國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術(shù)的發(fā)展和比較分析ppt課件

1、1國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術(shù)的國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術(shù)的發(fā)展和比較分析發(fā)展和比較分析陳仕周陳仕周 研究員研究員重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院2一一 澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的應(yīng)用歷程 二二 我國(guó)與日本的澆注式瀝青混凝土比較我國(guó)與日本的澆注式瀝青混凝土比較三三 建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)四四 我國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考我國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考五五 ERSERS鋪裝方案存在的問題及解決辦法建議鋪裝方案存在的問題及解決辦法建議3一一 澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的澆注式瀝青混凝

2、土在我國(guó)的應(yīng)用歷程應(yīng)用歷程4 澆注式瀝青混凝土+SMA的鋪裝結(jié)構(gòu)在我國(guó)應(yīng)用效果良好，作為鋪裝底層的澆注式瀝青混凝土以其優(yōu)良的防水性能、低溫性能及抗疲勞性能倍受建設(shè)單位和研究者的推崇，在江陰長(zhǎng)江大橋?qū)崢蛟囼?yàn)鋪裝改性瀝青澆注式混凝土鋪裝取得了比美國(guó)進(jìn)口環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝更長(zhǎng)壽命的使用效果。5 澆注式瀝青混凝土在我國(guó)應(yīng)用的初期，借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，采用的是單層的英國(guó)Mastic Asphalt澆注式瀝青混凝土，膠結(jié)料由天然湖瀝青TLA（70%）與硬質(zhì)瀝青（30%）復(fù)合而成，期間建設(shè)的橋有香港青馬大橋和江陰長(zhǎng)江大橋，青馬大橋至今使用效果良好（初期有出現(xiàn)鼓包，經(jīng)處理目前情況良好），但江陰長(zhǎng)江大橋通車后即出現(xiàn)

3、大量的車轍、開裂，江陰長(zhǎng)江大橋除防水層外，其余鋪裝材料與青馬大橋完全相同。第一階段（第一階段（1997199720022002年）年）6鋼橋面噴砂除銹鋼橋面噴砂除銹+ +環(huán)氧富鋅漆環(huán)氧富鋅漆+ +粘結(jié)劑粘結(jié)劑+3mm+3mm橡膠瀝青防水層橡膠瀝青防水層+44mmMastic Asphalt+44mmMastic Asphalt瀝瀝青混凝土青混凝土鋼橋面噴砂除銹鋼橋面噴砂除銹+ +電弧噴鋅防腐層電弧噴鋅防腐層+2.0mmEliminator+2.0mmEliminator防水粘結(jié)體系防水粘結(jié)體系 +38mmMastic Asphalt+38mmMastic Asphalt瀝青混凝土瀝青混凝土江陰

4、長(zhǎng)江大橋江陰長(zhǎng)江大橋香港青馬大橋香港青馬大橋7 在此期間，總結(jié)了上一階段澆注式瀝青混凝土的應(yīng)用情況，結(jié)合我國(guó)鋼橋的使用條件以及氣候環(huán)境，這一階段澆注式瀝青混凝土的應(yīng)用形式是以德國(guó)/日本澆注式瀝青混凝土作為下層，改性瀝青SMA作為鋪裝上層的鋪裝結(jié)構(gòu)。 膠結(jié)料由聚合物改性瀝青與膠結(jié)料由聚合物改性瀝青與TLATLA（稱為TLA改性瀝青）摻配而成摻配而成，并且提高了混合料的高溫性能，即提高了貫入度及貫入度增量的試驗(yàn)溫度提高了貫入度及貫入度增量的試驗(yàn)溫度。第二階段（第二階段（2003200320072007年）年）8 這一階段鋪裝的典型橋梁有山東勝利黃河大橋（維修）、天津子牙河大橋、安徽安慶長(zhǎng)江大橋、重

