新型桥面铺装与结构优化设计

1、新型桥面铺装与结构优化设计汇报人：丁庆军 教授、博士生导师单 位：武汉理工大学 2014年6月23日钢桥面铺装汇报内容研究背景钢桥面铺装水泥混凝土桥面铺装获得的知识产权下一步工作展望 桥面铺装层是桥梁结构重要组成部分，在荷载和环境侵蚀的偶合作用下易发生磨耗和劣化，桥面铺装质量和性能将直接影响到汽车行驶舒适性和安全性 。一、研究背景桥面铺装钢桥面12混凝土桥面钢格子梁钢箱梁钢桁架梁其他简支梁连续刚构梁钢-混叠合梁其他悬臂梁 ERS铺装体系 剪力件+钢筋网+高韧性混凝土+高粘SMA混凝土 浇注式沥青混凝土 环氧树脂沥青混凝土铺装材料 双层SMA铺装2.1 钢桥面铺装层材料种类及存在的问题二、钢桥面

2、铺装技术部分国家的铺装体系桥梁名称主跨/m主梁类型建成年代铺装类型金门大桥（美）1280钢桁架梁193750mm美国环氧沥青混合料维拉扎诺大桥1298钢桁架梁196450mm美国环氧沥青混合料香港青马大桥1377钢桁架梁199740mm浇注式沥青混凝土明石海峡搭桥（日）1991钢桁架梁199835mm浇注式+30mm改性AC大贝尔特桥（丹）1624钢箱梁1998沥青马蹄脂混合料恒文伯大桥（英）1410钢箱梁1981沥青马蹄脂混合料江阴长江大桥1385钢箱梁1999原浇注式后改为日本环氧(2004)镇江润扬大桥1490钢箱梁200550mm美国环氧沥青广东虎门大桥888钢箱梁1997原SMA后改

3、为日本环氧（2008）广州黄埔大桥1108钢箱梁2008日本环氧和美国环氧南京长江二桥628钢箱梁200050mm美国环氧沥青混合料武汉白沙洲大桥618钢箱梁2000SMA 美国环氧沥青（2009）武汉阳逻大桥1280钢箱梁200750mm美国环氧沥青铺装材料优点缺点浇注式沥青混凝土(GA)以德国、日本为主1）材料的空隙率几乎为零，防止粘结层免遭水损害；2）低温柔韧性较好，与钢桥面板协调变形性能强；1）对施工设备要求高；2）高温推移、拥包、车辙，冬 季低温时出现收缩开裂；国内外钢桥面铺装材料对比改性沥青(SMA)以德国、日本为主1) 热稳性优良；2) 抗滑耐磨耗；3) 抗裂性性优良；1) 粘结

4、性能差；2）易出现推移、拥包等问题；3）易造成疲劳破坏；环氧树脂沥青(EA)以美国、日本为主，主要有温拌及热拌两种。1) 粘结性能好；2) 高温时车辙与推移现象明显减少1）低温劲度大，易开裂；2）施工复杂，温度范围较窄3）国外技术，成本较高；4）构造深度小，抗滑性差， 在重载车交通环境下，使用不到两年也出现了破坏。南京长江二桥江阴大桥材料与钢板间的弹性模量差异大,不能协调一致变形. 车辆超载、重载普遍高温、多雨等恶劣气候内因外因耐疲劳性差粘结性能差无法改变内因上解决从材料与结构设计出发 因此，研究开发一种基于材料梯度设计的新型钢桥面铺装技术！钢桥面铺装层破坏原因与解决思路减轻自重荷载。轻集料混

