在碎石不再自然下沉时，用小型钢轮压路机进行碾压；
S5. 将常温型环氧粘结剂均匀涂布于LGA-10梯度功能浇注式沥青混凝土下面层，撒布量为0.4~0.6kg/m2；
S6. 配制RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土，采用常规沥青摊铺设备将RAC-10高强冷拌环氧树脂混凝土铺筑在已涂布常温型环氧粘结料的表面，并采用20~30t胶轮压路机在30min内完成揉搓4~8遍进行压实，之后常温养护2~4天即可开放交通。
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