1、新型橋面鋪裝與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)匯報(bào)人：丁慶軍 教授、博士生導(dǎo)師單 位：武漢理工大學(xué) 2014年6月23日鋼橋面鋪裝匯報(bào)內(nèi)容研究背景鋼橋面鋪裝水泥混凝土橋面鋪裝獲得的知識(shí)產(chǎn)權(quán)下一步工作展望 橋面鋪裝層是橋梁結(jié)構(gòu)重要組成部分，在荷載和環(huán)境侵蝕的偶合作用下易發(fā)生磨耗和劣化，橋面鋪裝質(zhì)量和性能將直接影響到汽車(chē)行駛舒適性和安全性 。一、研究背景橋面鋪裝鋼橋面12混凝土橋面鋼格子梁鋼箱梁鋼桁架梁其他簡(jiǎn)支梁連續(xù)剛構(gòu)梁鋼-混疊合梁其他懸臂梁 ERS鋪裝體系 剪力件+鋼筋網(wǎng)+高韌性混凝土+高粘SMA混凝土 澆注式瀝青混凝土 環(huán)氧樹(shù)脂瀝青混凝土鋪裝材料 雙層SMA鋪裝2.1 鋼橋面鋪裝層材料種類(lèi)及存在的問(wèn)題二、鋼橋面

2、鋪裝技術(shù)部分國(guó)家的鋪裝體系橋梁名稱(chēng)主跨/m主梁類(lèi)型建成年代鋪裝類(lèi)型金門(mén)大橋（美）1280鋼桁架梁193750mm美國(guó)環(huán)氧瀝青混合料維拉扎諾大橋1298鋼桁架梁196450mm美國(guó)環(huán)氧瀝青混合料香港青馬大橋1377鋼桁架梁199740mm澆注式瀝青混凝土明石海峽搭橋（日）1991鋼桁架梁199835mm澆注式+30mm改性AC大貝爾特橋（丹）1624鋼箱梁1998瀝青馬蹄脂混合料恒文伯大橋（英）1410鋼箱梁1981瀝青馬蹄脂混合料江陰長(zhǎng)江大橋1385鋼箱梁1999原澆注式后改為日本環(huán)氧(2004)鎮(zhèn)江潤(rùn)揚(yáng)大橋1490鋼箱梁200550mm美國(guó)環(huán)氧瀝青廣東虎門(mén)大橋888鋼箱梁1997原SMA后改

3、為日本環(huán)氧（2008）廣州黃埔大橋1108鋼箱梁2008日本環(huán)氧和美國(guó)環(huán)氧南京長(zhǎng)江二橋628鋼箱梁200050mm美國(guó)環(huán)氧瀝青混合料武漢白沙洲大橋618鋼箱梁2000SMA 美國(guó)環(huán)氧瀝青（2009）武漢陽(yáng)邏大橋1280鋼箱梁200750mm美國(guó)環(huán)氧瀝青鋪裝材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)澆注式瀝青混凝土(GA)以德國(guó)、日本為主1）材料的空隙率幾乎為零，防止粘結(jié)層免遭水損害；2）低溫柔韌性較好，與鋼橋面板協(xié)調(diào)變形性能強(qiáng)；1）對(duì)施工設(shè)備要求高；2）高溫推移、擁包、車(chē)轍，冬 季低溫時(shí)出現(xiàn)收縮開(kāi)裂；國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝材料對(duì)比改性瀝青(SMA)以德國(guó)、日本為主1) 熱穩(wěn)性?xún)?yōu)良；2) 抗滑耐磨耗；3) 抗裂性性?xún)?yōu)良；1) 粘結(jié)

4、性能差；2）易出現(xiàn)推移、擁包等問(wèn)題；3）易造成疲勞破壞；環(huán)氧樹(shù)脂瀝青(EA)以美國(guó)、日本為主，主要有溫拌及熱拌兩種。1) 粘結(jié)性能好；2) 高溫時(shí)車(chē)轍與推移現(xiàn)象明顯減少1）低溫勁度大，易開(kāi)裂；2）施工復(fù)雜，溫度范圍較窄3）國(guó)外技術(shù)，成本較高；4）構(gòu)造深度小，抗滑性差， 在重載車(chē)交通環(huán)境下，使用不到兩年也出現(xiàn)了破壞。南京長(zhǎng)江二橋江陰大橋材料與鋼板間的彈性模量差異大,不能協(xié)調(diào)一致變形. 車(chē)輛超載、重載普遍高溫、多雨等惡劣氣候內(nèi)因外因耐疲勞性差粘結(jié)性能差無(wú)法改變內(nèi)因上解決從材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā) 因此，研究開(kāi)發(fā)一種基于材料梯度設(shè)計(jì)的新型鋼橋面鋪裝技術(shù)！鋼橋面鋪裝層破壞原因與解決思路減輕自重荷載。輕集料混

