國內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術的發(fā)展和比較分析

1、國內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術的國內(nèi)外鋼橋面鋪裝技術的發(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研究院重慶鵬方路面工程技術研究院一一 澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程 二二 我國與日本的澆注式瀝青混凝土我國與日本的澆注式瀝青混凝土比較比較三三 建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結構建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結構四四 我國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的主要問題及解決我國環(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一一 澆注式瀝青混凝土在我國的澆注式瀝青混凝土在我

2、國的應用歷程應用歷程 澆注式瀝青混凝土+SMA的鋪裝結構在我國應用效果良好，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單位和研究者的推崇，在江陰長江大橋實橋試驗鋪裝改性瀝青澆注式混凝土鋪裝取得了比美國進口環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝更長壽命的使用效果。 澆注式瀝青混凝土在我國應用的初期，借鑒國外的經(jīng)驗，采用的是單層的英國Mastic Asphalt澆注式瀝青混凝土，膠結料由天然湖瀝青TLA（70%）與硬質(zhì)瀝青（30%）復合而成，期間建設的橋有香港青馬大橋和江陰長江大橋，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），但江陰長江大橋通車后即出現(xiàn)大量的車轍

3、、開裂，江陰長江大橋除防水層外，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）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+ +粘粘結劑結劑+3mm+3mm橡膠瀝青防水層橡膠瀝青防水層+44mmMastic Asphalt+44mmMastic Asphalt瀝青混凝土瀝青混凝土鋼橋面噴砂除銹鋼橋面噴砂除銹+ +電弧噴鋅防電弧噴鋅防腐層腐層+2.0mmEliminator+2.0mmEliminator防水防水粘結體系粘結體系 +38mmMastic +38mmMastic AsphaltAsphalt瀝青混凝土瀝青混凝土江陰長江大橋江陰

4、長江大橋香港青馬大橋香港青馬大橋 在此期間，總結了上一階段澆注式瀝青混凝土的應用情況，結合我國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用形式是以德國/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構。 膠結料由聚合物改性瀝青與膠結料由聚合物改性瀝青與TLATLA（稱為TLA改性瀝青）摻摻配而成配而成，并且提高了混合料的高溫性能，即提高了貫入度及提高了貫入度及貫入度增量的試驗溫度貫入度增量的試驗溫度。第二階段（第二階段（2003200320072007年）年） 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、安徽安慶長江大橋、重慶石板坡長江大橋

5、、湖南長沙三汊磯大橋等，這些橋梁至今效果良好。第二階段（第二階段（2003200320072007年）年）20042004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，該圖為圖為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，但未發(fā)現(xiàn)其他病害有出現(xiàn)車轍，但未發(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年對該橋進行維修，鋪裝層為年對該橋進行維修，鋪裝層為35mmSMA10+3535mmSMA10+3540mmTLA40mmTLA

6、改性改性GA10GA10，20052005發(fā)現(xiàn)鋪裝表層發(fā)現(xiàn)鋪裝表層SMASMA曾出現(xiàn)縱向曾出現(xiàn)縱向裂縫，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋪裝下層裂縫，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋪裝下層GAGA完好，完好，主要是由于主要是由于SMASMA的抗裂性不足引起的抗裂性不足引起的開裂，經(jīng)灌縫處理后，至今使用的開裂，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20062006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沙三汊磯大橋長沙三汊磯大橋重慶朝天門大橋重慶朝天門大橋20092009年建成通車，鋪裝層

7、為年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA10 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。因此，為了使?jié)沧⑹綖r青混凝土能適應我國大部分區(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內(nèi)容，現(xiàn)在仍在進行。第三階段（第三階段（20082008年至今）年至今） 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，而不再采用TLA改性瀝青。聚

8、合物改性澆注式瀝青混凝土應用的橋梁主要有沈陽尚小橋、貴州北盤江大橋、江陰長江大橋維修、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）沈陽沈北新區(qū)尚小橋沈陽沈北新區(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GA10GA1020092009年建成通車，鋪