5、凝土可使铺装层内材料产生弹模梯度变化，显著降低铺装层体系的拉应力和剪应力，提高其使用寿命 浇注轻质高韧性混凝土 钢板焊接剪力件提高铺装层材料与钢板之间的界面抗剪强度和与钢板的协同一致变形能力焊接剪力件绑扎钢筋网防水防锈层设置防水防锈层 提高防水性能,防止钢板生锈 设置防水应力吸收层防止反射裂缝 高粘高弹SMA13 高粘高弹防水粘结应力吸收层铺设高粘SMA13提高面层的行车舒适性、抗滑性、抗车辙、水稳性和耐疲劳性绑扎钢筋网轻质高韧性混凝土2.2 新型钢桥面铺装层技术方案（2001年提出）钢箱梁段铺装体系复合作用模型 钢箱梁段车载沿横桥向作用示意图 以武汉机场第二公路通道主桥钢箱梁段(跨度150m

6、）为例2.3 铺装层力学响应分析项 目计 算 参 数钢箱梁顶板厚度/mm20横隔板间距/mm3000横隔板厚度/mm10顶板U形加劲肋厚度/mm8U形加劲肋间距/mm600沥青铺装层厚度/mm50+50钢板泊松比0.25钢板弹性模量/MPa210000改性沥青SMA泊松比0.35改性沥青SMA弹性模量/MPa1200最大横向拉应力位于沿桥纵向的加劲肋板上方铺装表面。 最大纵向拉应力位于横隔板上方铺装层表面。 最大层间剪应力出现在横隔板上方附近加劲肋两侧区域。 最大竖向位移出现荷载作用于跨中时。 下面层铺装材料的模量400MPa800MPa3000MPa30GPa上面层横/纵向最大拉应力MPa0

7、.42/0.320.35/0.260.28/0.210.11/0.08下面层横/纵向最大拉应力MPa0.37/0.300.49/0.390.77/0.541.02/0.82上下铺装层间最大剪应力MPa0.230.170.120.09铺装层与钢板间最大剪应力MPa0.440.480.610.81 随着下面层模量的提高，上面层的横向拉应力减小，下面层的拉应力增大，上下面层间的层间剪应力减小，下面层与钢板的层间剪应力增大。双层铺装结构需要采取措施提高下面层材料的抗拉强度、韧性以及与钢板的粘结强度，并使下面层与钢板协同变形。表1 上面层SMA、下面层不同模量铺装材料的力学分析 2.4 梯度设计下铺装层

8、力学分析 将“钢桥面板-铺装结构层-表面功能层”作为一个整体结构单元进行设计，提出“强化界面粘接、协同层间变形、优化表面功能、提升整体性能”的设计思路，采用“创新设计、优化结构、提升性能、材料复合”的技术方法。 基于材料梯度设计原理, 提出在钢板（弹性模量210GPa）上焊接剪力件、绑扎钢筋网、浇筑与钢板具有较好追从性的高韧性轻质混凝土为下面层（弹性模量约2528GPa，I20 20，厚度58cm），上面层铺设SMA13沥青混凝土（弹性模量1.21.6GPa，厚度45cm），形成弹性模量梯度复合结构。2.5 新型铺装结构铺装层设计原理钢桥面双层沥青铺装层 钢桥面“过渡层-沥青组合”铺装层 在下

9、面层铺装结构中，剪力件与钢筋网构成的桥面抗推移骨架，在提高下面层高韧性轻集料混凝土抗滑移能力的同时，使行车荷载作用于钢桥面的各向应力得以均匀传递，进一步提高铺装层与钢桥面之间的协同变形能力和抗疲劳特性。在上、下铺装层间热洒2mm高粘高弹改性沥青的防水粘结应力吸收层，提高了混凝土层与沥青铺装层之间的界面粘结强度和抗剪强度同时能防止水渗透造成的剪力件和钢筋网以及钢板锈蚀，并耗散车辆荷载往复作用下混凝土层裂缝处应力集中产生的能量，阻止裂缝反射到SMA13沥青混凝土层。采用高粘SMA铺装技术，使表面磨耗层具有更为优良的高温抗车辙、低温抗裂及耐久性性能。2.5 新型铺装结构铺装层设计原理 1、混凝土的增