5、凝土可使鋪裝層內(nèi)材料產(chǎn)生彈模梯度變化，顯著降低鋪裝層體系的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，提高其使用壽命 澆注輕質(zhì)高韌性混凝土 鋼板焊接剪力件提高鋪裝層材料與鋼板之間的界面抗剪強(qiáng)度和與鋼板的協(xié)同一致變形能力焊接剪力件綁扎鋼筋網(wǎng)防水防銹層設(shè)置防水防銹層 提高防水性能,防止鋼板生銹 設(shè)置防水應(yīng)力吸收層防止反射裂縫 高粘高彈SMA13 高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層鋪設(shè)高粘SMA13提高面層的行車(chē)舒適性、抗滑性、抗車(chē)轍、水穩(wěn)性和耐疲勞性綁扎鋼筋網(wǎng)輕質(zhì)高韌性混凝土2.2 新型鋼橋面鋪裝層技術(shù)方案（2001年提出）鋼箱梁段鋪裝體系復(fù)合作用模型 鋼箱梁段車(chē)載沿橫橋向作用示意圖 以武漢機(jī)場(chǎng)第二公路通道主橋鋼箱梁段(跨度150m

6、）為例2.3 鋪裝層力學(xué)響應(yīng)分析項(xiàng) 目計(jì) 算 參 數(shù)鋼箱梁頂板厚度/mm20橫隔板間距/mm3000橫隔板厚度/mm10頂板U形加勁肋厚度/mm8U形加勁肋間距/mm600瀝青鋪裝層厚度/mm50+50鋼板泊松比0.25鋼板彈性模量/MPa210000改性瀝青SMA泊松比0.35改性瀝青SMA彈性模量/MPa1200最大橫向拉應(yīng)力位于沿橋縱向的加勁肋板上方鋪裝表面。 最大縱向拉應(yīng)力位于橫隔板上方鋪裝層表面。 最大層間剪應(yīng)力出現(xiàn)在橫隔板上方附近加勁肋兩側(cè)區(qū)域。 最大豎向位移出現(xiàn)荷載作用于跨中時(shí)。 下面層鋪裝材料的模量400MPa800MPa3000MPa30GPa上面層橫/縱向最大拉應(yīng)力MPa0

7、.42/0.320.35/0.260.28/0.210.11/0.08下面層橫/縱向最大拉應(yīng)力MPa0.37/0.300.49/0.390.77/0.541.02/0.82上下鋪裝層間最大剪應(yīng)力MPa0.230.170.120.09鋪裝層與鋼板間最大剪應(yīng)力MPa0.440.480.610.81 隨著下面層模量的提高，上面層的橫向拉應(yīng)力減小，下面層的拉應(yīng)力增大，上下面層間的層間剪應(yīng)力減小，下面層與鋼板的層間剪應(yīng)力增大。雙層鋪裝結(jié)構(gòu)需要采取措施提高下面層材料的抗拉強(qiáng)度、韌性以及與鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度，并使下面層與鋼板協(xié)同變形。表1 上面層SMA、下面層不同模量鋪裝材料的力學(xué)分析 2.4 梯度設(shè)計(jì)下鋪裝層

8、力學(xué)分析 將“鋼橋面板-鋪裝結(jié)構(gòu)層-表面功能層”作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出“強(qiáng)化界面粘接、協(xié)同層間變形、優(yōu)化表面功能、提升整體性能”的設(shè)計(jì)思路，采用“創(chuàng)新設(shè)計(jì)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提升性能、材料復(fù)合”的技術(shù)方法。 基于材料梯度設(shè)計(jì)原理, 提出在鋼板（彈性模量210GPa）上焊接剪力件、綁扎鋼筋網(wǎng)、澆筑與鋼板具有較好追從性的高韌性輕質(zhì)混凝土為下面層（彈性模量約2528GPa，I20 20，厚度58cm），上面層鋪設(shè)SMA13瀝青混凝土（彈性模量1.21.6GPa，厚度45cm），形成彈性模量梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)。2.5 新型鋪裝結(jié)構(gòu)鋪裝層設(shè)計(jì)原理鋼橋面雙層瀝青鋪裝層 鋼橋面“過(guò)渡層-瀝青組合”鋪裝層 在下

9、面層鋪裝結(jié)構(gòu)中，剪力件與鋼筋網(wǎng)構(gòu)成的橋面抗推移骨架，在提高下面層高韌性輕集料混凝土抗滑移能力的同時(shí)，使行車(chē)荷載作用于鋼橋面的各向應(yīng)力得以均勻傳遞，進(jìn)一步提高鋪裝層與鋼橋面之間的協(xié)同變形能力和抗疲勞特性。在上、下鋪裝層間熱灑2mm高粘高彈改性瀝青的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層，提高了混凝土層與瀝青鋪裝層之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度同時(shí)能防止水滲透造成的剪力件和鋼筋網(wǎng)以及鋼板銹蝕，并耗散車(chē)輛荷載往復(fù)作用下混凝土層裂縫處應(yīng)力集中產(chǎn)生的能量，阻止裂縫反射到SMA13瀝青混凝土層。采用高粘SMA鋪裝技術(shù)，使表面磨耗層具有更為優(yōu)良的高溫抗車(chē)轍、低溫抗裂及耐久性性能。2.5 新型鋪裝結(jié)構(gòu)鋪裝層設(shè)計(jì)原理 1、混凝土的增

