CN112942091A - 一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法 - Google Patents

一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法，属于路面材料技术领域，解决目前桥面铺装层自重大、抗疲劳性能差，局部刚度小以及沥青铺装层与桥顶板粘结性能差的问题。该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构从下到上依次包括防水粘结层、轻质韧性水泥基复合材料层、第一粘结层以及沥青磨耗层。与现有技术相比，该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构与桥面板一起协同受力变形，且重量轻、强度高、韧性好、耐久性能好、在高温和重载下不易发生推移变形，适用于正交异性钢桥面铺装工程，适合进行广泛的推广。

Description

一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法
技术领域
本发明属于路面材料技术领域，尤其涉及一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法。
背景技术
近年来，正交异性钢桥已被广泛使用。由于桥面板局部受力不均匀，负弯矩，焊缝热点应力，环境温度和超载等因素，桥面板易产生铺装层损坏和桥面结构疲劳开裂两种病害问题。这些病害对道路性能以及主要结构的安全性和耐久性易产生极大的不利影响。目前，解决上述问题的对策一般是改善铺装层的设计方法和沥青混合料的材料性能，以提高桥面铺装层的使用寿命。通过增加面板厚度，优化结构细节和改善焊接施工过程等措施，减少桥面板结构的应力集中和疲劳裂纹。由于沥青混凝土层的厚度较薄且沥青混凝土的模量远低于桥面板的模量，因此沥青混凝土层在桥面板结构刚度方面的改进有限。此外，过大的局部应力和沥青路面层的变形会引起裂缝。材料的开裂会导致桥面板系统的刚度下降，并进一步增加局部应力和裂缝宽度，这易加剧桥面板系统的退化。引入具有适当模量，高抗拉强度，高韧性的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构与桥面板形成组合结构协同受力，则可以为桥面板的病害问题提供新的解决方法。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构及铺装方法，以解决目前桥面铺装层自重大、抗疲劳性能差，局部刚度小以及沥青铺装层与桥顶板粘结性能差的问题。该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构与桥面板一起协同受力变形，且重量轻、强度高、韧性好、耐久性能好、在高温和重载下不易发生推移变形。同时，本发明方法方便施工，且施工可控性强，适用于正交异性钢桥面铺装工程。
为了实现上述技术目标，本发明是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，从下到上依次包括防水粘结层、轻质韧性水泥基复合材料层、第一粘结层以及沥青磨耗层。
进一步地，所述轻质韧性水泥基复合材料层厚度为4～8cm，所述沥青磨耗层厚度为2～4cm。
进一步地，所述防水粘结层包括防水层和涂覆在所述防水层上的第二粘结层，所述防水层选自环氧树脂防水涂料，厚度优选1.5～2.5mm；所述第二粘结层选自硅烷偶联剂，厚度优选0.05～0.1mm；所述第一粘结层选自硅烷偶联剂，厚度优选0.05～0.1mm。
进一步地，所述的轻质韧性水泥基复合材料层包含的各组分配比如下：水泥30～50重量份，工业废渣3～5重量份，轻质细集料6～10重量份，水15～20重量份，减水剂0.08～0.12重量份，膨胀剂2～2.5重量份，消泡剂0.08～0.12重量份，有机高分子纤维1.5～2重量份。
进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中的一种或多种；所述减水剂为聚羧酸盐固体粉末、木质素磺酸钙减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种；所述膨胀剂为硫铝酸钙固体粉末、氧化钙膨胀剂中的一种或多种；所述消泡剂为粘度为1000～4500mPa·s的不透明淡黄色液体，其活性物质为有机硅。
进一步地，所述工业废渣为超细硅灰，其SiO2含量大于90％，平均粒径为8～12μm。
进一步地，所述轻质细集料为分选热电厂的废弃灰分获得的空心微珠，其粒径为45～300μm，所述空心微珠的主要物相为莫来石和石英。
进一步地，所述有机高分子纤维的弹性模量为42～110GPa，抗拉强度为1250～3000GPa。
通过以上方案所配制出轻质韧性水泥基复合材料的表观密度小于1650kg/m3，抗压强度大于75MPa以及拉伸应变大于2.5％。
进一步地，所述的沥青磨耗层主要由3～5重量份SBS改性沥青、80～100重量份集料、2～4重量份矿粉以及6～10重量份玄武岩纤维混合而成。
进一步地，所述的SBS改性沥青的软化点大于65℃，所述的轻质集料为最大粒径16mm的辉长岩破碎料，所述的矿粉为通过0.075mm筛孔的石灰岩磨细矿粉，所述的玄武岩纤维的长度为6mm、直径为13μm以及拉伸强度为1500MPa。