10、韧和轻质化，优异的抗疲劳开裂性能并降低桥面铺装层静荷载且易于泵送浇筑施工高强高韧性轻质混凝土材料的设计与制备技术 2、防水、粘结、应力吸收一体化功能材料的开发。提高沥青混凝土铺装层与混凝土之间的界面粘结、抗剪性能、防水性能一体化高粘高弹沥青的开发 3、提高沥青混凝土的高温性能及抗疲劳性能高粘度SMA沥青混凝土制备技术2.6 解决的关键技术 针对轻集料强度低、混凝土脆性大等问题，采用聚合物、超细水泥、掺合料等超细胶凝粉料浆进行表面处理，使轻集料表面形成具有修复缺陷和增加水化活性的功能层，可显著提高轻集料的强度，并能优化轻集料与水泥石的界面结构，大大提升混凝土的强度和性能。不同工艺对轻集料混凝土的

11、增强效果比较增强剂工艺坍落度/cm扩展度/cm抗压强度/MPa7d28d不用普通拌和工艺185546.553.0掺加界面强化工艺226456.272.1 未使用增强剂预处理使用增强剂预处理（1）高强高韧性轻质混凝土材料的设计与制备技术利用界面强化后的轻集料，优选聚合物种类，进行配合比优化设计，其混凝土韧性大幅度提高。 聚合物乳液/%抗压强度/MPa抗弯强度/MPa折压比7d28d28d/49594.10.063550604.40.0681048624.80.0732049635.30.0812547605.10.082不掺聚合物掺加聚合物复合纤维与聚合物增韧高强轻集料混凝土编号钢纤维掺量/%仿

12、钢纤维/%聚丙烯腈/Kgm-3玄武岩纤维聚丙烯/Kgm-3聚合物/g28d抗压强度/MPa28d抗折 强度/MPa断裂韧性指数/I20导热系数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采用钢纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚合物复合增韧效果最好，混凝土的重量增加较小、韧性高，可提高20倍以上。轻集料界面强化、纤维与聚合物复合增韧混凝土抗压强度达到60MPa以上，抗折强度达到9MPa，韧性指数I20达到22.4 。技术对比聚合物kgm-3钢纤维与聚合物纤维复合/kg28d抗压强度/MPa28d抗折强度/MPa断裂韧性指数/I20密度/kgm-3轻集料混凝土594.11.461890复合纤维增韧轻集料混凝土2070+1687.7151890轻集料界面强化技术与聚合物、纤维复合增韧技术2070+

14、1679.022.41920复合纤维与聚合物增韧高强轻集料混凝土技术对比疲劳荷载次数/万次普通C50钢纤维混凝土54万次轻质高强高韧性混凝土大于200万次加载频率10Hz,控制应力比0.75混凝土抗弯拉疲劳性能测试条件疲劳荷载次数10Hz，控制应变700u大于1000万次跨度1m，跨中扰度3cm大于1000次构件抗弯拉疲劳性能构件：钢板（厚度14mm），剪力钉（直径16mm、高45mm、间距400mm），钢筋网（网格间 距100*100mm，直径10mm），轻质高强高韧性混凝土（厚度50mm）。坍落度/cm扩展度/cm加压6.0MPa泌水量/ml初始90min初始90minV10V140221

15、855533.519高韧性轻质混凝土工作性能可泵送施工，泵送距离300m。考虑弹模与密度匹配的集料组成设计当轻集料占普通集料比例50%时 ，其中：VNA普通集料在低收缩超高韧性水泥基材料中的绝对体积含量（%） E、ENA、ELC低收缩超高韧性水泥基材料、普通集料和纯轻集料水 泥基 材料的弹性模量。考虑抗压强度、体积稳定性的胶凝材料与集料的密实堆积设计考虑韧性、工作性能的混杂纤维与聚合物乳液协调设计（2）低收缩超高韧性水泥基复合材料的设计方法 低收缩超高韧性水泥基工程复合材料的制备工艺 最佳拌合工艺下制备出的高流动度低收缩超高韧性水泥基工程复合材料。1)砂灰比： 随着砂灰比的升高而抗压、抗折强度

