国内外钢桥面铺装技术的发展和比较分析ppt课件

1、1国内外钢桥面铺装技术的国内外钢桥面铺装技术的发展和比较分析发展和比较分析陈仕周陈仕周 研究员研究员重庆鹏方路面工程技术研究院重庆鹏方路面工程技术研究院2一一 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程浇注式沥青混凝土在我国的应用历程 二二 我国与日本的浇注式沥青混凝土比较我国与日本的浇注式沥青混凝土比较三三 建议的浇注式沥青混凝土铺装结构建议的浇注式沥青混凝土铺装结构四四 我国环氧沥青混凝土铺装存在的主要问题及解决方法的思考我国环氧沥青混凝土铺装存在的主要问题及解决方法的思考五五 ERSERS铺装方案存在的问题及解决办法建议铺装方案存在的问题及解决办法建议3一一 浇注式沥青混凝土在我国的浇注式沥青混凝

2、土在我国的应用历程应用历程4 浇注式沥青混凝土+SMA的铺装结构在我国应用效果良好，作为铺装底层的浇注式沥青混凝土以其优良的防水性能、低温性能及抗疲劳性能倍受建设单位和研究者的推崇，在江阴长江大桥实桥试验铺装改性沥青浇注式混凝土铺装取得了比美国进口环氧沥青混凝土铺装更长寿命的使用效果。5 浇注式沥青混凝土在我国应用的初期，借鉴国外的经验，采用的是单层的英国Mastic Asphalt浇注式沥青混凝土，胶结料由天然湖沥青TLA（70%）与硬质沥青（30%）复合而成，期间建设的桥有香港青马大桥和江阴长江大桥，青马大桥至今使用效果良好（初期有出现鼓包，经处理目前情况良好），但江阴长江大桥通车后即出现

3、大量的车辙、开裂，江阴长江大桥除防水层外，其余铺装材料与青马大桥完全相同。第一阶段（第一阶段（1997199720022002年）年）6钢桥面喷砂除锈钢桥面喷砂除锈+ +环氧富锌漆环氧富锌漆+ +粘结剂粘结剂+3mm+3mm橡胶沥青防水层橡胶沥青防水层+44mmMastic Asphalt+44mmMastic Asphalt沥沥青混凝土青混凝土钢桥面喷砂除锈钢桥面喷砂除锈+ +电弧喷锌防腐层电弧喷锌防腐层+2.0mmEliminator+2.0mmEliminator防水粘结体系防水粘结体系 +38mmMastic Asphalt+38mmMastic Asphalt沥青混凝土沥青混凝土江阴

4、长江大桥江阴长江大桥香港青马大桥香港青马大桥7 在此期间，总结了上一阶段浇注式沥青混凝土的应用情况，结合我国钢桥的使用条件以及气候环境，这一阶段浇注式沥青混凝土的应用形式是以德国/日本浇注式沥青混凝土作为下层，改性沥青SMA作为铺装上层的铺装结构。 胶结料由聚合物改性沥青与胶结料由聚合物改性沥青与TLATLA（称为TLA改性沥青）掺配而成掺配而成，并且提高了混合料的高温性能，即提高了贯入度及贯入度增量的试验温度提高了贯入度及贯入度增量的试验温度。第二阶段（第二阶段（2003200320072007年）年）8 这一阶段铺装的典型桥梁有山东胜利黄河大桥（维修）、天津子牙河大桥、安徽安庆长江大桥、重

5、庆石板坡长江大桥、湖南长沙三汊矶大桥等，这些桥梁至今效果良好。第二阶段（第二阶段（2003200320072007年）年）920042004年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA10，该图为，该图为20102010年年4 4月拍摄，目前表层月拍摄，目前表层SMASMA有出现车辙，但未有出现车辙，但未发现其他病害发现其他病害天津子牙河大桥天津子牙河大桥胜利黄河大桥维修胜利黄河大桥维修20032003年对该桥进行维修，铺装层为年对该桥进行维修，铺装层为35mmSMA10+3535mmSMA10+3540mmT

