國內外鋼橋面鋪裝技術發(fā)展和比較分析

國內外鋼橋面鋪裝技術發(fā)展和比較分析第一頁，共58頁。一澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程二我國與日本的澆注式瀝青混凝土比較三建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結構四我國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考五ERS鋪裝方案存在的問題及解決辦法建議第二頁，共58頁。一澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程第三頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在我國的使用現(xiàn)狀澆注式瀝青混凝土+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。第四頁，共58頁。

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應用的初期，借鑒國外的經驗，采用的是單層的英國MasticAsphalt澆注式瀝青混凝土，膠結料由天然湖瀝青TLA（70%）與硬質瀝青（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、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（1997～2002年）第五頁，共58頁。

第一階段橋梁鋼橋面噴砂除銹+環(huán)氧富鋅漆+粘結劑+3mm橡膠瀝青防水層+44mmMasticAsphalt瀝青混凝土鋼橋面噴砂除銹+電弧噴鋅防腐層+2.0mmEliminator防水粘結體系+38mmMasticAsphalt瀝青混凝土江陰長江大橋香港青馬大橋第六頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程在此期間，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TLA（稱為TLA改性瀝青）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溫度。第二階段（2003～2007年）第七頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程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、湖南長沙三汊磯大橋等，這些橋梁至今效果良好。第二階段（2003～2007年）第八頁，共58頁。

第二階段橋梁2004年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10，該圖為2010年4月拍攝，目前表層SMA有出現(xiàn)車轍，但未發(fā)現(xiàn)其他病害天津子牙河大橋勝利黃河大橋維修2003年對該橋進行維修，鋪裝層為35mmSMA10+35～40mmTLA改性GA10，2005發(fā)現(xiàn)鋪裝表層SMA曾出現(xiàn)縱向裂縫，調查發(fā)現(xiàn)，鋪裝下層GA完好，主要是由于SMA的抗裂性不足引起的開裂，經灌縫處理后，至今使用狀況良好天津子牙河大橋第九頁，共58頁。

第二階段橋梁2006年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10天津子牙河大橋長沙三汊磯大橋重慶朝天門大橋2009年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mmTLA改性GA10第十頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程第二階段所用的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容，現(xiàn)在仍在進行。第三階段（2008年～至今）第十一頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在我國的應用歷程這一階段開發(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（2008年～至今）第十二頁，共58頁。

第三階段橋梁沈陽沈北新區(qū)尚小橋鎮(zhèn)勝公路貴州北盤江大橋2008年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA102008年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10第十三頁，共58頁。

第三階段橋梁2009年建成通車，鋪裝層為30mmSMA10+30mm聚合物改性GA102010年建成通車，鋪裝層為35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10南京過江橋隧夾江大橋福州鼓山大橋第十四頁，共58頁。二我國與日本的澆注式瀝青混凝土比較第十五頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在日本日本是少數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。第十六頁，共58頁。

澆注式瀝青混凝土在日本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，須根據我國的實際情況進行改進。第十七頁，共58頁。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：膠結料的要求混合料級配混合料性能要求第十八頁，共58頁。

膠結料的要求—日本在日本通常采用針入度20～40的硬質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。第十九頁，共58頁。

日本瀝青技術規(guī)范的要求技術指標類型試驗方法直餾瀝青湖瀝青混合瀝青（TLA改性瀝青）針入度（25℃）/0.1mm20～401～415～30JISK2207軟化點/℃55～6593～9858～68溶解度（三氯乙烯）/%＞99.052.5～55.586～91閃點/℃＞260＞240＞240JISK2274密度（25℃）/g．cm-3＞11.38～1.421.07～1.13JISK2249蒸發(fā)質量變化率/%＜0.3—＜0.5JISK2207第二十頁，共58頁。

我國GA用改性瀝青的要求試

驗

項

目指標要求試驗方法針入度（25℃）

10～50JTJ052-2000T0604延度

(5℃)cm≥30JTJ052-2000T0605軟化點

℃≥80JTJ052-2000T0606彈性恢復率（25℃）

%≥90JTJ052-2000T0662動態(tài)剪切流動性能（60℃）

Pa·s≥20000AASHTO-TP5閃點(克利夫蘭開口杯)℃≥250JTJ052-2000T0611TFOT（或RTFOT）質量變化，不大于％±0.5JTJ052-2000T0610或T0609延度(5℃)cm≥20針入度比(25℃)%≥65彈性恢復率（25℃）