10、韌和輕質(zhì)化，優(yōu)異的抗疲勞開(kāi)裂性能并降低橋面鋪裝層靜荷載且易于泵送澆筑施工高強(qiáng)高韌性輕質(zhì)混凝土材料的設(shè)計(jì)與制備技術(shù) 2、防水、粘結(jié)、應(yīng)力吸收一體化功能材料的開(kāi)發(fā)。提高瀝青混凝土鋪裝層與混凝土之間的界面粘結(jié)、抗剪性能、防水性能一體化高粘高彈瀝青的開(kāi)發(fā) 3、提高瀝青混凝土的高溫性能及抗疲勞性能高粘度SMA瀝青混凝土制備技術(shù)2.6 解決的關(guān)鍵技術(shù) 針對(duì)輕集料強(qiáng)度低、混凝土脆性大等問(wèn)題，采用聚合物、超細(xì)水泥、摻合料等超細(xì)膠凝粉料漿進(jìn)行表面處理，使輕集料表面形成具有修復(fù)缺陷和增加水化活性的功能層，可顯著提高輕集料的強(qiáng)度，并能優(yōu)化輕集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)，大大提升混凝土的強(qiáng)度和性能。不同工藝對(duì)輕集料混凝土的

11、增強(qiáng)效果比較增強(qiáng)劑工藝坍落度/cm擴(kuò)展度/cm抗壓強(qiáng)度/MPa7d28d不用普通拌和工藝185546.553.0摻加界面強(qiáng)化工藝226456.272.1 未使用增強(qiáng)劑預(yù)處理使用增強(qiáng)劑預(yù)處理（1）高強(qiáng)高韌性輕質(zhì)混凝土材料的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)利用界面強(qiáng)化后的輕集料，優(yōu)選聚合物種類(lèi)，進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，其混凝土韌性大幅度提高。 聚合物乳液/%抗壓強(qiáng)度/MPa抗彎強(qiáng)度/MPa折壓比7d28d28d/49594.10.063550604.40.0681048624.80.0732049635.30.0812547605.10.082不摻聚合物摻加聚合物復(fù)合纖維與聚合物增韌高強(qiáng)輕集料混凝土編號(hào)鋼纖維摻量/%仿

12、鋼纖維/%聚丙烯腈/Kgm-3玄武巖纖維聚丙烯/Kgm-3聚合物/g28d抗壓強(qiáng)度/MPa28d抗折 強(qiáng)度/MPa斷裂韌性指數(shù)/I20導(dǎo)熱系數(shù)W/(mk)密度/Kgm-31/493.11.261.01188720.6/555.25.81.61192031.0 /575.510.41.7219804/0.5/513.91.651.0518905/1.0/534.31.701.1518906/1.0/513.55.31.1818958/1/523.813.91.16190190.6/1/585.616.01.681925100.6/1/565.417.81.711928110.80.50.5105

13、95.720.21.661917120.8/1/20605.922.41.671920采用鋼纖維、聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維和聚合物復(fù)合增韌效果最好，混凝土的重量增加較小、韌性高，可提高20倍以上。輕集料界面強(qiáng)化、纖維與聚合物復(fù)合增韌混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到60MPa以上，抗折強(qiáng)度達(dá)到9MPa，韌性指數(shù)I20達(dá)到22.4 。技術(shù)對(duì)比聚合物kgm-3鋼纖維與聚合物纖維復(fù)合/kg28d抗壓強(qiáng)度/MPa28d抗折強(qiáng)度/MPa斷裂韌性指數(shù)/I20密度/kgm-3輕集料混凝土594.11.461890復(fù)合纖維增韌輕集料混凝土2070+1687.7151890輕集料界面強(qiáng)化技術(shù)與聚合物、纖維復(fù)合增韌技術(shù)2070+

14、1679.022.41920復(fù)合纖維與聚合物增韌高強(qiáng)輕集料混凝土技術(shù)對(duì)比疲勞荷載次數(shù)/萬(wàn)次普通C50鋼纖維混凝土54萬(wàn)次輕質(zhì)高強(qiáng)高韌性混凝土大于200萬(wàn)次加載頻率10Hz,控制應(yīng)力比0.75混凝土抗彎拉疲勞性能測(cè)試條件疲勞荷載次數(shù)10Hz，控制應(yīng)變700u大于1000萬(wàn)次跨度1m，跨中擾度3cm大于1000次構(gòu)件抗彎拉疲勞性能構(gòu)件：鋼板（厚度14mm），剪力釘（直徑16mm、高45mm、間距400mm），鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格間 距100*100mm，直徑10mm），輕質(zhì)高強(qiáng)高韌性混凝土（厚度50mm）。坍落度/cm擴(kuò)展度/cm加壓6.0MPa泌水量/ml初始90min初始90minV10V140221

15、855533.519高韌性輕質(zhì)混凝土工作性能可泵送施工，泵送距離300m。考慮彈模與密度匹配的集料組成設(shè)計(jì)當(dāng)輕集料占普通集料比例50%時(shí) ，其中：VNA普通集料在低收縮超高韌性水泥基材料中的絕對(duì)體積含量（%） E、ENA、ELC低收縮超高韌性水泥基材料、普通集料和純輕集料水 泥基 材料的彈性模量。考慮抗壓強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性的膠凝材料與集料的密實(shí)堆積設(shè)計(jì)考慮韌性、工作性能的混雜纖維與聚合物乳液協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)（2）低收縮超高韌性水泥基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)方法 低收縮超高韌性水泥基工程復(fù)合材料的制備工藝 最佳拌合工藝下制備出的高流動(dòng)度低收縮超高韌性水泥基工程復(fù)合材料。1)砂灰比： 隨著砂灰比的升高而抗壓、抗折強(qiáng)度