第二方面，一种第一方面所述的一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的铺装方法，包括以下步骤：
(1)使用钢丸和钢砂混合的金属磨料对正交异性钢桥面板进行喷砂除锈处理，接着涂覆防水粘结层；
(2)采用泵送法将拌合好的轻质韧性水泥基复合材料摊铺至所述防水粘结层上，并用振捣棒对其进行振捣，并控制其厚度，盖布洒水养生后，进行第一粘结层的洒布；
(3)将沥青磨耗层铺装到所述第一粘结层上，采用压路机进行碾压，并控制其厚度，待路表温度降至40℃以下，即可开放交通。
采用上述技术方案与现有技术相比，能够实现以下技术效果：
1、该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构能和桥面板一起协同受力变形，轻质韧性水泥基复合材料具有较高的抗张强度和弯曲韧性，可以满足载荷下的应力和变形的要求，从而与桥面板协同受力。
2、组合结构可提高桥面刚度，减小钢板在车轮载荷作用下的应力，可改善表面沥青混凝土层的工作条件，从而有效降低粘结层失效和沥青路面层开裂、车辙和位移等风险，从而提高桥面的疲劳寿命。
3、该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构自重小，本发明所述轻质韧性水泥基复合材料比重相比普通混凝土比重减轻30％以上，可有效降低桥梁二期恒载。
4、不同铺装层的弹性模量逐层递减，能协同受力不会出现受力脱开粘结的现象，且铺装层间抗剪强度较高，粘结层采用偶联剂在不同铺装层间实现分子层面的化学结合。
5、该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构耐久性能好，基层和面层分别采用轻质韧性水泥基复合材料和纤维增强改性SMA沥青混凝土，弯曲韧性好，在车轮荷载作用下不会出现较大裂缝，能一定程度防止水分、氧气等进入内部侵蚀钢板，从而可以较大程度的提升桥梁安全性，为桥面铺装提供了一种安全耐久的桥面铺装技术。
6、本发明施工步骤简单，施工养护方便，施工时间灵活，效率较高，铺装操作重复性高，易于较精确的把控铺装效果，提高铺装质量，可大幅度提升工程效益，适合进行广泛的推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明方法制备得到的一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的结构示意图。
图中，1、桥面板；2、防水粘结层；3、轻质韧性水泥基复合材料层；4、第一粘结层；5、沥青磨耗层。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。
实施例1：
本发明实施例提供一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，该结构由下往上依次为防水粘结层2、轻质韧性水泥基复合材料层3、第一粘结层4以及沥青磨耗层5。本实例将该一体化轻质韧性复合桥面铺装结构铺装到桥面板1为例。
该正交异性钢桥一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)使用七份钢丸和三份钢砂混合的金属磨料对正交异性钢桥面板进行喷砂除锈处理，待表面处理干净后，涂一层2mm厚的环氧树脂防水涂料，干燥1小时后再洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为防水粘结层，要求洒布均匀。
(2)经过上述处理后，进行轻质韧性水泥基复合材料的搅拌和摊铺，轻质韧性水泥基复合材料包括水泥50重量份，工业废渣5重量份，轻质细集料6重量份，水20重量份，减水剂0.12重量份，膨胀剂2.5重量份，消泡剂0.12重量份，有机高分子纤维2重量份。上述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中的一种或多种，本实例采用强度等级为52.5R的硅酸盐水泥；工业废渣为超细硅灰，其SiO2含量大于90％，平均粒径为8～12μm。轻质细集料为分选热电厂的废弃灰分获得的空心微珠，粒径45～300μm，所述空心微珠的主要物相为莫来石和石英；减水剂为聚羧酸盐固体粉末、木质素磺酸钙减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种，本实施例采用减水率为24～30％的聚羧酸盐固体粉末；膨胀剂为硫铝酸钙固体粉末、氧化钙膨胀剂中的一种或多种，本实例采用低碱含量的硫铝酸钙固体粉末，消泡剂为活性物质为粘度为1000～4500mPa·s的不透明淡黄色液体，其活性物质为有机硅，有机高分子纤维为长度为12mm，直径为39mm，弹性模量为42GPa，抗拉强度为1250GPa的聚乙烯醇纤维。将水泥、工业废渣、轻质细集料、减水剂、膨胀剂和消泡剂混合搅拌均匀；再加入水，继续搅拌至物料达到流动状态；最后投入有机高分子纤维，搅拌使其均匀地分散在物料中，得到轻质韧性水泥基复合材料。制得的轻质韧性水泥基复合材料的密度为1559.6kg/m3，抗压强度为65.0MPa，抗弯强度为13.6MPa，收缩应变为816.7με，拉伸强度为4.1MPa，拉伸应变为1.56％。轻质韧性水泥基复合材料进行摊铺、振捣并控制其厚度为8cm，洒水养护3天。完成后洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为上粘结层。