%≥85PG等級82-22AASHTO-TP1/TP5第二十一頁，共58頁。

膠結料的要求—中國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。第二十二頁，共58頁。

混合料級配要求

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，并進行適當的調整，根據設計流程，進行集料級配的調整并測定集料空隙率，使之滿足VMA介于14～22之間，選擇了適用的級配。第二十三頁，共58頁。

混合料級配要求篩孔尺寸/mm1913.24.752.360.60.30.150.075通過百分率/%10095～10065～8545～6235～5028～4225～3420～27篩孔尺寸/mm13.29.54.752.361.180.60.30.150.075通過百分率/%10080～10063～8048～6338～5232～4627～4024～3620～30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第二十四頁，共58頁。

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技術指標技術要求流動性試驗流動性（240℃），s≤20貫入量試驗貫入量（40℃），mm1～4車轍試驗動穩(wěn)定度（60℃），次/mm≥350彎曲試驗極限應變（-10℃）≥8.0×10-3第二十五頁，共58頁。

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要求試驗方法流動性（240℃），s≤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℃），mm≤4《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℃），mm≤0.4彎曲極限應變（-10℃）試件尺寸-大梁≥7×10-3JTJ052-2000T0715第二十六頁，共58頁。

混合料性能要求的不同之處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℃調整到60℃進行試驗。貫入度的試驗溫度不同，日本只有貫入度要求無貫入度增

量要求第二十七頁，共58頁。

不同結合料及其用量貫入度試驗結果對比結合料類型結合料含量(%)貫入度(mm)貫入度增量(mm)備注復合瀝青（基質瀝青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GA-10第二十八頁，共58頁。

貫入度試驗結果分析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。第二十九頁，共58頁。

混合料性能要求的不同之處

根據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)定度的要求第三十頁，共58頁。

混合料性能要求的不同之處日本大部分區(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第三十一頁，共58頁。

低溫彎曲試驗結果-10℃低溫彎曲試驗結果（混合料類型為GA-10）結合料類型結合料含量（%）彎拉強度（Mpa）彎拉應變（×10-3）勁度模量（Mpa）聚合物改性瀝青7.418.4110.131816復合瀝青（基質瀝青70%+TLA30%）7.417.229.401938第三十二頁，共58頁。

低溫彎曲試驗結果分析根據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10.13×10-3，具有很好的低溫變形能力，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。第三十三頁，共58頁。三

建議的澆注式瀝青混凝土鋪裝結構第三十四頁，共58頁。

鋪裝結構第三十五頁，共58頁。

工程案例“Eliminator防水體系+GA+SMA”的鋪裝結構在我國已成功應用于數十座橋梁，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。第三十六頁，共58頁。四我國環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝存在的主要問題及解決方法的思考第三十七頁，共58頁。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，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。第三十八頁，共58頁。杭州灣大橋第三十九頁，共58頁。陽邏大橋第四十頁，共58頁。潤揚大橋第四十一頁，共58頁。

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結構存在的問題分析環(huán)氧瀝青混凝土（EA）鋪裝的常規(guī)結構第四十二頁，共58頁。

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結構存在的問題分析由上圖可知：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。第四十三頁，共58頁。

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結構存在的問題分析病害發(fā)展過程單裂伴隨性裂縫坑洞網裂第四十四頁，共58頁。環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝裂縫病害發(fā)展示意圖

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結構存在的問題分析第四十五頁，共58頁。

提出的解決方案環(huán)氧瀝青鋪裝病害的產生及其迅速發(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、高抗裂性能的防水粘結體系，將有效完善環(huán)氧瀝青鋪裝體系在功能上的要求，能夠延緩病害的發(fā)展，保護鋼板受到侵害。因此，筆者在進行了大量室內試驗后，提出了鋼橋面板上加鋪2～3mm的復合反應性防水體系的解決方案。第四十六頁，共58頁。

提出的解決方案第四十七頁，共58頁。

為什么有用