6、LA40mmTLA改性改性GA10GA10，20052005发发现铺装表层现铺装表层SMASMA曾出现纵向裂缝，调查发现，曾出现纵向裂缝，调查发现，铺装下层铺装下层GAGA完好，主要是由于完好，主要是由于SMASMA的抗裂性的抗裂性不足引起的开裂，经灌缝处理后，至今使用不足引起的开裂，经灌缝处理后，至今使用状况良好状况良好天津子牙河大桥天津子牙河大桥1020062006年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA10天津子牙河大桥天津子牙河大桥长沙三汊矶大桥长沙三汊矶大桥重庆朝天门大桥重庆朝天门大桥200920

7、09年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mmTLA35mmSMA10+35mmTLA改性改性GA10GA1011 第二阶段所用的TLA改性沥青的高温性能与低温性能不能很好地匹配，热稳性良好的TLA改性沥青，低温抗裂性不足，反之亦然，不易寻找二者的平衡点。因此，为了使浇注式沥青混凝土能适应我国大部分区域的使用条件、降低施工难度，必须开发出便于操作的同时兼具优良高、低温性能的改性沥青。这也是第三阶段的主要研究内容，现在仍在进行。第三阶段（第三阶段（20082008年至今）年至今）12 这一阶段开发出在具有优良热稳性的前提下，兼顾优良低温抗裂性的聚合物改性浇注式沥青混凝土

8、，而不再采用TLA改性沥青。聚合物改性浇注式沥青混凝土应用的桥梁主要有沈阳尚小桥、贵州北盘江大桥、江阴长江大桥维修、南京过江隧道右汊夹江大桥、福州鼓山大桥及上海闵浦二桥等。第三阶段（第三阶段（20082008年至今）年至今）13沈阳沈北新区尚小桥沈阳沈北新区尚小桥镇胜公路贵州北盘江大桥镇胜公路贵州北盘江大桥20082008年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA1020082008年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA

9、101420092009年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为30mmSMA10+30mm30mmSMA10+30mm聚合物改性聚合物改性GA10GA1020102010年建成通车，铺装层为年建成通车，铺装层为35mmSMA10+35mm35mmSMA10+35mm聚合物改性聚合物改性GA10GA10南京过江桥隧夹江大桥南京过江桥隧夹江大桥福州鼓山大桥福州鼓山大桥15二二 我国与日本的浇注式沥青我国与日本的浇注式沥青混凝土比较混凝土比较16 日本是少数制定了钢桥面铺装技术规范的国家之一，并且已建成的桥梁钢桥铺装使用良好，因此，我国第一批钢桥面铺装技术人员在20世纪90年代末至日本进行钢桥面铺

10、装技术的研修。浇注式沥青混凝土起源于德国，但是日本却使浇注式沥青混凝土及其技术得到了长足和全面深入的发展及推广。17 日本钢桥面铺装的结构设计多为浇注式沥青混凝土底层+改性密级配沥青混凝土表层的结构形式，在江阴长江大桥采用英国单层MA浇注式沥青混凝土失败后，我国借鉴了日本的浇注式沥青混凝土铺装，从2003年的山东胜利黄河大桥维修开始已在全国的数十座钢桥得到应用，而我国钢桥面铺装的使用条件却比日本更加苛刻，因此，为使浇注式沥青混凝土在我国拥有更长久的使用寿命，须根据我国的实际情况进行改进。18 后文将日本目前常用的浇注式沥青混合料和我国的聚合物改性浇注式沥青混合料作了较为全面的对比。 主要是以下

11、三方面进行对比：胶结料的要求胶结料的要求混合料级配混合料级配混合料性能要求混合料性能要求19 在日本通常采用针入度2040的硬质直馏沥青与湖沥青掺配，湖沥青的添加有利于提高混合料的热稳性，但也会使混合料的低温性能有所降低，直溜沥青与湖沥青的掺配比例一般为75：25或70：30，日本对混合沥青并无低温性能及变形能力等要求，详见下表。20技术指标技术指标类型类型试验方法试验方法直馏沥青直馏沥青湖沥青湖沥青混合沥青混合沥青（TLATLA改性沥青）改性沥青）针入度（25）/0.1mm2040141530JIS K 2207软化点/556593985868溶解度（三氯乙烯）/%99.052.555.58