16、降低，综合考虑力学性能及砂灰比过低对体积稳定性的影响，砂灰比宜选取0.60.8。 各组分对材料性能的影响规律抗压强度抗折强度2)纤维 随着纤维掺量的增加抗折强度、弯曲韧性提高，抗压强度影响不大。宜选取1%钢纤维+0.5%PVA混杂增韧。抗压强度抗折强度3)聚合物 随着非离子型水性环氧树脂聚合物乳液掺量增加其抗压强度略有降低，抗折强度、韧性提高。 聚合物乳液宜选取10%。抗压强度抗折强度4)陶砂 水泥基材料抗压、抗折强度、自收缩和容重均随着陶砂掺量的提升而降低，陶砂掺量宜选取40%60%。容重（kg/m3）不同水泥基材料配比下早期自收缩试验数据编号类别自收缩率（10-6）3d7d28d56dS1

17、空白66588111891227S2钢纤维471584886934S3混杂纤维327512721789S420%陶砂291488603682S560%陶砂274476581613S6膨胀剂104151243287收缩性能研究低收缩超高韧性水泥基工程复合材料，胶凝材料掺量高，水胶比较低而密实度高，自收缩较大 ，需进行体积稳定性设计。收缩率（10-6）弯曲韧性研究纤维及聚合物乳液对弯曲韧性的影响编号类别韧性指数/I20R-1空白-R-2钢纤维12.43R-3PVA+钢纤维14.71R-4PVA+钢纤维+5%聚合物17.25R-5PVA+钢纤维+10%聚合物23.42 选取PVA纤维与钢纤维混杂，并

18、加入聚合物增韧 ，对比不同配比下的弯曲韧性指数I20。荷载-扰度曲线 抗弯拉疲劳性能研究研究不同应力比下低收缩超高韧性水泥基工程复合材料抗弯拉疲劳性能。组别应力水平0.650.700.750.80.851#大于200万次1634563638920432652541272#大于200万次18934671127832346781652393#大于200万次1945686720359257697104716平均值大于200万次182457282903734571074694疲劳方程S=1.574-0.1402lgN 三、活性粉末混凝土 （3）免蒸养超高强高韧性混凝土的设计与制备剔除粗骨料，提高匀质性

19、降低水胶比，减小孔隙率添加活性组分，提高密实度通过热养护，改善微结构掺加钢纤维，提高韧性常见超高强混凝土：活性粉末混凝土（RPC）优点：力学性能与耐久性能优良原材料：石英砂、石英粉、水泥、水、减水剂缺点：原材料（石英砂等）成本高；实际施工热养护困难；拌合物流变性能差，不易泵送施工。引入516mm粒径的玄武岩作为粗骨料选用性质优良的骨料取消热养护制度使用细河砂代替石英砂采用超细矿粉取代部分硅灰改进思路免蒸养超高强高韧性混凝土编号水泥kg硅灰kg超细矿粉kg粉煤灰kg砂kg石kg钢纤维kgW/C减水剂坍落度/扩展度mm28d抗压强度MPa28d抗折强度MPa断裂韧性指数I20A4901201201

20、207208801200.21.7%220/500132.616.618.5B4901201201207208801500.21.7%200/490140.821.123.1免蒸养超高强高韧性混凝土配合比设计（4）防水粘结应力吸收层高粘高弹改性沥青的开发混凝土层与沥青面层之间的粘结层应同时具备防水、粘结和应力吸收的作用，以提高钢桥面铺装层的耐久性。通常使用的粘结层有热撒SBS沥青或者喷洒改性乳化沥青，能够起到一定的防水和界面粘结作用，但是其沥青的粘弹性、弹性恢复及粘韧性不足，不能够起到应力吸收的作用。 因此需要对沥青的粘弹性能进行优化！增粘组分要求：具有软化点适中，与沥青相容性好以及较强的高温