5、慶石板坡長(zhǎng)江大橋、湖南長(zhǎng)沙三汊磯大橋等，這些橋梁至今效果良好。第二階段（第二階段（2003200320072007年）年）920042004年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA10，該圖為，該圖為20102010年年4 4月拍攝，目前表層月拍攝，目前表層SMASMA有出現(xiàn)車轍，但未有出現(xiàn)車轍，但未發(fā)現(xiàn)其他病害發(fā)現(xiàn)其他病害天津子牙河大橋天津子牙河大橋勝利黃河大橋維修勝利黃河大橋維修20032003年對(duì)該橋進(jìn)行維修，鋪裝層為年對(duì)該橋進(jìn)行維修，鋪裝層為35mmSMA10+3535mmSMA10+3540mmT

6、LA40mmTLA改性改性GA10GA10，20052005發(fā)發(fā)現(xiàn)鋪裝表層現(xiàn)鋪裝表層SMASMA曾出現(xiàn)縱向裂縫，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，曾出現(xiàn)縱向裂縫，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋪裝下層鋪裝下層GAGA完好，主要是由于完好，主要是由于SMASMA的抗裂性的抗裂性不足引起的開裂，經(jīng)灌縫處理后，至今使用不足引起的開裂，經(jīng)灌縫處理后，至今使用狀況良好狀況良好天津子牙河大橋天津子牙河大橋1020062006年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA10天津子牙河大橋天津子牙河大橋長(zhǎng)沙三汊磯大橋長(zhǎng)沙三汊磯大橋重慶朝天門大橋重慶朝天門大橋200920

7、09年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA1011 第二階段所用的TLA改性瀝青的高溫性能與低溫性能不能很好地匹配，熱穩(wěn)性良好的TLA改性瀝青，低溫抗裂性不足，反之亦然，不易尋找二者的平衡點(diǎn)。因此，為了使?jié)沧⑹綖r青混凝土能適應(yīng)我國(guó)大部分區(qū)域的使用條件、降低施工難度，必須開發(fā)出便于操作的同時(shí)兼具優(yōu)良高、低溫性能的改性瀝青。這也是第三階段的主要研究?jī)?nèi)容，現(xiàn)在仍在進(jìn)行。第三階段（第三階段（20082008年至今）年至今）12 這一階段開發(fā)出在具有優(yōu)良熱穩(wěn)性的前提下，兼顧優(yōu)良低溫抗裂性的聚合物改性澆注式瀝青混凝土

8、，而不再采用TLA改性瀝青。聚合物改性澆注式瀝青混凝土應(yīng)用的橋梁主要有沈陽(yáng)尚小橋、貴州北盤江大橋、江陰長(zhǎng)江大橋維修、南京過江隧道右汊夾江大橋、福州鼓山大橋及上海閔浦二橋等。第三階段（第三階段（20082008年至今）年至今）13沈陽(yáng)沈北新區(qū)尚小橋沈陽(yáng)沈北新區(qū)尚小橋鎮(zhèn)勝公路貴州北盤江大橋鎮(zhèn)勝公路貴州北盤江大橋20082008年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA1020082008年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA

9、101420092009年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為30mmSMA10+30mm30mmSMA10+30mm聚合物改性聚合物改性GA10GA1020102010年建成通車，鋪裝層為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA10南京過江橋隧夾江大橋南京過江橋隧夾江大橋福州鼓山大橋福州鼓山大橋15二二 我國(guó)與日本的澆注式瀝青我國(guó)與日本的澆注式瀝青混凝土比較混凝土比較16 日本是少數(shù)制定了鋼橋面鋪裝技術(shù)規(guī)范的國(guó)家之一，并且已建成的橋梁鋼橋鋪裝使用良好，因此，我國(guó)第一批鋼橋面鋪裝技術(shù)人員在20世紀(jì)90年代末至日本進(jìn)行鋼橋面鋪