12、691闪点/260240240JIS K 2274密度（25）/gcm-311.381.421.071.13JIS K 2249蒸发质量变化率/%0.30.5JIS K 220721试试 验验 项项 目目指标要求指标要求试验方法试验方法针入度（25） 1050JTJ 052-2000 T0604延度 (5) cm30JTJ 052-2000 T0605软化点 80JTJ 052-2000 T0606弹性恢复率（25） %90JTJ 052-2000 T0662动态剪切流动性能（60） Pas20000AASHTO -TP5闪点(克利夫兰开口杯) 250JTJ 052-2000 T0611TFO

13、T（或RTFOT）质量变化，不大于0.5JTJ 052-2000 T0610或T0609延度(5) cm20针入度比(25) %65弹性恢复率（25） %85PG等级82-22AASHTO-TP1/TP522 我国的浇注式沥青混凝土用聚合物改性沥青取代TLA改性沥青是更加适合的，与日本所用的沥青相比，我国的聚合物改性沥青主要是提高了软化点指标，增加了低温延度和弹性恢复率指标，并且须满足PG82-22的要求，原因在于：我国各地的气温差异大；同一区域的环境温差较大；重载车比例高、超载严重的桥梁比比皆是。为延长浇注式沥青混凝土在我国的使用寿命，提高其热稳性、低温抗裂性、强度及变形能力等性能是必要的。

14、23 日本研究认为过细的级配会使混合料的流动性过大，不利于其高温抗车辙，因此，日本对浇注式沥青混凝土给定了级配范围。 我国的配合比设计参照了日本浇注式沥青混合料的配合比设计流程，并进行适当的调整，根据设计流程，进行集料级配的调整并测定集料空隙率，使之满足VMA介于1422之间，选择了适用的级配。24筛孔尺筛孔尺寸寸/mm/mm191913.213.24.754.752.362.360.60.60.30.30.150.150.0750.075通过百分率/%10095100658545623550284225342027筛孔尺筛孔尺寸寸/mm/mm13.213.29.59.54.754.752.3

15、62.361.181.180.60.60.30.30.150.150.0750.075通过百分率/%100801006380486338523246274024362030日本浇注式沥青混合料的级配要求范围日本浇注式沥青混合料的级配要求范围我国浇注式沥青混合料的级配要求范围我国浇注式沥青混合料的级配要求范围25日本浇注式沥青混合料性能要求日本浇注式沥青混合料性能要求试验项目试验项目技术指标技术指标技术要求技术要求流动性试验流动性（240），s20贯入量试验贯入量（40），mm14车辙试验 动稳定度（60），次/mm350弯曲试验极限应变（-10）8.010-326我国浇注式沥青混合料性能要求我

16、国浇注式沥青混合料性能要求试验项目试验项目要求要求试验方法试验方法流动性（240），s20公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南附录F贯入度（60），mm4公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南附录G 贯入度增量（60），mm0.4弯曲极限应变（-10）试件尺寸-大梁710-3JTJ 052-2000 T071527 贯入度试验方法起源于德国，在德国主要利用“贯入度及贯入度增量试验”来评价浇注式沥青混凝土的力学性能，所采用的试验设备及方法与日本是相一致的，而日本只有贯入度的要求，没有增量的要求。浇注式沥青混凝土的贯入度试验主要是用于评价浇注式沥青混凝土抵抗高温变形的能力。在德国及日本试件的试验温度

17、为40，考虑到我国大部分地区钢桥面铺装的使用温度比德国和日本高，试验温度从40调整到60进行试验。贯入度的试验温度不同，日本只有贯入度要求无贯入度增贯入度的试验温度不同，日本只有贯入度要求无贯入度增 量要求量要求28结合料结合料类型类型结合料含量结合料含量(%)(%)贯入度贯入度 (mm)(mm)贯入度增量贯入度增量(mm)(mm)备注备注复合沥青（基质沥青70%+TLA30%）7.13.240.452%Sasobit7.43.620.707.74.390.73聚合物改性沥青7.12.380.302%Sasobit7.43.160.327.74.210.67注：混合料类型为注：混合料类型为GA

