CN115369712A - 一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，包括经抛丸处理后的混凝土层，包括经抛丸处理后的混凝土层，所述混凝土层上方依次设有0.8kg/m2乳化环氧树脂沥青胶、3cm厚的沥青砂层和7cm厚的SMA‑13，且所述3cm厚的沥青砂层上喷洒有0.4kg/m2的改性乳化沥青粘结层。本发明的桥面沥青铺装结构具有足够的强度和良好的整体性，并且有足够的抗剪切、抗疲劳、抗开裂和耐磨性能；有效防止了桥梁主梁遭受水的侵蚀。
Description
本申请是申请日为2018年2月9日、申请号为201810134892.2、发明名称为《一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构》的分案申请。
技术领域
本发明涉及公路工程领域，具体涉及一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构。
背景技术
大跨径桥梁数量增多，大型桥梁的修建对桥面铺装的设计提出了严峻考验。作为桥梁直接承受车辆荷载冲击与磨耗的部分，桥面铺装同时承受梁体变形和环境因素的作用，主要功能是保证桥上行车的舒适性，保护主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受水的侵蚀，其变形和应力特征与主梁及桥面板结构型式密接相关，一方面分散车辆的集中荷载，另一方面起联结各主梁共同受力的作用，因此要求具有足够的强度和良好的整体性，并且有足够的抗剪切、抗疲劳、抗开裂和耐磨性能，一旦损坏可能直接阻断交通，形成路网中的瓶颈，同时危及桥梁耐久性与安全运营，因此，桥面铺装比一般路面更具有重要性，需有更高的寿命与更好的质量。随着交通量及轴载愈来愈大，气候条件日渐苛刻，我省的桥面铺装普遍出现严重的早期病害，极大影响桥梁的服务品质，造成巨大的经济损失，已经成为影响高速公路功能发挥和诱发交通事故的一大病害。
不同的地区都有适用于自己使用条件的桥面铺装类型，每一种铺装都自成系统，基本形成了自身的技术指标体系。这不仅反映了现代材料科学技术成果的多样性，也促使人们在借鉴其它地区成功经验的同时，必须结合本地区的气候特点、桥梁结构特点、交通荷载特点及地方原材料特点，进一步深入研究解决铺装这一技术难题，否则，生搬硬套别国的规范体系，则容易出现失败的案例，国内外许多桥面铺装在通车一年内甚至几个月即开始破坏，此后每1～2年就需进行一次大修，这样的教训是值得我们深思的。因此，从系统工程的观点出发，结合桥梁所处地区的气候特点及交通荷载特性，将桥面铺装的设计、施工、养护作为一项精细工程研究，无疑对提高桥面铺装的使用年限和服务水平，延长桥梁的整体寿命具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，包括经抛丸处理后的混凝土层，所述混凝土层上方依次设有0.8kg/m2乳化环氧树脂沥青胶、3cm厚的沥青砂功能层和7cm厚的SMA-13，且所述3cm厚的沥青砂功能层上喷洒有0.4kg/m2的改性乳化沥青粘结层；
所述沥青砂功能层为SBS改性沥青胶砂混合料功能层；
所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层采用设计空隙率不大于3.0％的普通沥青砂混合料制备，所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层的沥青用量为7.5％，所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层的细集料为机制砂；
所述SMA-13的设计空隙率为3.0％～4.0％。
优选的，所述抛丸处理通过抛丸设备的高速运转抛头将直径在0.5-2.0毫米的钢丸加速后抛打到需要处理的表面上。
优选的，所述SBS改性沥青胶砂混合料的级配范围为：通过直径为9.5mm筛孔的质量百分比为100％；通过直径为4.75mm筛孔的质量百分比为90～100％；通过直径为2.36mm筛孔的质量百分比为55～80％；通过直径为1.18mm筛孔的质量百分比为35～60％；通过直径为0.6mm筛孔的质量百分比为20～40％；通过直径为0.3mm筛孔的质量百分比为11～29％；通过直径为0.15mm筛孔的质量百分比为8～19％；通过直径为0.075mm筛孔的质量百分比为5～10％。
优选的，所述SMA-13的混合料的级配范围为：通过直径为16mm筛孔的质量百分比为100％；通过直径为13.2mm筛孔的质量百分比为90～100％；通过直径为9.5mm筛孔的质量百分比为50～75％；通过直径为4.75mm筛孔的质量百分比为20～34％；通过直径为2.36mm筛孔的质量百分比为15～26％；通过直径为1.18mm筛孔的质量百分比为14～24％；通过直径为0.6mm筛孔的质量百分比为12～20％；通过直径为0.3mm筛孔的质量百分比为10～16％；通过直径为0.15mm筛孔的质量百分比为9～15％；通过直径为0.075mm筛孔的质量百分比为8～12％。
