钢桥面沥青铺装简介

钢桥面沥青铺装简介

李宇峙教授、博导

长沙理工大学

2005年6月

一、钢桥面沥青铺装发展概况

现代建筑结构在高度与跨度上不断取得突破，桥梁结构跨径的不断增大充分展示了工程技术人员的聪明才智。钢桥面板有利于减轻恒载和发挥空间结构的特性，是大跨径桥梁首选的结构形式。但同时，钢桥面板光滑、柔韧、局部变形大、动力特性复杂、热容小等特点也对桥面铺装提出了严格的要求。

沥青铺装较水泥混凝土铺装具有轻、柔、防水、易修复等特性，是钢桥面，特别是大跨径钢桥桥面铺装的首选材料，在国内外得到广泛应用。在材料上，沥青铺装也从传统密级配混凝土向改性沥青SMA、浇注式沥青混凝土、环氧沥青混凝土、橡胶沥青混凝土等多方向快速发展。

国外钢桥面铺装方面的研究起步较早，取得了一些适合各自具体国情的铺装结构与材料，国内一方面引进国外的先进经验，一方面深入研究复合我国国情的铺装结构并自主开发研制相关的铺装关键材料。

二、钢桥面沥青铺装的特点

1.桥梁恒载的限制，铺装层不宜超过7cm

2.铺装体系处于随时都在变形的基础上

3.钢桥变形直接影响铺装体系的工作状态

4.铺装体系更容易受环境温度的影响

5.铺装层表面局部承受较大的拉应变

6.铺装层内部及层间承受较大的剪应力

7.钢板表面光滑，需要特殊的界面材料保证层间连续

三、钢桥面沥青铺装基本要求

1.应具备良好的疲劳抗开裂性能以承受反复的复杂变形

2.应具备优良的高温稳定性能，以满足高达70℃左右的高温使用条件要求

3.具有完善的防排水体系。以保证钢板不被侵蚀

4.具备良好的层间结合，保证铺装与桥面板的协同作用

5.对钢板变形具备良好的追从性，以适应钢板变形

6.良好的平整度与抗滑性能

四、国内钢桥面铺装使用现状

国内钢桥面铺装的尝试研究从上世纪80年代开始。最早是使用普通密级配沥青混凝土，粘层也多用乳化沥青。使用后发现，一般使用寿命只有数十天或几个月。此后，逐步开始采用改性沥青，粘接剂也曾尝试过改性乳化沥青、环氧煤焦油等,因过去钢桥跨径较小，钢桥面铺装未引起足够重视。

1989年，由同济大学与广东省肇庆市公路局联合研究对马房北江桥钢桥面铺装进行处治，于1991年采用PE+废橡胶粉改性沥青，粘接剂也采用同样材料，铺筑了厚度5cm的LH-20-I及2cm的LH-10混合料两层式铺装。无损使用时间达两年，后来虽产生了严重推拥、车辙及开裂等病害，也一直使用至1997年才进行再次铺装。汕头海湾大桥桥面采用60毫米厚的金属扩张网钢纤维混凝土铺装。1995年底通车，不久即产生严重龟裂，于1997年11月桥面全面翻修。

香港青马大桥铺装40毫米厚的沥青混凝土（一次性湖沥青浇筑式沥青混凝土）。该桥由英国人建造，用英国的铺装材料，1997年通车，通车后不到两年就出现高温稳定性不够的问题。

由铁道部大桥局承建的西陵长江大桥，采用改性乳化沥青粘接层、两层PE+SBR的密级配沥青混凝土。1998年进行了约1/3面积翻修，截止去年重新铺装前，出现的病害主要有坑槽、横向开裂、斜向推移、纵向开裂、车辙和推挤。

图1 西陵长江大桥钢桥面铺装破损实照1

图2 西陵长江大桥钢桥面铺装破损实照2

图3 西陵长江大桥钢桥面铺装破损实照3

1999年完工的厦门海沧大桥钢结构桥梁桥面铺装采用双层改性沥青SMA方案，上层采用SMA13、下层采用SMA10。从目前的使用情况分析，存在不少问题。

1999年完工的江阴长江公路大桥桥面铺装采用的浇筑沥青混凝土，从使用效果性来看主要存在的问题还是高温稳定性不够。

2000年9月8日建成通车的武汉白沙洲大桥，2003年9月出现局部推移与

开裂现象，桥面上出现滑移的沥青混凝土分布在桥面各路段，总计约有600m2，防水粘结层发生破坏，在行车荷载的水平力作用下，铺装层出现明显的滑动与推移现象，影响了交通安全。

图4 白沙洲大桥铺装典型裂缝远照

图5 白沙洲大桥铺装典型裂缝Ⅰ

图6 白沙洲大桥铺装典型裂缝Ⅱ

1996年虎门大桥桥面铺装产生了横向推移病害，1998年进行了处治(铣刨一层后，加铺一层SMA10)，使用效果也不理想。

图7 广东虎门大桥

图8 广东虎门大桥推移病害

由此可见，我国已建大跨径钢桥的桥面沥青铺装使用情况不太理想，国内还缺乏钢桥面铺装的成功经验。长沙理工大学公路工程学院钢桥面铺装课题组是国内较早开展钢桥面铺装研究的单位之一，结合实桥工程进行了大量的室内大型直道足尺疲劳试验与高温浸水试验，取得了丰富的研究成果。国内重庆公路科研所也较早对此开展过研究，其研究成果己应用于虎门大桥、海沧大桥等钢桥面沥青铺装。这些研究为我国钢桥面铺装技术发展提供了宝贵的经验。但从实际大桥铺

装使用效果来看，也出现了一些问题，突出的表现的实桥铺装的无损使用寿命不长，有些问题还有待进一步研究解决。

五、钢桥面铺装材料的主要型式

*传统密级配沥青混凝土

*浇筑式沥青混凝土

*环氧沥青砼

*改性沥青SMA铺装

5.1浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混凝土指在高温状态下(约220℃～260℃)进行拌合，混合料摊铺时流动性大，依靠自身的流动性摊铺成型，无须碾压，沥青、矿粉含量较大。浇注式沥青混凝土具有优良的防水、抗老化性能，对钢板的追从性、与钢板间的粘结性能与一般沥青混凝土相比具有很大的优势。但高温稳定性差是其难以克服的缺点。因此，浇注式沥青混凝土铺装更适合于夏无酷暑，冬无严寒的欧洲国家，在国内尚无成功应用的实例。香港青马大桥以及江苏江阴长江大桥均采用英国设计，但在较英国严酷的气候条件下，这两座桥的浇注式沥青混凝土桥面铺装均有较为严重的高温稳定性不足产生的早期病害。

5.2传统密级配沥青混凝土

国内外在钢桥面沥青铺装的早期应用，均采用了产统密级配的沥青混凝土，这是因为当时的工程技术人员还没有充分的了解钢桥面铺装所独有的力学特性与材料要求，为对铺装进行针对性设计，而是沿用接线路面结构与材料，工程实践证明，这样做的结果很难达到工程要求。

5.3环氧沥青混凝土

环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中，经过与固化剂发生不可逆的化学反应，形成固化物，使沥青性质由热塑性转化成热固性，从而赋予沥青以优良的物理、力学性能。美国采用环氧沥青混凝土铺装较多，一般分两层铺筑，厚度为50ｍｍ，环氧沥青固化后实际为半刚半柔材料，表现了较高的物理力学性能。但环氧沥青混凝土铺装的抗滑性能较SMA等差，而且造价高昂也使其难以大规模推广使用。

目前，环氧沥青混凝土在国内还没有广泛应用，实桥工程也没有经过长期的