(3)进行沥青磨耗层的摊铺，采用纤维增强改性SMA沥青混凝土铺设，是由5份SBS改性沥青、100份集料、4份矿粉以及10份玄武岩纤维配制而成，SBS改性沥青的软化点大于65℃，集料采用最大粒径16mm的辉长岩破碎料，矿粉采用通过0.075mm筛孔的石灰岩磨细矿粉，玄武岩纤维的长度为6mm、直径为13μm以及拉伸强度为1500MPa。改性沥青温度控制在170～180℃范围内，升温时应先搅拌使其均匀后,避免改性剂离析,影响改性沥青的质量，集料和矿料的加热温度宜取180～190℃，玄武岩纤维最后加入搅拌。改性沥青混合料的拌和时间一般大于1min。使用双钢轮振荡式压路机对上面层碾压施工，控制其厚度为4cm，完成一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的施工，待路表温度降至40℃以下，即可开放交通。
实施例2：
本发明方法制备得到的一种适用于正交异性钢桥的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构由下往上依次为1、正交异性钢桥面板；2、防水粘结层；3、轻质韧性水泥基复合材料层；4、粘结层；5、沥青磨耗层。
该正交异性钢桥一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)使用七份钢丸和三份钢砂混合的金属磨料对正交异性钢桥面板进行喷砂除锈处理，待表面处理干净后，涂一层2mm厚的环氧树脂防水涂料，干燥1小时后再洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为防水粘结层，要求洒布均匀。
(2)经过上述处理后，进行轻质韧性水泥基复合材料的搅拌和摊铺，轻质韧性水泥基复合材料水泥30重量份，工业废渣3重量份，轻质细集料10重量份，水15重量份，减水剂0.08重量份，膨胀剂2重量份，消泡剂0.08重量份，有机高分子纤维2重量份。上述水泥为强度等级为52.5R的硅酸盐水泥，工业废渣为超细硅灰，轻质细集料为粒径45～300μm的空心微珠，减水剂为减水率为24～30％的聚羧酸盐固体粉末，膨胀剂为低碱含量的硫铝酸钙固体粉末，消泡剂为活性物质为有机硅的消泡剂，有机高分子纤维为长度为12mm，直径为39mm，弹性模量为42GPa，抗拉强度为1250GPa的聚乙烯醇纤维。将水泥、工业废渣、轻质细集料、减水剂、膨胀剂和消泡剂混合搅拌均匀；再加入水，继续搅拌至物料达到流动状态；最后投入有机高分子纤维，搅拌使其均匀地分散在物料中，得到轻质韧性水泥基复合材料。制得的轻质韧性水泥基复合材料的密度为1559.6kg/m3，抗压强度为63.9MPa，抗弯强度为14.7MPa，收缩应变为726.3με，拉伸强度为3.6MPa，拉伸应变为1.58％。轻质韧性水泥基复合材料进行摊铺、振捣并控制其厚度为6cm，洒水养护3天。完成后洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为上粘结层。
(3)进行沥青磨耗层的摊铺，采用纤维增强改性SMA沥青混凝土铺设，是由4份SBS改性沥青、90份集料、3份矿粉以及8份玄武岩纤维配制而成，SBS改性沥青的软化点大于65℃，集料采用最大粒径16mm的辉长岩破碎料，矿粉采用通过0.075mm筛孔的石灰岩磨细矿粉，玄武岩纤维的长度为6mm、直径为13μm以及拉伸强度为1500MPa。改性沥青温度控制在170～180℃范围内，升温时应先搅拌使其均匀后,避免改性剂离析,影响改性沥青的质量，集料和矿料的加热温度宜取180～190℃，玄武岩纤维最后加入搅拌。改性沥青混合料的拌和时间一般大于1min。使用双钢轮振荡式压路机对上面层碾压施工，控制其厚度为3cm，完成一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的施工，待路表温度降至40℃以下，即可开放交通。
实施例3：
本发明方法制备得到的一种适用于正交异性钢桥的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构由下往上依次为1、正交异性钢桥面板；2、防水粘结层；3、轻质韧性水泥基复合材料层；4、粘结层；5、沥青磨耗层。
该正交异性钢桥一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)使用七份钢丸和三份钢砂混合的金属磨料对正交异性钢桥面板进行喷砂除锈处理，待表面处理干净后，涂一层2mm厚的环氧树脂防水涂料，干燥1小时后再洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为防水粘结层，要求洒布均匀。