本发明具有以下有益效果：
1、有效防止了桥梁主梁遭受水的侵蚀；
2、桥面沥青铺装结构具有足够的强度和良好的整体性，并且有足够的抗剪切、抗疲劳、抗开裂和耐磨性能；
3、所设置的功能保护层空隙率小，密封不透水、截断了沥青铺装层开裂后外界水的下渗通道，为下面的防水粘结层提供了保护屏障，抗水损害、抗疲劳性能强；并由于其内部构造均匀，通过大变形消散裂缝间断应力集中，可延缓裂缝的产生。
附图说明
图1为本发明实施例一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构示意图。
图2为磨耗层用沥青混合料空隙率与渗透系数关系。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，包括经抛丸处理后的混凝土层1，所述混凝土层1上方依次设有0.8kg/m2乳化环氧树脂沥青胶2、3cm厚的沥青砂层3和7cm厚的SMA-135，且所述3cm厚的沥青砂层5上喷洒有0.4kg/m2的改性乳化沥青粘结层4。
所述抛丸处理通过以下方式实现：
通过抛丸设备的高速运转抛头将直径在0.5-2.0毫米的钢丸加速后抛打到需要处理的表面上，将混凝土表面的浮浆、杂质清理和清除干净，同时对混凝土表面进行了打毛处理，使其表面均匀粗糙，大大提高防水层和混凝土层的黏结强度。在此过程中，抛丸处理工艺能够充分暴露混凝土的裂纹等病害，以便提前采取补救措施。抛丸机配有除尘器，可做到无尘、无污染施工，既提高效率，又保护环境。该工法大大提升桥面、隧道路面防水层的施工质量，延长了桥面铺装层的使用寿命。经抛丸处理过的混凝土表面洁净而又坚硬，具有比较均匀的纹理，对桥梁结构的扰动少，粗糙度理想。
乳化环氧树脂沥青是一种热固性的胶，固化交联后形成网络结构，不再溶化、胶层弹性高；在反复重压下、低温或在130℃左右的高温工作条件下，也不会变形破裂，粘结强度大于普通沥青的数倍。乳化环氧沥青胶的一般热固特性，等同于进口的用于大型桥面铺装的环氧沥青胶。
SBS改性沥青胶砂混合料功能层
当前铺装层常用沥青混合料体积指标现场压实度按照马歇尔试件密度的96％控制，路面实际空隙率一般在9～10％之间，最大可能达到12～13％，通过渗水试验结构来看，透水严重，发生水损害的概率增大，尤其在桥面体系排水不畅的情况下破坏更加速。因此，从桥梁的固有特性出发(结构材料性能的显著差异(典型的刚—柔组合)、桥梁自身特性(型式多样、挠度大、振动强，存在负弯矩))，提高材料的密水性能和抗疲劳性能，同时保证铺装层高温稳定性能和低温抗裂性能不丧失，对提高桥面铺装的整体使用寿命无疑具有重要意义。
由于防水层上要铺沥青面层，而铺筑沥青面层时，要进行高温碾压，高的温度(约120～170℃)可能导致防水层老化、软化或流淌，沥青混合料中的骨料还会刺破防水层，因此考虑在防水层上设置功能保护层。
功能保护层的设置类型与面层类型、防水层类型和厚度有关，保护层主要有沥青石屑、沥青砂或别的材料。
沥青胶砂材料属于悬浮密实结构，具有沥青用量多、细集料多、粗集料少、自身柔性和弹性恢复性能高的特点，主要用在铺装结构下层，起到以下作用：
①增大界面接触面积、提高相同粘结层用量下层间粘结能力；
②内部构造均匀，通过大变形消散裂缝间断应力集中，延缓裂缝的产生；
③空隙率小，密封不透水、截断了沥青铺装层开裂后外界水的下渗通道，为下面的防水粘结层提供了保护屏障，抗水损害、抗疲劳性能强；
④结构层厚度小，模量相对较高，不会降低铺装层整体的整体抗车辙能力。
表1 本具体实施初定采用的沥青胶砂混合料级配范围表
| 筛孔 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 上限 | 100 | 100 | 80 | 60 | 40 | 29 | 19 | 10 |
| 下限 | 100 | 90 | 55 | 35 | 20 | 11 | 8 | 5 |
沥青砂混合料的目标设计空隙率应该有更严格的控制，本具体实施建议普通沥青砂混合料的目标设计空隙率不应大于3.0％，沥青用量约为7.5％左右，细集料采用机制砂，采用SBS改性沥青。
本具体实施对SMA-10、SMA-13、AC-13三种混合料根据其级配类型、空隙类型计算了沥青混合料渗透系数(图2)。
本具体实施初定选择SMA-13混合料作为铺装上层。
SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料，自20世纪60年代中期由德国开发以来，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能成为常用的路面及桥面铺装材料。选用SMA-13做铺装上层，主要由于其空隙率较小、泌水性好，表面粗糙，设计及施工技术成熟，既可以起到良好的承重作用，又能满足抗滑、降噪的功能性要求。