10、裝技術(shù)的研修。澆注式瀝青混凝土起源于德國(guó)，但是日本卻使?jié)沧⑹綖r青混凝土及其技術(shù)得到了長(zhǎng)足和全面深入的發(fā)展及推廣。17 日本鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多為澆注式瀝青混凝土底層+改性密級(jí)配瀝青混凝土表層的結(jié)構(gòu)形式，在江陰長(zhǎng)江大橋采用英國(guó)單層MA澆注式瀝青混凝土失敗后，我國(guó)借鑒了日本的澆注式瀝青混凝土鋪裝，從2003年的山東勝利黃河大橋維修開始已在全國(guó)的數(shù)十座鋼橋得到應(yīng)用，而我國(guó)鋼橋面鋪裝的使用條件卻比日本更加苛刻，因此，為使?jié)沧⑹綖r青混凝土在我國(guó)擁有更長(zhǎng)久的使用壽命，須根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。18 后文將日本目前常用的澆注式瀝青混合料和我國(guó)的聚合物改性澆注式瀝青混合料作了較為全面的對(duì)比。 主要是以下

11、三方面進(jìn)行對(duì)比：膠結(jié)料的要求膠結(jié)料的要求混合料級(jí)配混合料級(jí)配混合料性能要求混合料性能要求19 在日本通常采用針入度2040的硬質(zhì)直餾瀝青與湖瀝青摻配，湖瀝青的添加有利于提高混合料的熱穩(wěn)性，但也會(huì)使混合料的低溫性能有所降低，直溜瀝青與湖瀝青的摻配比例一般為75：25或70：30，日本對(duì)混合瀝青并無(wú)低溫性能及變形能力等要求，詳見下表。20技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)類型類型試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法直餾瀝青直餾瀝青湖瀝青湖瀝青混合瀝青混合瀝青（TLATLA改性瀝青）改性瀝青）針入度（25）/0.1mm2040141530JIS K 2207軟化點(diǎn)/556593985868溶解度（三氯乙烯）/%99.052.555.58

12、691閃點(diǎn)/260240240JIS K 2274密度（25）/gcm-311.381.421.071.13JIS K 2249蒸發(fā)質(zhì)量變化率/%0.30.5JIS K 220721試試 驗(yàn)驗(yàn) 項(xiàng)項(xiàng) 目目指標(biāo)要求指標(biāo)要求試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法針入度（25） 1050JTJ 052-2000 T0604延度 (5) cm30JTJ 052-2000 T0605軟化點(diǎn) 80JTJ 052-2000 T0606彈性恢復(fù)率（25） %90JTJ 052-2000 T0662動(dòng)態(tài)剪切流動(dòng)性能（60） Pas20000AASHTO -TP5閃點(diǎn)(克利夫蘭開口杯) 250JTJ 052-2000 T0611TFO

13、T（或RTFOT）質(zhì)量變化，不大于0.5JTJ 052-2000 T0610或T0609延度(5) cm20針入度比(25) %65彈性恢復(fù)率（25） %85PG等級(jí)82-22AASHTO-TP1/TP522 我國(guó)的澆注式瀝青混凝土用聚合物改性瀝青取代TLA改性瀝青是更加適合的，與日本所用的瀝青相比，我國(guó)的聚合物改性瀝青主要是提高了軟化點(diǎn)指標(biāo)，增加了低溫延度和彈性恢復(fù)率指標(biāo)，并且須滿足PG82-22的要求，原因在于：我國(guó)各地的氣溫差異大；同一區(qū)域的環(huán)境溫差較大；重載車比例高、超載嚴(yán)重的橋梁比比皆是。為延長(zhǎng)澆注式瀝青混凝土在我國(guó)的使用壽命，提高其熱穩(wěn)性、低溫抗裂性、強(qiáng)度及變形能力等性能是必要的。

14、23 日本研究認(rèn)為過細(xì)的級(jí)配會(huì)使混合料的流動(dòng)性過大，不利于其高溫抗車轍，因此，日本對(duì)澆注式瀝青混凝土給定了級(jí)配范圍。 我國(guó)的配合比設(shè)計(jì)參照了日本澆注式瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)流程，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，根據(jù)設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行集料級(jí)配的調(diào)整并測(cè)定集料空隙率，使之滿足VMA介于1422之間，選擇了適用的級(jí)配。24篩孔尺篩孔尺寸寸/mm/mm191913.213.24.754.752.362.360.60.60.30.30.150.150.0750.075通過百分率/%10095100658545623550284225342027篩孔尺篩孔尺寸寸/mm/mm13.213.29.59.54.754.752.3