16、降低，綜合考慮力學(xué)性能及砂灰比過(guò)低對(duì)體積穩(wěn)定性的影響，砂灰比宜選取0.60.8。 各組分對(duì)材料性能的影響規(guī)律抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度2)纖維 隨著纖維摻量的增加抗折強(qiáng)度、彎曲韌性提高，抗壓強(qiáng)度影響不大。宜選取1%鋼纖維+0.5%PVA混雜增韌。抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度3)聚合物 隨著非離子型水性環(huán)氧樹(shù)脂聚合物乳液摻量增加其抗壓強(qiáng)度略有降低，抗折強(qiáng)度、韌性提高。 聚合物乳液宜選取10%。抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度4)陶砂 水泥基材料抗壓、抗折強(qiáng)度、自收縮和容重均隨著陶砂摻量的提升而降低，陶砂摻量宜選取40%60%。容重（kg/m3）不同水泥基材料配比下早期自收縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)編號(hào)類(lèi)別自收縮率（10-6）3d7d28d56dS1

17、空白66588111891227S2鋼纖維471584886934S3混雜纖維327512721789S420%陶砂291488603682S560%陶砂274476581613S6膨脹劑104151243287收縮性能研究低收縮超高韌性水泥基工程復(fù)合材料，膠凝材料摻量高，水膠比較低而密實(shí)度高，自收縮較大 ，需進(jìn)行體積穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。收縮率（10-6）彎曲韌性研究纖維及聚合物乳液對(duì)彎曲韌性的影響編號(hào)類(lèi)別韌性指數(shù)/I20R-1空白-R-2鋼纖維12.43R-3PVA+鋼纖維14.71R-4PVA+鋼纖維+5%聚合物17.25R-5PVA+鋼纖維+10%聚合物23.42 選取PVA纖維與鋼纖維混雜，并

18、加入聚合物增韌 ，對(duì)比不同配比下的彎曲韌性指數(shù)I20。荷載-擾度曲線(xiàn) 抗彎拉疲勞性能研究研究不同應(yīng)力比下低收縮超高韌性水泥基工程復(fù)合材料抗彎拉疲勞性能。組別應(yīng)力水平0.650.700.750.80.851#大于200萬(wàn)次1634563638920432652541272#大于200萬(wàn)次18934671127832346781652393#大于200萬(wàn)次1945686720359257697104716平均值大于200萬(wàn)次182457282903734571074694疲勞方程S=1.574-0.1402lgN 三、活性粉末混凝土 （3）免蒸養(yǎng)超高強(qiáng)高韌性混凝土的設(shè)計(jì)與制備剔除粗骨料，提高勻質(zhì)性

19、降低水膠比，減小孔隙率添加活性組分，提高密實(shí)度通過(guò)熱養(yǎng)護(hù)，改善微結(jié)構(gòu)摻加鋼纖維，提高韌性常見(jiàn)超高強(qiáng)混凝土：活性粉末混凝土（RPC）優(yōu)點(diǎn)：力學(xué)性能與耐久性能優(yōu)良原材料：石英砂、石英粉、水泥、水、減水劑缺點(diǎn)：原材料（石英砂等）成本高；實(shí)際施工熱養(yǎng)護(hù)困難；拌合物流變性能差，不易泵送施工。引入516mm粒徑的玄武巖作為粗骨料選用性質(zhì)優(yōu)良的骨料取消熱養(yǎng)護(hù)制度使用細(xì)河砂代替石英砂采用超細(xì)礦粉取代部分硅灰改進(jìn)思路免蒸養(yǎng)超高強(qiáng)高韌性混凝土編號(hào)水泥kg硅灰kg超細(xì)礦粉kg粉煤灰kg砂kg石kg鋼纖維kgW/C減水劑坍落度/擴(kuò)展度mm28d抗壓強(qiáng)度MPa28d抗折強(qiáng)度MPa斷裂韌性指數(shù)I20A4901201201

20、207208801200.21.7%220/500132.616.618.5B4901201201207208801500.21.7%200/490140.821.123.1免蒸養(yǎng)超高強(qiáng)高韌性混凝土配合比設(shè)計(jì)（4）防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層高粘高彈改性瀝青的開(kāi)發(fā)混凝土層與瀝青面層之間的粘結(jié)層應(yīng)同時(shí)具備防水、粘結(jié)和應(yīng)力吸收的作用，以提高鋼橋面鋪裝層的耐久性。通常使用的粘結(jié)層有熱撒SBS瀝青或者噴灑改性乳化瀝青，能夠起到一定的防水和界面粘結(jié)作用，但是其瀝青的粘彈性、彈性恢復(fù)及粘韌性不足，不能夠起到應(yīng)力吸收的作用。 因此需要對(duì)瀝青的粘彈性能進(jìn)行優(yōu)化！增粘組分要求：具有軟化點(diǎn)適中，與瀝青相容性好以及較強(qiáng)的高溫

