CN207537877U - 一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，自下而上包括：水泥基材料基层、防水粘结层和沥青面层。水泥基材料基层与钢桥面板通过剪力连接件连接，沿高度方向配有1～2层钢筋或FRP筋的网片，其由水泥、粉煤灰、硅粉、膨胀剂、减水剂、细砂、纤维和水混合而成，28天轴心抗压强度R≥70MPa，极限拉应变δ≥1.2％，对应最大裂纹宽度Δ≤0.2mm、28天干燥收缩s≤300με，现场冷拌、常温养护。防水粘结层采用高粘度沥青，60℃动力粘度v≥60000Pa·s，粘结性能好，并具有防水和阻止水泥基材料基层裂缝扩展及向上反射等功能。本实用新型具有韧性高、温度稳定性好、耐久性好、施工方便、经济性好等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于桥梁工程技术领域，涉及一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构。
背景技术
自1950年代问世以来，正交异性钢桥面板凭借重量轻、施工速度快的优势，成为国内外大中跨度钢桥广泛采用的桥面结构形式。然而，在使用过程中发现，许多钢桥面铺装出现了严重的开裂、局部拥包、车辙等病害，原因主要是：(1)正交异性钢桥面的构造特点决定了其局部刚度较低，致使桥面铺装受力复杂，局部受力大；(2)常用的沥青质铺装材料自身刚度低，温度敏感性强，在高温下会变软。
一般来说，工程人员可从优化钢桥面构造细节、提高沥青铺装材料性能、严格要求施工、治理超载等方面来减少或减缓病害的发生，但正交异性钢桥面板的结构型式和铺装材料的自身特性决定了这些措施均不能治本。
水泥基材料具有刚度大、温度稳定性好等特点，在正交异性钢桥面板和沥青混凝土面层之间增设一层弹性模量介于钢和沥青混凝土之间的水泥基材料层，同时强化层间连接，实现协同变形，可以有效减少铺装层材料之间刚度梯度，改善沥青混凝土铺装的工作环境，有效提升铺装结构的稳定性、舒适性和耐久性。然而，由于水泥基材料刚性中间层将分担较大的车轮荷载内力，因此，对其抗拉性能提出了更高要求，普通混凝土无法胜任此项特殊任务。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种韧性高、温度稳定性好、耐久性好、施工方便、经济性好的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，解决目前钢桥桥面铺装病害多、使用寿命短的难题。
(二)技术方案
本实用新型提供一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，包括：水泥基材料基层(1)、防水粘结层(2)和沥青面层(3)，其中，所述水泥基材料基层(1)铺设在钢桥面板(4)上方，并通过剪力连接件(5)与钢桥面板(4)连接，所述水泥基材料基层(1)内设置有至少一层网片(6)；所述防水粘结层(2)设置在水泥基材料基层(1)和沥青面层(3)之间，用于保障两者之间的有效粘结，并具有防水和阻止水泥基材料基层(1)裂缝扩展及向上反射的功能。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述水泥基材料基层(1)的厚度为45～70mm；所述防水粘结层(2)的厚度为2～6mm；所述沥青面层(3)的厚度为30～50mm。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述剪力连接件(5)为焊钉，多个焊钉竖直固定在钢桥面板(4)上，并浇筑在水泥基材料基层(1)内部；所述焊钉的直径为8mm～13mm，高度为35～55mm，相邻焊钉之间的间距为100～300mm，焊钉的高度比水泥基材料基层(1)的厚度小10～15mm。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述网片(6)是由纵横向呈“井”形上下排列的钢筋或FRP筋通过焊接或绑扎形成；所述钢筋或FRP筋的直径为6mm或8mm，所述相邻钢筋或FRP筋之间的间距为100mm～200mm。