SMA混合料级配选定根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)推荐的级配，级配设计范围应满足级配范围的要求。根据原材料所设计沥青混合料合成级配应尽可能在要求的级配范围要求内，其中0.075、2.36、4.75三级必须满足范围要求，其余允许有一点可以超出级配要求范围。
表2 本具体实施所采用的SMA-13沥青混合料级配范围表
| 筛孔 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 上限 | 100 | 100 | 75 | 34 | 26 | 24 | 20 | 16 | 15 | 12 |
| 下限 | 100 | 90 | 50 | 20 | 15 | 14 | 12 | 10 | 9 | 8 |
| 允许偏差％ | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 |
SMA配合比设计一般采用马歇尔试件体积设计法，即马歇尔击实成型，通过测定试件的物理参数(试件毛体积相对密度、空隙率AV、有效沥青饱和度VFA等等)，确定最佳级配和最佳沥青含量，整个设计须遵循以下两点原则：
(1)混合料必须具有相互嵌挤紧密的粗集料骨架；
(2)填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青结合料应该符合最小沥青用量的要求，马歇尔试件的空隙率必须控制在要求的范围之内。
常规的SMA沥青混合料虽然其骨架-密实的嵌挤结构设计可以保证铺装层结构整体的高温稳定性，但是在防水设计上有一定的考虑欠缺之处，属于半透水性材料，考虑到SMA-13用于桥面铺装中需要兼顾密水及防离析的双重目的，对本次设计时对SMA-13的设计空隙率做了适当限制即控制范围3.0％-4.0％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，包括经抛丸处理后的混凝土层，所述混凝土层上方依次设有0.8kg/m2乳化环氧树脂沥青胶、3cm厚的沥青砂功能层和7cm厚的SMA-13，且所述3cm厚的沥青砂功能层上喷洒有0.4kg/m2的改性乳化沥青粘结层；
所述沥青砂功能层为SBS改性沥青胶砂混合料功能层；
所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层采用设计空隙率不大于3.0％的普通沥青砂混合料制备，所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层的沥青用量为7.5％，所述SBS改性沥青胶砂混合料功能层的细集料为机制砂；
所述SMA-13的设计空隙率为3.0％～4.0％。
2.如权利要求1所述的一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，所述抛丸处理通过抛丸设备的高速运转抛头将直径在0.5～2.0毫米的钢丸加速后抛打到需要处理的表面上。
3.如权利要求1所述的一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，所述SBS改性沥青胶砂混合料的级配范围为：通过直径为9.5mm筛孔的质量百分比为100％；通过直径为4.75mm筛孔的质量百分比为90～100％；通过直径为2.36mm筛孔的质量百分比为55～80％；通过直径为1.18mm筛孔的质量百分比为35～60％；通过直径为0.6mm筛孔的质量百分比为20～40％；通过直径为0.3mm筛孔的质量百分比为11～29％；通过直径为0.15mm筛孔的质量百分比为8～19％；通过直径为0.075mm筛孔的质量百分比为5～10％。
4.如权利要求1所述的一种高速公路大中型桥梁桥面沥青铺装结构，其特征在于，所述SMA-13的混合料的级配范围为：通过直径为16mm筛孔的质量百分比为100％；通过直径为13.2mm筛孔的质量百分比为90～100％；通过直径为9.5mm筛孔的质量百分比为50～75％；通过直径为4.75mm筛孔的质量百分比为20～34％；通过直径为2.36mm筛孔的质量百分比为15～26％；通过直径为1.18mm筛孔的质量百分比为14～24％；通过直径为0.6mm筛孔的质量百分比为12～20％；通过直径为0.3mm筛孔的质量百分比为10～16％；通过直径为0.15mm筛孔的质量百分比为9～15％；通过直径为0.075mm筛孔的质量百分比为8～12％。
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