21、粘結(jié)性和穩(wěn)定性。增韌組分要求：與瀝青密度接近，增塑效率高，揮發(fā)性較低，低溫柔軟性較好改性主劑選擇要求：與瀝青具有良好的相容性，具有較高的拉伸強(qiáng)度和高溫抗拉伸能力。 要求：與瀝青相容性較好，具有與瀝青將近的密度，并能夠較好的溶解其他改性組分增容穩(wěn)定組分 高粘高彈瀝青的開(kāi)發(fā)增彈組分增韌組分增粘組分增容組分高速剪切40008000r/min）改性主劑增容穩(wěn)定劑增粘樹(shù)脂基質(zhì)瀝青高粘高彈改性瀝青高粘高彈瀝青的開(kāi)發(fā)高粘高彈改性瀝青性能技術(shù)指標(biāo)單 位高粘高彈改性瀝青SBS改性瀝青日本TPS改性瀝青針入度（25、100g、5s）0.1mm56.262.345軟化點(diǎn)（TR&B）92.778.588.2延度（5、

22、5cm/mim）cm59.625.241.260粘度PaS72500345054000粘韌性（25）Nm27.56.325韌性（25）Nm18.64.215.8SBS改性瀝青TPS改性瀝青高粘高彈瀝青SBS改性瀝青TPS改性瀝青高粘高彈瀝青255橡膠瀝青SBS改性瀝青TPS改性瀝青高粘高彈瀝青88%低溫彈性恢復(fù)高粘高彈改性瀝青性能48%疲勞彈性恢復(fù)橡膠瀝青SBS改性瀝青TPS改性瀝青高粘高彈改性瀝青29%31%71%70%91%73%75%15高粘高彈改性瀝青性能粘附能力水煮后（3min）玄武巖水煮前水煮后（3min）石灰?guī)r水煮前高溫沸煮后，瀝青與石料粘附好，說(shuō)明高粘高彈改性瀝青的粘附性能優(yōu)異

23、，形成的瀝青膜厚，界面粘結(jié)牢固。高粘高彈改性瀝青性能高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層研究MPa高粘高彈應(yīng)力吸收層SBS改性瀝青粘結(jié)層測(cè)試位置25602560拉拔強(qiáng)度0.750.450.380.15界面抗剪強(qiáng)度1.650.930.950.31拉拔性能測(cè)試防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層的界面粘結(jié)性能如下：抗剪性能測(cè)試灑鋪量（kg/m2）不同壓力條件下的透水時(shí)間0.1MPa0.2MPa0.3MPa0.5MPa1.01h不透水45min不透水30min不透水10min不透水1.51h不透水1h不透水50min不透水35min不透水2.01h不透水1h不透水1h不透水1h不透水2.51h不透水1h不透水1h不透水1h不透

24、水 研究結(jié)果表明，高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層完全能夠滿(mǎn)足城市橋梁橋面防水工程技術(shù)規(guī)程（CJJ139-2010）中0.3MPa水壓大于30min不透水的性能要求，具有優(yōu)異的防水性能。高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層研究采用組合結(jié)構(gòu)疲勞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)力吸收能力表征。（0.6應(yīng)力比，頻率10Hz）：試驗(yàn)方案初裂1cm2cm3cm終裂140001020019200256003760025590068900815001069001265003218000235000246500269200336000高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層研究 采用本鋪裝方案的初裂疲勞次數(shù)是未設(shè)置應(yīng)力吸收層的方案的50倍，是普通橡膠瀝青應(yīng)力吸

25、收層的5倍，因此高粘高彈應(yīng)力吸收粘結(jié)層能夠有效的防止反射裂縫的產(chǎn)生。基于MTS的應(yīng)力吸收試驗(yàn)結(jié)果如下：卸載后混凝土斷開(kāi)2cm加載前高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層研究 應(yīng)力吸收層粘結(jié)層施工時(shí)將高粘高彈改性瀝青迅速升溫至190-200，并將加熱至175-190的預(yù)拌碎石裝進(jìn)瀝青碎石同步封層車(chē)進(jìn)行撒鋪，并采用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，形成應(yīng)力吸收粘結(jié)層。瀝青灑布量為1.7-2.0kg/m2，碎石覆蓋率為70-85%。高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層碎石同步封層車(chē)撒鋪施工高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層施工 針對(duì)橋面噪音大的特點(diǎn)，可采用行車(chē)舒適性好的SMA瀝青混合料作為面層，一方面符合了材料梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，大大提高了橋面

26、鋪裝層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)賦予了面層的降躁、耐磨、抗滑功能。 為了提高鋪裝層材料的耐疲勞性、水穩(wěn)性，采用自主研發(fā)的高粘高彈改性瀝青制備高抗車(chē)轍、水穩(wěn)性能良好、耐疲勞的SMA瀝青混凝土作為面層。（5）抗滑、降噪、耐磨瀝青混凝土材料高粘SMA指標(biāo)SMA-13（普通）SMA-13（橡膠瀝青）高粘高彈SMA-13浸水殘留穩(wěn)定度/%89.385.492.5 凍融劈裂強(qiáng)度比/%87.680.891.1動(dòng)穩(wěn)定度/次/mm6062766200856870327033256956高粘高彈改性瀝青SMA性能研究2.7 組合鋪裝結(jié)構(gòu)抗彎拉疲勞性能鋼板焊接剪力件防水防銹層高粘高彈SMA13 高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層綁