9、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二二 我國與日本的澆注式瀝青我國與日本的澆注式瀝青混凝土比較混凝土比較 日本是少數(shù)制定了鋼橋面鋪裝技術規(guī)范的國家之一，并且已建成的橋梁鋼橋鋪裝使用良好，因此，我國第一批鋼橋面鋪裝技術人員在20世紀90年代末至日本進行鋼橋面鋪裝技術的研修。澆注式瀝青混凝土起源于德國，但是

10、日本卻使?jié)沧⑹綖r青混凝土及其技術得到了長足和全面深入的發(fā)展及推廣。 日本鋼橋面鋪裝的結構設計多為澆注式瀝青混凝土底層+改性密級配瀝青混凝土表層的結構形式，在江陰長江大橋采用英國單層MA澆注式瀝青混凝土失敗后，我國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的數(shù)十座鋼橋得到應用，而我國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青混凝土在我國擁有更長久的使用壽命，須根據(jù)我國的實際情況進行改進。 后文將日本目前常用的澆注式瀝青混合料和我國的聚合物改性澆注式瀝青混合料作了較為全面的對比。 主要是以下三方面進行對比：膠結料的要求膠結料的要求混合料級配混合

11、料級配混合料性能要求混合料性能要求 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，日本對混合瀝青并無低溫性能及變形能力等要求，詳見下表。技術指標技術指標類型類型試驗方法試驗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/556593985868溶解度（三氯乙烯）/%99.052.555.58691閃點/260240240JIS K 2274密度（25）

12、/gcm-311.381.421.071.13JIS K 2249蒸發(fā)質(zhì)量變化率/%0.30.5JIS K 2207試試 驗驗 項項 目目指標要求指標要求試驗方法試驗方法針入度（25） 1050JTJ 052-2000 T0604延度 (5) cm30JTJ 052-2000 T0605軟化點 80JTJ 052-2000 T0606彈性恢復率（25） %90JTJ 052-2000 T0662動態(tài)剪切流動性能（60） Pas20000AASHTO -TP5閃點(克利夫蘭開口杯) 250JTJ 052-2000 T0611TFOT（或RTFOT）質(zhì)量變化，不大于0.5JTJ 052-2000

13、T0610或T0609延度(5) cm20針入度比(25) %65彈性恢復率（25） %85PG等級82-22AASHTO-TP1/TP5 我國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，我國的聚合物改性瀝青主要是提高了軟化點指標，增加了低溫延度和彈性恢復率指標，并且須滿足PG82-22的要求，原因在于：我國各地的氣溫差異大；同一區(qū)域的環(huán)境溫差較大；重載車比例高、超載嚴重的橋梁比比皆是。為延長澆注式瀝青混凝土在我國的使用壽命，提高其熱穩(wěn)性、低溫抗裂性、強度及變形能力等性能是必要的。 日本研究認為過細的級配會使混合料的流動性過大，不利于其高溫抗車轍，因

14、此，日本對澆注式瀝青混凝土給定了級配范圍。 我國的配合比設計參照了日本澆注式瀝青混合料的配合比設計流程，并進行適當?shù)恼{(diào)整，根據(jù)設計流程，進行集料級配的調(diào)整并測定集料空隙率，使之滿足VMA介于1422之間，選擇了適用的級配。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篩孔篩孔尺寸尺寸/mm/mm13.213.29.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750

15、.075通過百分率/%100801006380486338523246274024362030日本澆注式瀝青混合料的級配要求范圍日本澆注式瀝青混合料的級配要求范圍我國澆注式瀝青混合料的級配要求范圍我國澆注式瀝青混合料的級配要求范圍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項目試驗項目技術指標技術指標技術要求技術要求流動性試驗流動性（240），s20貫入量試驗貫入量（40），mm14車轍試驗 動穩(wěn)定度（60），次/mm350彎曲試驗極限應變（-10）8.010-3我國澆注式瀝青混合料性能要求我國澆注式瀝青混合料性能要求試驗項目試驗項目要求要求試驗方法試驗方法流動性（240），s