21、粘结性和稳定性。增韧组分要求：与沥青密度接近，增塑效率高，挥发性较低，低温柔软性较好改性主剂选择要求：与沥青具有良好的相容性，具有较高的拉伸强度和高温抗拉伸能力。 要求：与沥青相容性较好，具有与沥青将近的密度，并能够较好的溶解其他改性组分增容稳定组分 高粘高弹沥青的开发增弹组分增韧组分增粘组分增容组分高速剪切40008000r/min）改性主剂增容稳定剂增粘树脂基质沥青高粘高弹改性沥青高粘高弹沥青的开发高粘高弹改性沥青性能技术指标单 位高粘高弹改性沥青SBS改性沥青日本TPS改性沥青针入度（25、100g、5s）0.1mm56.262.345软化点（TR&B）92.778.588.2延度（5、

22、5cm/mim）cm59.625.241.260粘度PaS72500345054000粘韧性（25）Nm27.56.325韧性（25）Nm18.64.215.8SBS改性沥青TPS改性沥青高粘高弹沥青SBS改性沥青TPS改性沥青高粘高弹沥青255橡胶沥青SBS改性沥青TPS改性沥青高粘高弹沥青88%低温弹性恢复高粘高弹改性沥青性能48%疲劳弹性恢复橡胶沥青SBS改性沥青TPS改性沥青高粘高弹改性沥青29%31%71%70%91%73%75%15高粘高弹改性沥青性能粘附能力水煮后（3min）玄武岩水煮前水煮后（3min）石灰岩水煮前高温沸煮后，沥青与石料粘附好，说明高粘高弹改性沥青的粘附性能优异

23、，形成的沥青膜厚，界面粘结牢固。高粘高弹改性沥青性能高粘高弹防水粘结应力吸收层研究MPa高粘高弹应力吸收层SBS改性沥青粘结层测试位置25602560拉拔强度0.750.450.380.15界面抗剪强度1.650.930.950.31拉拔性能测试防水粘结应力吸收层的界面粘结性能如下：抗剪性能测试洒铺量（kg/m2）不同压力条件下的透水时间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 研究结果表明，高粘高弹防水粘结应力吸收层完全能够满足城市桥梁桥面防水工程技术规程（CJJ139-2010）中0.3MPa水压大于30min不透水的性能要求，具有优异的防水性能。高粘高弹防水粘结应力吸收层研究采用组合结构疲劳实验进行应力吸收能力表征。（0.6应力比，频率10Hz）：试验方案初裂1cm2cm3cm终裂140001020019200256003760025590068900815001069001265003218000235000246500269200336000高粘高弹防水粘结应力吸收层研究 采用本铺装方案的初裂疲劳次数是未设置应力吸收层的方案的50倍，是普通橡胶沥青应力吸

25、收层的5倍，因此高粘高弹应力吸收粘结层能够有效的防止反射裂缝的产生。基于MTS的应力吸收试验结果如下：卸载后混凝土断开2cm加载前高粘高弹防水粘结应力吸收层研究 应力吸收层粘结层施工时将高粘高弹改性沥青迅速升温至190-200，并将加热至175-190的预拌碎石装进沥青碎石同步封层车进行撒铺，并采用轮胎压路机进行碾压，形成应力吸收粘结层。沥青洒布量为1.7-2.0kg/m2，碎石覆盖率为70-85%。高粘高弹防水粘结应力吸收层碎石同步封层车撒铺施工高粘高弹防水粘结应力吸收层施工 针对桥面噪音大的特点，可采用行车舒适性好的SMA沥青混合料作为面层，一方面符合了材料梯度结构设计原理，大大提高了桥面

26、铺装层的结构稳定性，同时赋予了面层的降躁、耐磨、抗滑功能。 为了提高铺装层材料的耐疲劳性、水稳性，采用自主研发的高粘高弹改性沥青制备高抗车辙、水稳性能良好、耐疲劳的SMA沥青混凝土作为面层。（5）抗滑、降噪、耐磨沥青混凝土材料高粘SMA指标SMA-13（普通）SMA-13（橡胶沥青）高粘高弹SMA-13浸水残留稳定度/%89.385.492.5 冻融劈裂强度比/%87.680.891.1动稳定度/次/mm6062766200856870327033256956高粘高弹改性沥青SMA性能研究2.7 组合铺装结构抗弯拉疲劳性能钢板焊接剪力件防水防锈层高粘高弹SMA13 高粘高弹防水粘结应力吸收层绑