18、-10GA-1029 从上页表格可以看出随着结合料含量的上升，二种沥青的贯入度和贯入度增量随之上升，但总体而言，聚合物改性沥青含量在7.4和7.7的是满足要求的，而日本复合沥青的60贯入度和贯入度增量较大，抗高温60变形能力较差。30 根据实体工程的使用效果，浇注式沥青混合料的高温抗变形性能与动稳定度的结果相关性较差，动稳定度值低的浇注式沥青混合料在使用过程中并未表现出因高温性能不足引起的病害，因此，我国只采用德国的贯入度和贯入度增量试验来评价浇注式沥青混合料的高温抗变形能力，删去车辙试验。日本有提出车辙试验动稳定度的要求日本有提出车辙试验动稳定度的要求31 日本大部分区域的冬季气温较我国要低

19、，这也体现在日本对低温弯曲应变的要求上，为此，笔者进行了低温弯曲试验：在对目前使用的聚合物改性沥青混合料和日本的复合沥青混合料进行低温弯曲试验，其结果如下业表格所示。低温弯曲应变的要求不同低温弯曲应变的要求不同32-10-10低温弯曲试验结果（混合料类型为低温弯曲试验结果（混合料类型为GA-10GA-10）结合料类型结合料类型结合料含量结合料含量（% %）弯拉强度（弯拉强度（MpaMpa）弯拉应变弯拉应变（10-10-3 3）劲度模量（劲度模量（MpaMpa）聚合物改性沥青7.418.4110.131816复合沥青（基质沥青70%+TLA30%）7.417.229.40193833 根据上页表

20、格所列的低温弯曲试验结果来看，聚合物改性浇注式沥青混合料的低温弯拉应变达到10.1310-3，具有很好的低温变形能力，复合沥青浇注式沥青混合料的低温弯拉应变为9.4，也具有良好的低温变形能力。34三三 建议的浇注式沥青混凝土建议的浇注式沥青混凝土 铺装结构铺装结构3536 “Eliminator防水体系+GA+SMA”的铺装结构在我国已成功应用于数十座桥梁，如重庆菜园坝大桥、贵州北盘江大桥、重庆朝天门大桥、南京过江桥隧江心洲大桥、上海闵浦二桥及赣江公路大桥等。37四四 我国环氧沥青混凝土桥面铺装存在的主要问题及解决方法的思考我国环氧沥青混凝土桥面铺装存在的主要问题及解决方法的思考38 环氧沥青

21、混凝土铺装在我国应用较广，但在江阴、润扬及阳逻桥等有重载交通的桥面铺装产生了破坏，近来发现杭州湾大桥的环氧沥青混凝土铺装已出现了裂缝等病害，因此，因此，有必要对环氧沥青混凝土铺装存在的问题进行分析并改良。有必要对环氧沥青混凝土铺装存在的问题进行分析并改良。39杭州湾大桥杭州湾大桥40阳逻大桥阳逻大桥41润扬大桥润扬大桥42防锈漆：环氧富锌漆防水粘结层：环氧改性沥青粘接层铺装下层：EA铺装上层：EA5060mm粘层：环氧改性沥青粘接层钢桥：喷砂除锈环氧沥青混凝土（环氧沥青混凝土（EAEA）铺装的常规结构）铺装的常规结构43由上图可知：该结构未设置专门的防水层，环氧沥青混凝土铺装体系缺 乏防水层，铺装层一旦开裂，很快发展到钢板，使环氧富 锌漆被氧化，形成粉末状的氧化锌或锌盐，导致铺装脱层；铺装层上下层所用材料相同，早期病害形式一般为鱼尾状 裂纹，若不及时修复（且环氧沥青混凝土修复非常困难）， 裂纹将向下扩张，威胁到钢板；防腐层采用的是油漆类防腐漆，漆膜并非完全无缝。44病害发展过程病害发展过程 单单 裂裂伴随性裂缝伴随性裂缝 坑坑 洞洞 网网 裂裂45环氧沥青混凝土铺装裂缝病害发展示意图环氧沥青混凝土铺装裂缝病害发展示意图46 环氧沥青铺装病害的产生及其迅速发展与铺装体系自身的缺陷有着直接的关系。在钢板上设置高韧性、高抗裂性能的防水粘结体系，将有效完善环氧沥青