27、扎鋼筋網(wǎng)輕質(zhì)高韌性混凝土研究剪力釘、鋼筋網(wǎng)尺寸對(duì)組合鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響，優(yōu)選最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)與EA、GA進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)疲勞性能的影響編號(hào)剪力釘間距30040050011000萬(wàn)次1000萬(wàn)次825萬(wàn)次21000萬(wàn)次1000萬(wàn)次743萬(wàn)次平均1000萬(wàn)次1000萬(wàn)次784萬(wàn)次不同剪力釘間距下抗彎拉疲勞壽命 不同剪力釘間距（300、400mm、500mm），水泥混凝土層（50mm）下疲勞性能測(cè)試。剪力釘間距剪力釘高度和鋪裝層厚度 選取剪力釘間距400mm，剪力釘高度占鋪裝層厚度的9095%，剪力釘高度45mm、75mm、95mm對(duì)應(yīng)澆筑不同的鋪裝厚度5cm、8cm、10cm，對(duì)比不同水泥

28、混凝土層鋪裝厚度對(duì)整體組合鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響。剪力釘高度（mm）疲勞次數(shù)（萬(wàn)次）平均值（萬(wàn)次）451000100010007510001000100095100010001000 不同剪力釘高度下的抗彎拉疲勞壽命 剪力釘直徑 選取剪力釘間距400mm，鋪裝厚度50mm下，研究不同剪力釘直徑對(duì)組合鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響。不同剪力釘直徑下的抗彎拉疲勞壽命剪力釘直徑（mm）疲勞次數(shù)（萬(wàn)次）121000141000161000 鋼筋網(wǎng)直徑與網(wǎng)格間距不同鋼筋網(wǎng)直徑下的抗彎拉疲勞壽命鋼筋網(wǎng)直徑（mm）網(wǎng)格間距（mm）疲勞次數(shù)（萬(wàn)次）51001007048868101000121000不同網(wǎng)格間距下的抗

29、彎拉疲勞壽命鋼筋網(wǎng)直徑（mm）網(wǎng)格間距（mm）疲勞次數(shù)（萬(wàn)次）10505010001001001000150150851 結(jié)構(gòu)參數(shù)選取如下：鋼板（14mm）、鋼筋網(wǎng)（直徑10、網(wǎng)孔為100mm100mm）、剪力釘（間距400mm，高度45mm，直徑16mm）、研制輕質(zhì)高強(qiáng)高韌性水泥混凝土（厚度50mm）、應(yīng)力吸收功能層、高粘SMA-13（厚度50mm） 。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)疲勞性能優(yōu)異的橋面鋪裝材料GA與EA瀝青混凝土進(jìn)行對(duì)比 ：不同鋪裝結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比指標(biāo)本方案GAEA試驗(yàn)溫度202020應(yīng)變水平700u700u700u加載頻率10Hz10Hz10Hz壽命/萬(wàn)次大于1000大于1000大于10

30、00 2003至今，該方案已于全國(guó)800余跨鋼橋面鋪裝工程中成功應(yīng)用。例如：武漢外環(huán)C匝道橋（通車(chē)11年，未出現(xiàn)任何損壞）、武漢金橋大道（跨徑350m）、宜昌枝城長(zhǎng)江大橋（跨長(zhǎng)江公鐵兩用橋）、深圳紅桂路大縱坡（縱坡接近7%，橫坡接近5%）、唐山205國(guó)道王盼莊互通立交（重載、超載現(xiàn)象嚴(yán)重）。有效解決了鋼橋面鋪裝層推移、擁包、開(kāi)裂等病害。工程應(yīng)用武漢外環(huán)C匝道鋼箱梁立交橋（通車(chē)11年）武漢外環(huán)C匝道橋（通車(chē)11年）武漢市金橋大道L32聯(lián)橋面鋪裝鋼橋面工程實(shí)例武漢市金橋大道（通車(chē)3年）高摻量聚合物鋼纖維增韌輕質(zhì)混凝土高粘彈性應(yīng)力吸收層材料 金橋大道設(shè)計(jì)方案灌注高粘高彈瀝青 35mm 35mm 墩頂

31、 跨中 鋼橋面工程實(shí)例金橋大道（跨徑350m）唐山205國(guó)道王盼莊互通立交（通車(chē)2年）鋼橋面工程實(shí)例深圳市紅桂路（通車(chē)4年）未見(jiàn)任何病害縱坡接近7%，橫坡接近5%漢蔡紅廟主線(xiàn)橋（通車(chē)7年）漢蔡侏儒互通（通車(chē)7年）香港路立交橋（通車(chē)9年）武漢市中環(huán)線(xiàn)西環(huán)段高架橋(通車(chē)8年)漢蔡高速公路鋼箱梁主線(xiàn)橋(通車(chē)7年)青鄭高速公路立交橋(通車(chē)7年)枝城大橋公路橋全長(zhǎng)1744.8m；主橋孔跨布置為4160+5128m鋼桁架連續(xù)梁橋。枝城長(zhǎng)江大橋鋼橋面工程實(shí)例 廣東佛山東平大橋（主跨300米）通車(chē)六年。東平大橋鋼橋面工程實(shí)例 合江長(zhǎng)江一橋，跨度530m，目前世界上同類(lèi)型橋梁跨度最大的橋梁，被譽(yù)為“世界第一跨”