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述钢桥面板(4)上固定有定位装置(7)，所述定位装置(7)在竖向平面内呈“X”形、“Ψ”形或“Π”形；定位装置(7)在水平面内均匀布置，布置间距为500mm～2000mm；所述网片(6)通过固定在定位装置(7)顶部，用于控制网片(6)的位置。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述水泥基材料基层(1)的材料包括水泥、粉煤灰、硅粉、膨胀剂、减水剂、细砂、纤维和水，其中，水占水泥基材料基层(1)的质量百分比为14％～18％；纤维包括聚乙烯醇纤维和钢纤维，二者的总掺量为水泥基材料基层(1)总体积的1.00％～2.50％，聚乙烯醇纤维和钢纤维的体积比为3∶1；聚乙烯醇纤维的直径为0.04～0.05mm、长度为10～15mm、抗拉强度为R1≥1500MPa、弹性模量为E1≥35GPa；钢纤维采用镀铜钢纤维或不锈钢钢纤维，钢纤维的直径为0.18～0.25mm、长度为10～15mm、抗拉强度为R2≥2200MPa、弹性模量为E2≥210GPa。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述水泥基材料基层(1)的28天抗压强度R≥70MPa，极限拉应变δ≥1.2％，最大裂纹宽度Δ≤0.2mm，28天干燥收缩s≤300με，现场冷拌、常温养护。
在本实用新型一些示例性实施例中，所述防水粘结层(2)均匀满布于水泥基材料基层(1)的顶面；所述防水粘结层(2)采用高粘度沥青，60℃动力粘度为v≥60000Pa·s；所述防水粘结层(2)表面热撒圆粒状碎石，所述圆粒状碎石粒径为5～10mm；所述沥青面层(3)铺设在防水粘结层上方，采用高弹性改性沥青。
(三)有益效果
1、本实用新型提供的水泥基材料钢桥面铺装结构，采用性能优异的超韧性低干缩高强工程水泥基材料，能够有效控制裂缝宽度和开裂形态，能够有效隔离沥青面层因直接接触钢桥面板而承受严酷的温度作用，能够和钢桥面板组成“钢-工程水泥基材料”组合结构共同承担路面车辆荷载，采用高粘度沥青防水粘结层，粘结性能好，并具有防水和阻止水泥基材料基层裂缝扩展及向上反射等功能，因此该桥面铺装结构的温度稳定性好、耐久性好，并能够有效提升钢桥面板的疲劳性能；
2、本实用新型提供的水泥基材料钢桥面铺装结构，水泥基材料基层采用现场冷拌、常温养护，施工方便、经济性好。
附图说明
图1为本实用新型实施例的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构的示意图。
图2为本实用新型实施例的焊钉和钢筋网片布置示意图。
图3是本实用新型实施例的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装的施工方法流程图。
附图标记：
1-水泥基材料基层；2-防水粘结层；3-沥青面层；4-钢桥面板；5-剪力连接件；6-网片；7-定位装置。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型实施例提供一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，图1为本实用新型实施例的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构示意图，如图1所示，该结构自下而上包括：水泥基材料基层(1)、防水粘结层(2)和沥青面层(3)。
水泥基材料基层(1)铺设在钢桥面板(4)的上方，并通过剪力连接件(5)与钢桥面板(4)连接，所述水泥基材料基层(1)内设置有至少一层网片(6)。
防水粘结层设置(2)在水泥基材料基层(1)和沥青面层(3)之间，用于保障两者之间的有效粘结，并具有防水和阻止水泥基材料基层(1)裂缝扩展及向上反射等功能。
以下结合附图1和附图2分别对本实施例的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构的各个组成部分进行详细描述。
水泥基材料基层(1)的厚度为45～70mm，防水粘结层(2)的厚度为2～6mm、沥青面层(3)的厚度为30～50mm。
