钢桥面铺装病害特点及设计要点分析

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3 钢桥面铺装材料研究进展
3.1 浇注式沥青混凝土桥面铺装研究进展 随着交通荷载的增加, 对桥面铺源自文库高温性能的要求
不 断 提 高 , 单 纯 添 加 TLA 的 改 性 沥 青 在 一 些 环 境 已 经 不能够满足要求, 目前已开始完全采用聚合物改性沥青 作 为 胶 结 料 或 聚 合 物 改 性 沥 青 与 TLA 沥 青 混 合 作 为 沥 青玛蹄脂胶结料。由于聚合物改性沥青玛蹄脂不仅具有 优良的高温性能, 也具有良好的低温性能, 聚合物改性 沥青玛蹄脂可以作为钢桥面铺装防水层、保护层或磨耗 层。但是聚合物改性材料对加热比常规材料更敏感, 过 高温度或长时间加热能够导致改性剂产生变化, 降低或 改变改性沥青胶浆性能。如果聚合物改性沥青粘度过 高, 浇注式施工难度很大, 这也是聚合物改性沥青玛蹄 脂路用性能与施工性能之间需要平衡的矛盾。 3.2 环氧沥青沥青混凝土发展
日本主要桥面铺装结构一般为下面层采用 30 ̄40mm 浇注式沥青混凝土, 磨耗层采用 30 ̄40mm 沥青混凝土, 一般不采用单独的防水层, 只是在清理后的钢桥面上涂 布溶剂型粘结层。 2.4 美国钢桥面铺装发展情况
美国自 1967 年开始引入正交异性桥面板结构形式, 桥面板及桥面铺装设计规范主要是参考借鉴德国相关规 范。
日本钢 桥 面 铺 装 的 研 究 工 作 始 于 20 世 纪 50 年 代 , 日 本于 1956 年引进、发展来自德国 的 Gussasphalt 技 术 规范, 开始研究将这种技术应用在钢桥面铺装工程。在 1977 年 3 月 制 订 了 “ 本 州 四 国 连 络 桥 桥 面 铺 装 基 准 ”, 以本四连络桥有关的 调 查 研 究 成 果 为 基 础 , 在 1988 年 版的沥青铺装纲要中公布了一般桥面铺设的设计、施工 技术的标准。
桥名
建成时间
第一次大修
第二次大修
马房大桥
1984
1992
2001
西陵长江大桥 虎门大桥
江阴长江大桥 汕头礐石大桥 厦门海沧大桥 军山长江大桥
1996 1997- 5 1999- .9
1999 1999 2001- 10
1997 1998- 12
2003 2004 2002 2004
2003- 11 2004 2006
纵向推移、开裂等病害; 浇注式沥青混凝土桥面铺装也 出现早期车辙、开裂损坏, 环氧沥青桥面铺装目前表现 较好。
图 1 钢桥面铺装病害主要表现 对钢桥面铺装使用状况调研表明, 钢桥面铺装病害
主要表现( 见图 1) 。即主要表现为铺装层的 层间抗剪强 度、抗疲劳开裂、高温稳定性还达不到钢桥面铺装的要 求。随着改性沥青高温性能的提高, 目前一般改性沥青
术标准经过 30 余年的发展, 在 1992 年制定较系统的钢 桥面铺装标准。随着交通荷载及新材料发展, 近年德国 钢桥面铺装技术也在不断完善和发展, 尤其是近年随着 轴载、交通量增加, 德国桥面铺装出现一些病害, 相关 部门开始着手研究进一步的解决措施。 2.2 荷兰钢桥面铺装状况
目前荷兰有 80 多 座 正 交 异 性 桥 面 板 钢 桥 , 其 钢 桥 面铺装主要采用沥青玛蹄脂混凝土。在 20 世纪 70 年代 前正交异性钢桥面铺装很少出现问题, 但是在此后荷兰 及其他国家的正交异性钢桥面铺装病害问题发展的非常 快, 出现了车辙、开裂、滑动脱层等病害, 主要可归纳 为以下原因: 交通量增加、车辆轴载增加、新型轮胎增 加 ( 如超级单轮) 、轻型桥面结构应用、缺少有力规范。 因 此 在 1970 以 后 开 始 研 究 其 他 类 型 的 沥 青 桥 面 铺 装 , 如热碾压型沥青混合料, 改性沥青混合料等。荷兰 Delft 科技大学 Molenaar 教授提出“正交异性钢桥面铺装设计 新思想”, 其核心思想是钢桥面 铺装设计应结 合 钢 桥 面 铺装的受力特点进行铺装材料设计分析, 而不是直接套 用路面材料性能规范和经验。 2.3 日本钢桥面铺装技术发展情况