32、，通車(chē)2年。鋼橋面工程實(shí)例鋼橋面工程實(shí)例剪力板方案 東莞東江大橋(通車(chē)5年）采用防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層+高粘SMA鋪裝，在東莞東江大橋（通車(chē)5年）、武漢二七路長(zhǎng)江大橋（3年）、武漢長(zhǎng)江二橋（11年）、月湖橋（9年）、二環(huán)線(xiàn)武昌雄楚立交橋（5年）、二環(huán)線(xiàn)珞獅南路立交橋（5年），使用至今均未出現(xiàn)病害。鋼混疊合梁橋面高粘高彈瀝青的應(yīng)用工程實(shí)例二七路長(zhǎng)江大橋（通車(chē)3年）鋼混疊合梁橋面高粘高彈瀝青的應(yīng)用工程實(shí)例武漢長(zhǎng)江二橋（通車(chē)11年）二環(huán)線(xiàn)（通車(chē)5年）月湖橋（通車(chē)5年）混凝土梁橋面高粘高彈瀝青的應(yīng)用工程實(shí)例鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋主橋采用三塔懸索橋方案，正橋長(zhǎng)3420 m，雙向8車(chē)道。鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋鋼混疊合梁橋面高

33、粘高彈瀝青的應(yīng)用工程實(shí)例目前橋梁工程中，在混凝土梁上澆筑鋪裝層混凝土?xí)r，一般采用剪力鍵加鋼筋網(wǎng)組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，但是，從施工和使用現(xiàn)狀來(lái)看，這種結(jié)構(gòu)形式存在著很多問(wèn)題。三、 水泥混凝土橋面鋪裝剪力鍵+鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)1、混凝土主梁一般先期預(yù)制或澆筑完成，鋪裝層混凝土和梁體混凝土收縮變形不一致，梁體限制鋪裝層混凝土的收縮，使鋪裝層產(chǎn)生拉應(yīng)力，易造成鋪裝層面層開(kāi)裂；梁體預(yù)制橋面裂紋多梁體預(yù)制精度差2、施工精度差，造成梁體頂面凸凹不平，從而引起鋪裝層厚薄不一，在有些部位鋪裝層混凝土厚度不到2cm，導(dǎo)致鋪裝層受力不協(xié)調(diào)，極易造成鋪裝層開(kāi)裂；綁扎不到位鋼筋脫落鋼筋網(wǎng)下積水3、施工現(xiàn)場(chǎng)焊接的鋼筋網(wǎng)片網(wǎng)格

34、間距不等，綁扎不到位，引起鋼筋脫落，且鋼筋網(wǎng)下垃圾和積水難以清理，嚴(yán)重影響橋面鋪裝質(zhì)量；施工車(chē)輛碾壓4、在鋪裝層施工過(guò)程中，由于車(chē)輛碾壓以及人為踩踏，使鋼筋網(wǎng)片緊貼梁體的頂面，鋼筋網(wǎng)“沉底”，起不到提高鋪裝層混凝土抗彎拉疲勞性能、限制混凝土收縮的作用。鋼筋網(wǎng)沉底5、鋼筋網(wǎng)片下的砂漿墊塊強(qiáng)度較低，易被壓碎，造成鋪裝層混凝土局部強(qiáng)度降低，在車(chē)輛載荷的反復(fù)作用下，易形成疲勞開(kāi)裂；砂漿墊塊被壓碎鋪裝層暴漏在太陽(yáng)直射和風(fēng)吹的環(huán)境中因?yàn)殇摻罹W(wǎng)沉底，裂紋多而返工6、橋面鋪裝層面積大，通常都會(huì)受到太陽(yáng)直射和風(fēng)吹，混凝土澆筑后，如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，水分散失很快，極易造成混凝土干縮裂縫；解決上述問(wèn)題的通用方法：鋼筋網(wǎng)直

35、徑增大：68101216雙層鋼筋網(wǎng)片；混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高：C30C40C50。但鋪裝層仍然存在開(kāi)裂問(wèn)題。基于以上分析：鋼筋網(wǎng)“沉底”，不僅起不到提高鋪裝層混凝土抗彎拉疲勞性能、限制混凝土收縮的作用，還嚴(yán)重影響施工速度，提出以下方案：高韌性低收縮混凝土適宜形狀及間距的剪力鍵適當(dāng)?shù)氖┕すに囦摻罹W(wǎng)普通混凝土鋼筋網(wǎng)混凝土梁橋面鋪裝關(guān)鍵技術(shù)及解決思路：1、制備高韌性低收縮混凝土2、采用合適形狀及間距的剪力鍵，提高梁體和鋪裝層抗彎拉性能及疲勞壽命3、采用適當(dāng)?shù)氖┕すに嚧胧ＷC橋面鋪裝施工質(zhì)量開(kāi)發(fā)具有減縮、增韌、高效減水保塑的多功能復(fù)合外加劑；采用密實(shí)骨架堆積理論，設(shè)計(jì)混凝土配合比，降低水泥用量，減少混凝