剪力连接件(5)选用焊钉，多个焊钉竖直焊接固定在钢桥面板(4)上，并浇筑在水泥基材料基层(1)的内部，焊钉的直径为8mm～13mm、高度为35～55mm、焊钉均匀布置，相邻焊钉之间的间距为100～300mm，焊钉的高度比水泥基材料基层(1)的厚度小10～15mm。
在水泥基材料基层( 1)内布置有1～2层细密的钢筋或FRP(Fiber ReinforcedPolymer/Plastic，纤维增强复合材料)筋的网片(6)，网片(6)是纵横向呈“井”形上下排列的钢筋或FRP筋通过焊接或绑扎形成，横向排列的多根钢筋或FRP筋固定在纵向排列的多根钢筋或FRP筋上形成“井”形网格。钢筋或FRP筋的直径优选为6mm或8mm，相邻钢筋或FRP筋之间的间距为100mm～200mm。
钢桥面板(4)上焊接有定位装置(7)，网片(6)通过焊接或绑扎固定在钢桥面板(4)上焊接的定位装置(7)顶部，用于控制网片(6)的位置。定位装置(7)的材质为钢材，其在竖向平面内呈“X”形、“Ψ”形或“Π”形，其高度由网片的设计位置确定；定位装置(7)在水平面内纵横向均匀布置，水平间距为500mm～2000mm。
水泥基材料基层(1)的材料包括水泥、粉煤灰、硅粉、膨胀剂、减水剂、细砂、纤维和水。其中，水占水泥基材料基层(1)的质量百分比为14％～18％，纤维包括聚乙烯醇纤维和钢纤维，二者的总掺量为水泥基材料基层(1)总体积的1.00％～2.50％，聚乙烯醇纤维和钢纤维的体积比为3∶1；聚乙烯醇纤维的直径为0.04～0.05mm、长度为10～15mm、抗拉强度为R1≥1500MPa、弹性模量为E1≥35GPa；钢纤维采用镀铜钢纤维或不锈钢钢纤维，钢纤维的直径为0.18～0.25mm、长度为10～15mm、抗拉强度为R2≥2200MPa、弹性模量为E2≥210GPa。
水泥基材料基层(1)的28天抗压强度R≥70MPa，极限拉应变δ≥1.2％，对应的最大裂纹宽度Δ≤0.2mm、28天干燥收缩s≤300με，现场冷拌、常温养护。
防水粘结层(2)均匀满布于水泥基材料基层(1)的顶面；
防水粘结层(2)采用高粘度沥青，60℃动力粘度v≥60000Pa·s，防水粘结层(2)表面热撒圆粒状碎石，圆粒状碎石粒径优选为5～10mm。
沥青面层(3)铺设在防水粘结层(2)上方，采用高弹性改性沥青，如SMA10或SMA13等。
上述超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装的施工方法如图3所示，包括以下步骤：
S1：在钢桥面板(4)上焊接剪力连接件(5)
本实施例中剪力连接件(5)采用焊钉，在钢桥面板(4)表面焊接焊钉，将焊钉竖直固定在钢桥面板(4)上，焊钉的直径8mm～13mm、高度35～55mm、间距100～300mm。焊钉与钢桥面板(4)的焊接应进行焊接工艺评定，其结果应符合国家现行有关标准的规定。
S2：在钢桥面板(4)上焊接定位装置(7)
定位装置(7)的材质为钢材，其在竖向平面内呈“X”形、“Ψ”形或“Π”形，其高度由网片的设计位置确定。将定位装置(7)竖直焊接在钢桥面板(4)上，定位装置(7)在水平面内纵横向均匀布置，水平间距为500mm～2000mm。
S3：在定位装置(7)上方架设网片(6)在钢桥面板(4)上方架设细密的钢筋或FRP筋网片(6)，网片(6)通过焊接或绑扎的方式固定在钢桥面板(4)上焊接的定位装置(7)顶部。
S4：在钢桥面板(4)上浇筑水泥基材料，使其覆盖剪力连接件和网片，形成水泥基材料基层(1)。
在上述安装有剪力连接件和网片的钢桥面板上浇筑水泥基材料，使其覆盖剪力连接件和网片，形成水泥基材料基层(1)，水泥基材料基层(1)厚度为45～70mm，该高度至少大于焊钉的高度1cm，其材料性能指标要求：28天轴心抗压强度R≥70MPa，极限拉应变δ≥1.5％，对应的最大裂纹宽度Δ≤0.2mm，28天干燥收缩s≤300με，现场冷拌、常温养护。
S5：在水泥基材料基层(1)的顶面上铺设防水粘结层(2)
在水泥基材料基层(1)的顶面均匀满布防水粘结层(2)，同时在防水粘结层(2)表面热撒圆粒状碎石，粒径宜采用5～10mm。
防水粘结层(2)厚度为2～6mm，采用高粘度沥青，60℃动力粘度v≥60000Pa·s，保障水泥基材料基层(1)和沥青面层(3)之间的有效粘结。
S6：在防水粘结层(2)上铺设沥青面层(3)