16、20公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南附錄F貫入度（60），mm4公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南附錄G 貫入度增量（60），mm0.4彎曲極限應變（-10）試件尺寸-大梁710-3JTJ 052-2000 T0715 貫入度試驗方法起源于德國，在德國主要利用“貫入度及貫入度增量試驗”來評價澆注式瀝青混凝土的力學性能，所采用的試驗設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主要是用于評價澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形的能力。在德國及日本試件的試驗溫度為40，考慮到我國大部分地區(qū)鋼橋面鋪裝的使用溫度比德國和日本高，試驗溫度從40調(diào)整到60進

17、行試驗。貫入度的試驗溫度不同，日本只有貫入度要求無貫入度增貫入度的試驗溫度不同，日本只有貫入度要求無貫入度增 量要求量要求結合料結合料類型類型結合料含量結合料含量(%)(%)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-10GA-10 從上頁表格可以看出隨著結合料含量的上升，二種瀝青的貫入度和貫入度增量隨之上

18、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。 根據(jù)實體工程的使用效果，澆注式瀝青混合料的高溫抗變形性能與動穩(wěn)定度的結果相關性較差，動穩(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，我國只采用德國的貫入度和貫入度增量試驗來評價澆注式瀝青混合料的高溫抗變形能力，刪去車轍試驗。日本有提出車轍試驗動穩(wěn)定度的要求日本有提出車轍試驗動穩(wěn)定度的要求 日本大部分區(qū)域的冬季氣溫較我國要低，這也體現(xiàn)在日本對低溫彎曲應變的要求上，為此，筆者進行了低溫彎曲試驗：在對目前使用的聚合物改性瀝青混合料

19、和日本的復合瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，其結果如下業(yè)表格所示。低溫彎曲應變的要求不同低溫彎曲應變的要求不同-10-10低溫彎曲試驗結果（混合料類型為低溫彎曲試驗結果（混合料類型為GA-10GA-10）結合料類型結合料類型結合料含量結合料含量（% %）彎拉強度彎拉強度（MpaMpa）彎拉應變彎拉應變（10-10-3 3）勁度模量勁度模量（MpaMpa）聚合物改性瀝青7.418.4110.131816復合瀝青（基質(zhì)瀝青70%+TLA30%）7.417.229.401938 根據(jù)上頁表格所列的低溫彎曲試驗結果來看，聚合物改性澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應變達到10.1310-3，具有很好的低溫變形能力

20、，復合瀝青澆注式瀝青混合料的低溫彎拉應變?yōu)?.4，也具有良好的低溫變形能力。三三 建議建議的澆注式瀝青的澆注式瀝青混凝土混凝土 鋪裝鋪裝結構結構 “Eliminator防水體系+GA+SMA”的鋪裝結構在我國已成功應用于數(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。四四 我國環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪我國環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝存在的主要問題及解決方法的裝存在的主要問題及解決方法的思考思考 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝在我國應用較廣，但在江陰、潤揚及陽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

21、害，因此，有必要對環(huán)氧瀝青混因此，有必要對環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的問題進行分析并改良。凝土鋪裝存在的問題進行分析并改良。杭州灣大橋杭州灣大橋陽邏大橋陽邏大橋潤揚大橋潤揚大橋防銹漆：環(huán)氧富鋅漆防水粘結層：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)結構）鋪裝的常規(guī)結構由上圖可知：該結構未設置專門的防水層，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，若不及時修復（且環(huán)氧瀝青混凝土修復非常困難）， 裂紋將向下擴張，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縫。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 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系。在鋼板上設置高韌性、高抗裂性能的防水