27、扎钢筋网轻质高韧性混凝土研究剪力钉、钢筋网尺寸对组合铺装结构疲劳性能的影响，优选最佳结构参数与EA、GA进行对比分析。结构参数对疲劳性能的影响编号剪力钉间距30040050011000万次1000万次825万次21000万次1000万次743万次平均1000万次1000万次784万次不同剪力钉间距下抗弯拉疲劳寿命 不同剪力钉间距（300、400mm、500mm），水泥混凝土层（50mm）下疲劳性能测试。剪力钉间距剪力钉高度和铺装层厚度 选取剪力钉间距400mm，剪力钉高度占铺装层厚度的9095%，剪力钉高度45mm、75mm、95mm对应浇筑不同的铺装厚度5cm、8cm、10cm，对比不同水泥

28、混凝土层铺装厚度对整体组合铺装结构疲劳性能的影响。剪力钉高度（mm）疲劳次数（万次）平均值（万次）451000100010007510001000100095100010001000 不同剪力钉高度下的抗弯拉疲劳寿命 剪力钉直径 选取剪力钉间距400mm，铺装厚度50mm下，研究不同剪力钉直径对组合铺装结构疲劳性能的影响。不同剪力钉直径下的抗弯拉疲劳寿命剪力钉直径（mm）疲劳次数（万次）121000141000161000 钢筋网直径与网格间距不同钢筋网直径下的抗弯拉疲劳寿命钢筋网直径（mm）网格间距（mm）疲劳次数（万次）51001007048868101000121000不同网格间距下的抗

29、弯拉疲劳寿命钢筋网直径（mm）网格间距（mm）疲劳次数（万次）10505010001001001000150150851 结构参数选取如下：钢板（14mm）、钢筋网（直径10、网孔为100mm100mm）、剪力钉（间距400mm，高度45mm，直径16mm）、研制轻质高强高韧性水泥混凝土（厚度50mm）、应力吸收功能层、高粘SMA-13（厚度50mm） 。针对目前国内疲劳性能优异的桥面铺装材料GA与EA沥青混凝土进行对比 ：不同铺装结构疲劳试验指标对比指标本方案GAEA试验温度202020应变水平700u700u700u加载频率10Hz10Hz10Hz寿命/万次大于1000大于1000大于10

30、00 2003至今，该方案已于全国800余跨钢桥面铺装工程中成功应用。例如：武汉外环C匝道桥（通车11年，未出现任何损坏）、武汉金桥大道（跨径350m）、宜昌枝城长江大桥（跨长江公铁两用桥）、深圳红桂路大纵坡（纵坡接近7%，横坡接近5%）、唐山205国道王盼庄互通立交（重载、超载现象严重）。有效解决了钢桥面铺装层推移、拥包、开裂等病害。工程应用武汉外环C匝道钢箱梁立交桥（通车11年）武汉外环C匝道桥（通车11年）武汉市金桥大道L32联桥面铺装钢桥面工程实例武汉市金桥大道（通车3年）高掺量聚合物钢纤维增韧轻质混凝土高粘弹性应力吸收层材料 金桥大道设计方案灌注高粘高弹沥青 35mm 35mm 墩顶

31、 跨中 钢桥面工程实例金桥大道（跨径350m）唐山205国道王盼庄互通立交（通车2年）钢桥面工程实例深圳市红桂路（通车4年）未见任何病害纵坡接近7%，横坡接近5%汉蔡红庙主线桥（通车7年）汉蔡侏儒互通（通车7年）香港路立交桥（通车9年）武汉市中环线西环段高架桥(通车8年)汉蔡高速公路钢箱梁主线桥(通车7年)青郑高速公路立交桥(通车7年)枝城大桥公路桥全长1744.8m；主桥孔跨布置为4160+5128m钢桁架连续梁桥。枝城长江大桥钢桥面工程实例 广东佛山东平大桥（主跨300米）通车六年。东平大桥钢桥面工程实例 合江长江一桥，跨度530m，目前世界上同类型桥梁跨度最大的桥梁，被誉为“世界第一跨”