美国正交异性钢桥面铺装表现差异较大, 有的表现 优良, 有的表现较差, 在很大程度与钢桥面的刚度、重 载交通数量和比例, 及铺装类型和铺装层厚度相关, 尤 其近年交通荷载显著增加, 对钢桥面铺装性能提出了更 高的要求。环氧沥青铺装在美国的钢桥面铺装中应用非 常广泛, 浇注式沥青混凝土在美国桥面铺装应用较少。 2.5 台湾地区钢桥面铺装状况
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钢桥面铺装病害特点及设计要点分析
白海涛, 王端宜
( 华南理工大学交通学院, 广东 广州 510641)
摘 要: 文章分析了钢桥面铺装病害特点, 分析了国内外钢桥面铺装基本情况, 并分析了不同铺装材料的特点及
应用情况, 对我国钢桥面铺装情况及病害特点进行了详细分析, 总结了钢桥铺装设计必须考虑的因素及我国钢桥
我 国 的 钢 桥 面 铺 装 材 料 初 期 以 双 层 SMA 为 主 , 但 双 层 SMA 方案在 世 界 其 他 国 家 应 用 较 少 , 近 年 开 始 应 用 环 氧 沥 青 及 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 铺 装 材 料 , 2004 在 年 安庆长江大桥 钢 使 用 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 上 加 铺 SMA 铺 装 方 案 。 我 国 初 建 的 钢 桥 桥 面 板 相 对 较 薄 , 为 12mm 厚 , 最 近 新 建 钢 桥 桥 面 板 厚 度 已 经 提 高 到 14mm 或 16mm。
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1967 年美国学者 Metcalf 对环氧沥青 桥 面 铺 装 材 料 进行模拟疲劳对比试验, 试验数据表明环氧沥青混凝土 抗疲劳性能明显优于普通沥青混凝土, 该试验开始了环 氧沥青铺装在美国广泛应用。
作者简介: 白海涛 (1973- ), 女, 黑龙江大庆人, 硕士研究生, 研究方向为道路工程。
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铺装高温性能有了显著改善和提高, 但是层间抗剪、抗 疲劳开裂仍然是一个难题。目前一般 SBS 改性沥青或复 合改性沥青铺装的主要病害是疲劳开裂和层间推移问 题, 如何提高铺装粘结层强度、铺装层材料抗疲劳开裂 性能是目前钢桥面铺装材料研究的重点和难点问题。 1.3 我国桥面铺装材料研究
( 1) SMA 桥面铺装材料研究 我 国 钢 桥 面 铺 装 采 用 SMA 铺 装 方 案 以 来 , 主 要 在 两个方面有明显提高: 改性沥青性能的改善提高。随着 高粘度改性沥青技术发展, 其性能均能达到 SHRP 分级 的 PG82- 22 或 PG82- 28 级 。通 常 采 用 木 质 素 纤 维 作 为 SMA 混合料的稳定剂, 也有研究表明有机合成长纤维对 SMA 混 合 料 的 热 稳 性 、 疲 劳 开 裂 性 、 抗 水 损 害 等 性 能 有所提高。但 双 层 SMA 钢 桥 面 铺 装 出 现 一 些 较 严 重 的 车辙、开裂、推移等早期病害, 使用寿命约为 3 ̄5 年。 而目前 SMA 所 采 用 的 沥 青 材 料 基 本 接 近 最 高 等 级 , 其 施工温度也基本达到了极限温度, 如何进一步改善和提 高这两种铺装材料性能也是研究人员面临的技术难题。 ( 2) 浇注式沥青混凝土 我国大陆应用浇注式沥青混凝土桥面铺装是从 1999 年 建 成 的 江 阴 长 江 大 桥 开 始 的 , 铺 装 层 为 单 层 50mm 的 浇 注 式 沥 青 混 凝 土 , 采 用 重 交 AH- 70 沥 青 + TLA 湖沥青调制的改性沥青, 主要是借鉴英国的沥青玛 蹄脂的基础上, 采取了一些改进措施, 但其高温稳定性 较难满足使用环境要求。而基本相同铺装方案在香港青 马大桥表现良好。 