36、土收縮；采用鋼纖維和聚丙烯腈纖維混摻，進(jìn)一步提高混凝土的韌性及抗裂性能。水泥粉煤灰砂大石小石水外加劑/%聚丙烯腈纖維鋼纖維34080 921 2996981281.50.840 經(jīng)大量試驗(yàn)研究，水泥混凝土梁無(wú)筋鋪裝最佳配合比及性能如下：高韌性低收縮混凝土配比及性能磨耗值kg/m3彎曲韌性指數(shù)I20抗?jié)B等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa） 抗折強(qiáng)度（MPa）疲勞性能（萬(wàn)次）2.3821.6P2454.87.520028d性能測(cè)試抗彎拉疲勞性能試件制作：尺寸為150mm150mm550mm的組合結(jié)構(gòu)試件，鋼筋網(wǎng)直徑12，網(wǎng)格間距為10cm10cm；尺寸為1.4m0.45m0.18m（梁體厚度0.10m，鋪裝層厚

37、度0.08m）的組合結(jié)構(gòu)試件，在梁體混凝土中加設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)直徑12，網(wǎng)格間距10cm10cm，馬蹄型剪力鍵（直徑10，長(zhǎng)80mm），剪力鍵在鋪裝層混凝土內(nèi)埋深60mm。剪力鍵均按照設(shè)計(jì)間距焊接在鋼筋網(wǎng)上。150mm150mm550mm1.4m0.45m0.18mMTS250KN疲勞試驗(yàn)機(jī)1.4m0.45m0.18m1.4m0.45m0.18m抗彎拉疲勞性能100cm+鋼筋網(wǎng)+普通砼40cm+鋼筋網(wǎng)+普通砼40cm+低收縮高韌性混凝土20cm +低收縮高韌性混凝土應(yīng)力比0.50.50.50.5控制應(yīng)變100100100100監(jiān)測(cè)出現(xiàn)開(kāi)裂時(shí)次數(shù)422936403897602421750050應(yīng)

38、變片斷裂時(shí)次數(shù)443216422366603864756892側(cè)面出現(xiàn)有裂縫時(shí)次數(shù)5301005061002627829773200擴(kuò)展到層交界處時(shí)次數(shù)593448583036654216798434裂縫寬度/mm0.30.30.40.3抗彎拉疲勞性能1.4m0.45m0.18m組合結(jié)構(gòu)試件，抗彎拉疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果鋪裝層結(jié)構(gòu)形式剪力鍵形狀極限載荷/KN普通混凝土+鋼筋網(wǎng)無(wú)剪力鍵54.3L型56.6馬蹄型57.0高韌性低收縮混凝土（不加鋼筋網(wǎng)）無(wú)剪力鍵58.5L型61.2馬蹄型61.9150mm150mm550mm組合結(jié)構(gòu)靜載實(shí)驗(yàn)鋪裝層結(jié)構(gòu)形式剪力鍵形狀疲勞壽命/次普通混凝土+鋼筋網(wǎng)無(wú)剪力鍵5194

39、29L型522367馬蹄型538699高韌性低收縮混凝土（不加鋼筋網(wǎng)）無(wú)剪力鍵634784L型652952馬蹄型693954150mm150mm550mm組合結(jié)構(gòu)疲勞實(shí)驗(yàn)抗彎拉疲勞性能專(zhuān)用外加劑梁體頂面潤(rùn)濕攤鋪混凝土1、遂西高速公路李家戶(hù)大橋該橋長(zhǎng)126m，寬24.5m。原設(shè)計(jì)方案采用普通混凝土加鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，每天可澆筑100-200m。取消鋼筋網(wǎng)，采用高韌性低收縮混凝土的鋪裝方案，由于施工便利，每天可澆筑500m，施工速度加快了近3倍，由此帶來(lái)的材料、人工及機(jī)械等施工成本降低了20元/m2。工程應(yīng)用塑料薄膜阻止水分散失冬季覆蓋土工布橋墩橫向中心位置切縫翹起剪力鍵震動(dòng)梁整平立即覆蓋厚型塑料薄

40、膜工程應(yīng)用2、連家灣大橋雅西高速公路連家灣橋?yàn)?孔13米的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，橫坡為2%，縱坡為2.5%，主梁為帶翼小箱梁，橫向全寬布置10片，半幅布置5片梁，下部結(jié)構(gòu)為直徑130cm的樁基礎(chǔ)，半幅雙柱結(jié)構(gòu)體系，最大樁基長(zhǎng)度為20米，最大墩柱高度為7.2米，兩岸橋臺(tái)為肋板式結(jié)構(gòu)，高度為7.4米和6.0米。該橋與2010年9月10日完成無(wú)筋橋面鋪裝，14天后，拆除養(yǎng)護(hù)薄膜，施工車(chē)輛在混凝土橋面上行駛兩個(gè)月后，于2010年11月15日完成橋面瀝青混凝土的澆筑，在澆筑瀝青混凝土前，每天安排人現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何早期裂縫，橋面鋪裝效果良好。工程應(yīng)用工程應(yīng)用3、南瓜2號(hào)橋雅西高速公路南瓜2號(hào)橋?yàn)?0米、30米、40米的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，橋梁平均長(zhǎng)度為266550米，下部結(jié)構(gòu)為直徑180cm的柱和直徑為220cm的樁基，或者為空心薄壁橋墩。該橋于2011年6月20日開(kāi)始澆筑