沥青面层3厚度为30～50mm，采用SBS改性的高弹性改性沥青，如SMA10或SMA13，以SMA13为最佳。
在本实用新型一些实施例中，在步骤S1之前还包括：对钢桥面板(4)表面喷砂除锈。
对钢桥面板4表面进行喷砂除锈，使其清洁度达到涂覆涂料前钢材表面处理(GB8923.1-2011)规定的Sa2.5级，粗糙度达到50～100μm。
在本实用新型一些实施例中，在步骤S2和步骤S3之间还包括：对钢桥面板(4)和焊钉的焊接部位以及钢桥面板(4)和定位装置(7)的焊接部位进行防腐涂装。
根据《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》(JTT722-2008)相关规定对钢桥面顶板、焊钉和定位装置因焊接导致其防腐涂装被破坏的部位进行防腐涂装。
以上实施例可以看出，本实用新型提供的超韧性低干缩高强工程水泥基材料钢桥面铺装结构，采用性能优异的超韧性低干缩高强工程水泥基材料，能够有效控制裂缝宽度和开裂形态，能够有效隔离沥青面层因直接接触钢桥面板而承受严酷的温度作用，能够和钢桥面板组成“钢-工程水泥基材料”组合结构共同承担路面车辆荷载，因此该桥面铺装结构的温度稳定性好、耐久性好，并能够有效提升钢桥面板的疲劳性能；本实用新型提供的超韧性低干缩高强工程水泥基材料钢桥面铺装结构的水泥基材料基层采用现场冷拌、常温养护，施工方便、经济性好。
还需要说明的是，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面实用新型的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，包括：水泥基材料基层(1)、防水粘结层(2)和沥青面层(3)，其中，
所述水泥基材料基层(1)铺设在钢桥面板(4)上方，并通过剪力连接件(5)与钢桥面板(4)连接，所述水泥基材料基层(1)内设置有至少一层网片(6)；
所述防水粘结层(2)设置在水泥基材料基层(1)和沥青面层(3)之间，用于保障两者之间的有效粘结，并具有防水和阻止水泥基材料基层(1)裂缝扩展及向上反射的功能。
2.根据权利要求1所述的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，其中，
所述水泥基材料基层(1)的厚度为45～70mm；
所述防水粘结层(2)的厚度为2～6mm；
所述沥青面层(3)的厚度为30～50mm。
3.根据权利要求1所述的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，其中，
所述剪力连接件(5)为焊钉，多个焊钉竖直固定在钢桥面板(4)上，并浇筑在水泥基材料基层(1)内部；
所述焊钉的直径为8mm～13mm，高度为35～55mm，相邻焊钉之间的间距为100～300mm，焊钉的高度比水泥基材料基层(1)的厚度小10～15mm。
4.根据权利要求1所述的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，其中，
所述网片(6)是由纵横向呈“井”形上下排列的钢筋或FRP筋通过焊接或绑扎形成；
所述钢筋或FRP筋的直径为6mm或8mm，所述相邻钢筋或FRP筋之间的间距为100mm～200mm。
5.根据权利要求1所述的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，其中，所述钢桥面板(4)上固定有定位装置(7)，所述定位装置(7)在竖向平面内呈“X”形、“Ψ”形或“Π”形；
定位装置(7)在水平面内均匀布置，布置间距为500mm～2000mm；
所述网片(6)通过固定在定位装置(7)顶部，用于控制网片(6)的位置。
6.根据权利要求1所述的超韧性低干缩水泥基材料钢桥面铺装结构，其中，
所述防水粘结层(2)均匀满布于水泥基材料基层(1)的顶面；
所述防水粘结层(2)采用高粘度沥青，60℃动力粘度为v≥60000Pa·s；
所述防水粘结层(2)表面热撒圆粒状碎石，所述圆粒状碎石粒径为5～10mm；
所述沥青面层(3)铺设在防水粘结层上方，采用高弹性改性沥青。
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