(2)经过上述处理后，进行轻质韧性水泥基复合材料的搅拌和摊铺，轻质韧性水泥基复合材料包括水泥50重量份，工业废渣5重量份，轻质细集料6重量份，水20重量份，减水剂0.12重量份，膨胀剂2.5重量份，消泡剂0.12重量份，有机高分子纤维1.5重量份。上述水泥为强度等级为52.5R的硅酸盐水泥，工业废渣为超细硅灰，轻质细集料为粒径45～300μm的空心微珠，减水剂为减水率为24～30％的聚羧酸盐固体粉末，膨胀剂为低碱含量的硫铝酸钙固体粉末，消泡剂为活性物质为有机硅的消泡剂，有机高分子纤维为长度为12mm，直径为24mm，弹性模量为110GPa，抗拉强度为3000GPa的聚乙烯纤维。将水泥、工业废渣、轻质细集料、减水剂、膨胀剂和消泡剂混合搅拌均匀；再加入水，继续搅拌至物料达到流动状态；最后投入有机高分子纤维，搅拌使其均匀地分散在物料中，得到轻质韧性水泥基复合材料。制得的轻质韧性水泥基复合材料的密度为1620.9kg/m3，抗压强度为75.5MPa，抗弯强度为16.6MPa，收缩应变为843.2με，拉伸强度为3.3MPa，拉伸应变为2.56％。轻质韧性水泥基复合材料进行摊铺、振捣并控制其厚度为4cm，洒水养护3天。完成后洒上0.05mm厚的硅烷偶联剂作为上粘结层。
(3)进行沥青磨耗层的摊铺，采用纤维增强改性SMA沥青混凝土铺设，是由3份SBS改性沥青、80份集料、2份矿粉以及6份玄武岩纤维配制而成，SBS改性沥青的软化点大于65℃，集料采用最大粒径16mm的辉长岩破碎料，矿粉采用通过0.075mm筛孔的石灰岩磨细矿粉，玄武岩纤维的长度为6mm、直径为13μm以及拉伸强度为1500MPa。改性沥青温度控制在170～180℃范围内，升温时应先搅拌使其均匀后,避免改性剂离析,影响改性沥青的质量，集料和矿料的加热温度宜取180～190℃，玄武岩纤维最后加入搅拌。改性沥青混合料的拌和时间一般大于1min。使用双钢轮振荡式压路机对上面层碾压施工，控制其厚度为2cm，完成一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的施工，待路表温度降至40℃以下，即可开放交通。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，从下到上依次包括防水粘结层、轻质韧性水泥基复合材料层、第一粘结层以及沥青磨耗层。
2.根据权利要求1所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述轻质韧性水泥基复合材料层厚度为4～8cm，所述沥青磨耗层厚度为2～4cm。
3.根据权利要求1所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述防水粘结层包括防水层和涂覆在所述防水层上的第二粘结层，所述防水层选自环氧树脂防水涂料，所述第二粘结层选自硅烷偶联剂，所述第一粘结层选自硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述的轻质韧性水泥基复合材料层包含的各组分配比如下：水泥30～50重量份，工业废渣3～5重量份，轻质细集料6～10重量份，水15～20重量份，减水剂0.08～0.12重量份，膨胀剂2～2.5重量份，消泡剂0.08～0.12重量份，有机高分子纤维1.5～2重量份。
5.根据权利要求4所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥中的一种或多种；所述减水剂为聚羧酸盐固体粉末、木质素磺酸钙减水剂、萘系高效减水剂中的一种或多种；所述膨胀剂为硫铝酸钙固体粉末、氧化钙膨胀剂中的一种或多种；所述消泡剂为粘度为1000～4500mPa·s的不透明淡黄色液体，其活性物质为有机硅。
6.根据权利要求4所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述工业废渣为超细硅灰，其SiO2含量大于90％，平均粒径为8～12μm。
7.根据权利要求4所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述轻质细集料为分选热电厂的废弃灰分获得的空心微珠，其粒径为45～300μm，所述空心微珠的主要物相为莫来石和石英。
8.根据权利要求4所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述有机高分子纤维的弹性模量为42～110GPa，抗拉强度为1250～3000GPa。
9.根据权利要求1所述的一体化轻质韧性复合桥面铺装结构，其特征在于，所述的沥青磨耗层主要由3～5重量份SBS改性沥青、80～100重量份集料、2～4重量份矿粉以及6～10重量份玄武岩纤维混合而成。
10.一种权利要求1所述的一种一体化轻质韧性复合桥面铺装结构的铺装方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用钢丸和钢砂混合的金属磨料对桥面板进行喷砂除锈处理，接着涂覆防水粘结层；
(2)采用泵送法将拌合好的轻质韧性水泥基复合材料摊铺至所述防水粘结层上，并用振捣棒对其进行振捣，并控制其厚度，盖布洒水养生后，进行第一粘结层的洒布；
(3)将沥青磨耗层铺装到所述第一粘结层上，采用压路机进行碾压，并控制其厚度，待路表温度降至40℃以下，即可开放交通。
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