32、，通车2年。钢桥面工程实例钢桥面工程实例剪力板方案 东莞东江大桥(通车5年）采用防水粘结应力吸收层+高粘SMA铺装，在东莞东江大桥（通车5年）、武汉二七路长江大桥（3年）、武汉长江二桥（11年）、月湖桥（9年）、二环线武昌雄楚立交桥（5年）、二环线珞狮南路立交桥（5年），使用至今均未出现病害。钢混叠合梁桥面高粘高弹沥青的应用工程实例二七路长江大桥（通车3年）钢混叠合梁桥面高粘高弹沥青的应用工程实例武汉长江二桥（通车11年）二环线（通车5年）月湖桥（通车5年）混凝土梁桥面高粘高弹沥青的应用工程实例鹦鹉洲长江大桥主桥采用三塔悬索桥方案，正桥长3420 m，双向8车道。鹦鹉洲长江大桥钢混叠合梁桥面高

33、粘高弹沥青的应用工程实例目前桥梁工程中，在混凝土梁上浇筑铺装层混凝土时，一般采用剪力键加钢筋网组成的钢筋混凝土结构形式，但是，从施工和使用现状来看，这种结构形式存在着很多问题。三、 水泥混凝土桥面铺装剪力键+钢筋网结构1、混凝土主梁一般先期预制或浇筑完成，铺装层混凝土和梁体混凝土收缩变形不一致，梁体限制铺装层混凝土的收缩，使铺装层产生拉应力，易造成铺装层面层开裂；梁体预制桥面裂纹多梁体预制精度差2、施工精度差，造成梁体顶面凸凹不平，从而引起铺装层厚薄不一，在有些部位铺装层混凝土厚度不到2cm，导致铺装层受力不协调，极易造成铺装层开裂；绑扎不到位钢筋脱落钢筋网下积水3、施工现场焊接的钢筋网片网格

34、间距不等，绑扎不到位，引起钢筋脱落，且钢筋网下垃圾和积水难以清理，严重影响桥面铺装质量；施工车辆碾压4、在铺装层施工过程中，由于车辆碾压以及人为踩踏，使钢筋网片紧贴梁体的顶面，钢筋网“沉底”，起不到提高铺装层混凝土抗弯拉疲劳性能、限制混凝土收缩的作用。钢筋网沉底5、钢筋网片下的砂浆垫块强度较低，易被压碎，造成铺装层混凝土局部强度降低，在车辆载荷的反复作用下，易形成疲劳开裂；砂浆垫块被压碎铺装层暴漏在太阳直射和风吹的环境中因为钢筋网沉底，裂纹多而返工6、桥面铺装层面积大，通常都会受到太阳直射和风吹，混凝土浇筑后，如果养护不当，水分散失很快，极易造成混凝土干缩裂缝；解决上述问题的通用方法：钢筋网直

35、径增大：68101216双层钢筋网片；混凝土强度等级提高：C30C40C50。但铺装层仍然存在开裂问题。基于以上分析：钢筋网“沉底”，不仅起不到提高铺装层混凝土抗弯拉疲劳性能、限制混凝土收缩的作用，还严重影响施工速度，提出以下方案：高韧性低收缩混凝土适宜形状及间距的剪力键适当的施工工艺钢筋网普通混凝土钢筋网混凝土梁桥面铺装关键技术及解决思路：1、制备高韧性低收缩混凝土2、采用合适形状及间距的剪力键，提高梁体和铺装层抗弯拉性能及疲劳寿命3、采用适当的施工工艺措施，保证桥面铺装施工质量开发具有减缩、增韧、高效减水保塑的多功能复合外加剂；采用密实骨架堆积理论，设计混凝土配合比，降低水泥用量，减少混凝