15、62.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075通過百分率/%100801006380486338523246274024362030日本澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍日本澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍我國(guó)澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍我國(guó)澆注式瀝青混合料的級(jí)配要求范圍25日本澆注式瀝青混合料性能要求日本澆注式瀝青混合料性能要求試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)要求技術(shù)要求流動(dòng)性試驗(yàn)流動(dòng)性（240），s20貫入量試驗(yàn)貫入量（40），mm14車轍試驗(yàn) 動(dòng)穩(wěn)定度（60），次/mm350彎曲試驗(yàn)極限應(yīng)變（-10）8.010-326我國(guó)澆注式瀝青混合料性能要求我

16、國(guó)澆注式瀝青混合料性能要求試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)項(xiàng)目要求要求試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法流動(dòng)性（240），s20公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南附錄F貫入度（60），mm4公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南附錄G 貫入度增量（60），mm0.4彎曲極限應(yīng)變（-10）試件尺寸-大梁710-3JTJ 052-2000 T071527 貫入度試驗(yàn)方法起源于德國(guó)，在德國(guó)主要利用“貫入度及貫入度增量試驗(yàn)”來評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝土的力學(xué)性能，所采用的試驗(yàn)設(shè)備及方法與日本是相一致的，而日本只有貫入度的要求，沒有增量的要求。澆注式瀝青混凝土的貫入度試驗(yàn)主要是用于評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形的能力。在德國(guó)及日本試件的試驗(yàn)溫度

17、為40，考慮到我國(guó)大部分地區(qū)鋼橋面鋪裝的使用溫度比德國(guó)和日本高，試驗(yàn)溫度從40調(diào)整到60進(jìn)行試驗(yàn)。貫入度的試驗(yàn)溫度不同，日本只有貫入度要求無(wú)貫入度增貫入度的試驗(yàn)溫度不同，日本只有貫入度要求無(wú)貫入度增 量要求量要求28結(jié)合料結(jié)合料類型類型結(jié)合料含量結(jié)合料含量(%)(%)貫入度貫入度 (mm)(mm)貫入度增量貫入度增量(mm)(mm)備注備注復(fù)合瀝青（基質(zhì)瀝青70%+TLA30%）7.13.240.452%Sasobit7.43.620.707.74.390.73聚合物改性瀝青7.12.380.302%Sasobit7.43.160.327.74.210.67注：混合料類型為注：混合料類型為GA

18、-10GA-1029 從上頁(yè)表格可以看出隨著結(jié)合料含量的上升，二種瀝青的貫入度和貫入度增量隨之上升，但總體而言，聚合物改性瀝青含量在7.4和7.7的是滿足要求的，而日本復(fù)合瀝青的60貫入度和貫入度增量較大，抗高溫60變形能力較差。30 根據(jù)實(shí)體工程的使用效果，澆注式瀝青混合料的高溫抗變形性能與動(dòng)穩(wěn)定度的結(jié)果相關(guān)性較差，動(dòng)穩(wěn)定度值低的澆注式瀝青混合料在使用過程中并未表現(xiàn)出因高溫性能不足引起的病害，因此，我國(guó)只采用德國(guó)的貫入度和貫入度增量試驗(yàn)來評(píng)價(jià)澆注式瀝青混合料的高溫抗變形能力，刪去車轍試驗(yàn)。日本有提出車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的要求日本有提出車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度的要求31 日本大部分區(qū)域的冬季氣溫較我國(guó)要低