通 过 SBS 改 性 沥 青 掺 加 TLA 的 复 合 改 性 措 施 或 单 独采用聚合物改性沥青来提高浇注式沥青混凝土的高温 稳定性, 但这种改性沥青的粘度较高, 施工温度需要提 高到 240℃, 可能会造成 SBS 改性沥 青的老化, 降低改 性效果, 目前这种改性沥青浇注式沥青混凝土的高温稳 定性、疲劳性能是否适合我国的气候、交通环境还需要 进一步考验。 ( 3) 环氧改性沥青混凝土 我国环氧沥青作为路面材料在国内研究起步较晚, 同济大学在上世纪 90 年代对环氧沥青 进 行 了 较 系 统 研 究。但目前国产环氧沥青性能与国外产品还有差距。我 国也有必要自主研发性能优良的环氧沥青, 以满足工程 建设需要。 2000 年南京长江二桥钢桥面铺装应用美国 ChemCo 公司成品环氧沥青, 其后在润扬大桥, 江阴长江大桥, 湛江海湾大桥、佛山平胜大桥等钢桥面铺装中应用环氧 沥青混凝土, 并在江阴长江大桥铺装维修中应用日本环 氧沥青。
1967 年 ChemCo 环氧沥青混合料首次用作美国 San Mateo- Hayward 大桥正交异 性钢桥面铺装层。自此以后 环氧沥青铺装材料在美国、加拿大的正交异性桥面上得 到 广 泛 的 应 用 。 美 国 ChemCo 环 氧 施 工 温 度 为 110  ̄ 121℃, 施工时间为 45 ̄90min。
台湾部分钢桥面铺装效果不理想, 有部分出现车辙 及脱层病害。台湾地区钢桥面桥面铺装目前所面临的问 题:( 1) 大部分桥梁位于交通枢纽, 在铺面需要进行维修 时很难封闭交通, 甚至没有替代道路, 对交通形成很大 的冲击;( 2) 由于台湾地区砂石短缺, 兴建中的快速道路 或重要的联络桥多为钢桥, 传统沥青混凝土是否适用于 钢桥面有必要进行研究;( 3) 由于钢桥面的刚度比混凝土 桥面板小得多, 承受载重车时变形较大。
目前我国环氧沥青混凝土钢桥面铺装基本未出现早 期病害, 但通车时间最长的南京长江二桥只经过 6 年考 验, 环氧沥青混凝土钢桥面铺装方案还需要进一步时间 和其他工程实例的验证。其高造价及施工难度大的问题 也需要进一步改进。
2 世界典型国家和地区钢桥面铺装发展
2.1 德国桥面铺装技术标准发展情况 德国是钢桥面铺装研究最早的国家, 其桥面铺装技
面铺装的特殊要求, 为钢桥面铺装设计提供了参考。
关键词: 桥面铺装; 正交异性钢桥面; 沥青混凝土; 病害
中图分类号: U443.33
文献标识码: B
钢桥面铺装目前是我国公路建设中的一个热点、难 点问题, 严重钢桥面铺装早期破坏情况影响大跨径桥梁 交通功能发挥。有必要对钢桥面铺装研究进行相关的总 结分析, 本文对国内外钢桥面铺装进行了分析, 为钢桥 面铺装设计提供参考。
况来看, 成功的、失败例子都有。环氧沥青铺装破坏 原因主要是由于设计时对桥梁所处温度环境、交通荷 载、钢桥面刚度等因素考虑不足, 或由于施工控制不 严造成。
1 我国钢桥面铺装状况
1.1 我国钢桥面铺装使用状况 随着我国公路建设发展, 我国已建成及即将建成的
大跨径正交异性桥面板钢桥已有 20 多座 , 我国从 1980 年代开始修建正交异性桥面板钢桥, 对正交异性钢桥面 铺装的研究最早开始于广东马房桥。在此期间铺装层主 要采用密级配 SMA, 并从南京长江二桥开始采用环氧沥 青混凝土作用铺装材料, 从江阴大桥开始采用浇注式沥 青混凝土。
日 本 生 产 的 环 氧 沥 青 与 ChemCo 环 氧 沥 青 差 别 较 大, 混合料拌和温度为 160℃, 施工时间约为 2h。日本 环氧沥青与 ChemCo 公司的环氧沥青相比, 混合料施工 时间较长, 施工控制相对难度较低, 但其长期路用性能
有待进一步验证。 从世界上已建环氧沥青混合料钢桥面铺装使用情
我国主要大跨径钢桥面铺装维修情况统计数据见表 1, 这些桥面铺装大部分在 3 年内出现病害, 4 年左右开 始翻修。 1.2 钢桥面铺装主要病害特点
我 国 钢 桥 面 铺 装 使 用 情 况 表 明 , 双 层 SMA 铺 装 出 现早期破坏情况较严重, 主要是高温车辙、横向推移、
表 1 我国主要大跨径钢桥面铺装维修情况统计数据
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