36、土收缩；采用钢纤维和聚丙烯腈纤维混掺，进一步提高混凝土的韧性及抗裂性能。水泥粉煤灰砂大石小石水外加剂/%聚丙烯腈纤维钢纤维34080 921 2996981281.50.840 经大量试验研究，水泥混凝土梁无筋铺装最佳配合比及性能如下：高韧性低收缩混凝土配比及性能磨耗值kg/m3弯曲韧性指数I20抗渗等级抗压强度（MPa） 抗折强度（MPa）疲劳性能（万次）2.3821.6P2454.87.520028d性能测试抗弯拉疲劳性能试件制作：尺寸为150mm150mm550mm的组合结构试件，钢筋网直径12，网格间距为10cm10cm；尺寸为1.4m0.45m0.18m（梁体厚度0.10m，铺装层厚

37、度0.08m）的组合结构试件，在梁体混凝土中加设钢筋网，钢筋网直径12，网格间距10cm10cm，马蹄型剪力键（直径10，长80mm），剪力键在铺装层混凝土内埋深60mm。剪力键均按照设计间距焊接在钢筋网上。150mm150mm550mm1.4m0.45m0.18mMTS250KN疲劳试验机1.4m0.45m0.18m1.4m0.45m0.18m抗弯拉疲劳性能100cm+钢筋网+普通砼40cm+钢筋网+普通砼40cm+低收缩高韧性混凝土20cm +低收缩高韧性混凝土应力比0.50.50.50.5控制应变100100100100监测出现开裂时次数422936403897602421750050应

38、变片断裂时次数443216422366603864756892侧面出现有裂缝时次数5301005061002627829773200扩展到层交界处时次数593448583036654216798434裂缝宽度/mm0.30.30.40.3抗弯拉疲劳性能1.4m0.45m0.18m组合结构试件，抗弯拉疲劳实验结果铺装层结构形式剪力键形状极限载荷/KN普通混凝土+钢筋网无剪力键54.3L型56.6马蹄型57.0高韧性低收缩混凝土（不加钢筋网）无剪力键58.5L型61.2马蹄型61.9150mm150mm550mm组合结构静载实验铺装层结构形式剪力键形状疲劳寿命/次普通混凝土+钢筋网无剪力键5194

39、29L型522367马蹄型538699高韧性低收缩混凝土（不加钢筋网）无剪力键634784L型652952马蹄型693954150mm150mm550mm组合结构疲劳实验抗弯拉疲劳性能专用外加剂梁体顶面润湿摊铺混凝土1、遂西高速公路李家户大桥该桥长126m，宽24.5m。原设计方案采用普通混凝土加钢筋网结构形式，每天可浇筑100-200m。取消钢筋网，采用高韧性低收缩混凝土的铺装方案，由于施工便利，每天可浇筑500m，施工速度加快了近3倍，由此带来的材料、人工及机械等施工成本降低了20元/m2。工程应用塑料薄膜阻止水分散失冬季覆盖土工布桥墩横向中心位置切缝翘起剪力键震动梁整平立即覆盖厚型塑料薄

40、膜工程应用2、连家湾大桥雅西高速公路连家湾桥为4孔13米的简支结构，横坡为2%，纵坡为2.5%，主梁为带翼小箱梁，横向全宽布置10片，半幅布置5片梁，下部结构为直径130cm的桩基础，半幅双柱结构体系，最大桩基长度为20米，最大墩柱高度为7.2米，两岸桥台为肋板式结构，高度为7.4米和6.0米。该桥与2010年9月10日完成无筋桥面铺装，14天后，拆除养护薄膜，施工车辆在混凝土桥面上行驶两个月后，于2010年11月15日完成桥面沥青混凝土的浇筑，在浇筑沥青混凝土前，每天安排人现场观测，没有发现任何早期裂缝，桥面铺装效果良好。工程应用工程应用3、南瓜2号桥雅西高速公路南瓜2号桥为20米、30米、40米的简支结构，桥梁平均长度为266550米，下部结构为直径180cm的柱和直径为220cm的桩基，或者为空心薄壁桥墩。该桥于2011年6月20日开始浇筑