19、，這也體現(xiàn)在日本對(duì)低溫彎曲應(yīng)變的要求上，為此，筆者進(jìn)行了低溫彎曲試驗(yàn)：在對(duì)目前使用的聚合物改性瀝青混合料和日本的復(fù)合瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，其結(jié)果如下業(yè)表格所示。低溫彎曲應(yīng)變的要求不同低溫彎曲應(yīng)變的要求不同32-10-10低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果（混合料類型為低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果（混合料類型為GA-10GA-10）結(jié)合料類型結(jié)合料類型結(jié)合料含量結(jié)合料含量（% %）彎拉強(qiáng)度（彎拉強(qiáng)度（MpaMpa）彎拉應(yīng)變彎拉應(yīng)變（10-10-3 3）勁度模量（勁度模量（MpaMpa）聚合物改性瀝青7.418.4110.131816復(fù)合瀝青（基質(zhì)瀝青70%+TLA30%）7.417.229.40193833 根據(jù)上頁(yè)表

20、格所列的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果來看，聚合物改性澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變達(dá)到10.1310-3，具有很好的低溫變形能力，復(fù)合瀝青澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應(yīng)變?yōu)?.4，也具有良好的低溫變形能力。34三三 建議的澆注式瀝青混凝土建議的澆注式瀝青混凝土 鋪裝結(jié)構(gòu)鋪裝結(jié)構(gòu)3536 “Eliminator防水體系+GA+SMA”的鋪裝結(jié)構(gòu)在我國(guó)已成功應(yīng)用于數(shù)十座橋梁，如重慶菜園壩大橋、貴州北盤江大橋、重慶朝天門大橋、南京過江橋隧江心洲大橋、上海閔浦二橋及贛江公路大橋等。37四四 我國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考我國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考38 環(huán)氧瀝青

21、混凝土鋪裝在我國(guó)應(yīng)用較廣，但在江陰、潤(rùn)揚(yáng)及陽(yáng)邏橋等有重載交通的橋面鋪裝產(chǎn)生了破壞，近來發(fā)現(xiàn)杭州灣大橋的環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝已出現(xiàn)了裂縫等病害，因此，因此，有必要對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的問題進(jìn)行分析并改良。有必要對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的問題進(jìn)行分析并改良。39杭州灣大橋杭州灣大橋40陽(yáng)邏大橋陽(yáng)邏大橋41潤(rùn)揚(yáng)大橋潤(rùn)揚(yáng)大橋42防銹漆：環(huán)氧富鋅漆防水粘結(jié)層：環(huán)氧改性瀝青粘接層鋪裝下層：EA鋪裝上層：EA5060mm粘層：環(huán)氧改性瀝青粘接層鋼橋：噴砂除銹環(huán)氧瀝青混凝土（環(huán)氧瀝青混凝土（EAEA）鋪裝的常規(guī)結(jié)構(gòu)）鋪裝的常規(guī)結(jié)構(gòu)43由上圖可知：該結(jié)構(gòu)未設(shè)置專門的防水層，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝體系缺 乏防水層，鋪裝層一旦開裂，很快發(fā)展到鋼板，使環(huán)氧富 鋅漆被氧化，形成粉末狀的氧化鋅或鋅鹽，導(dǎo)致鋪裝脫層；鋪裝層上下層所用材料相同，早期病害形式一般為魚尾狀 裂紋，若不及時(shí)修復(fù)（且環(huán)氧瀝青混凝土修復(fù)非常困難）， 裂紋將向下擴(kuò)張，威脅到鋼板；防腐層采用的是油漆類防腐漆，漆膜并非完全無(wú)縫。44病害發(fā)展過程病害發(fā)展過程 單單 裂裂伴隨性裂縫伴隨性裂縫 坑坑 洞洞 網(wǎng)網(wǎng) 裂裂45環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝裂縫病害發(fā)展示意圖環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝裂縫病害發(fā)展示意圖46 環(huán)氧瀝青鋪裝病害的產(chǎn)生及其迅速發(fā)展與鋪裝體系自身的缺陷有著直接的關(guān)系。在鋼板上設(shè)置高韌性、高抗裂性能的防水粘結(jié)體系，將有效完善環(huán)氧瀝青