国内外钢桥面铺装技术的发展和比较分析（全面）

1、国内外钢桥面铺装技术的 发展和比较分析,陈仕周 研究员 重庆鹏方路面工程技术研究院,一 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程 二 我国与日本的浇注式沥青混凝土比较 三 建议的浇注式沥青混凝土铺装结构 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 五 ERS铺装方案存在的问题及解决办法建议,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使用现状,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

2、混凝土铺装更长寿命的使用效果., 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（19972002年）, 第一阶段桥梁,钢桥面喷砂除锈+环氧富锌漆+粘结剂+3mm橡胶沥青防水层+44mmMastic Asphalt沥青

3、混凝土,钢桥面喷砂除锈+电弧喷锌防腐层+2.0mmEliminator防水粘结体系 +38mmMastic Asphalt沥青混凝土,江阴长江大桥,香港青马大桥, 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程,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TLA（称为TLA改性沥青）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.,第二阶段（20032007年）, 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程,这

4、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（20032007年）, 第二阶段桥梁,2004年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mmTLA改性GA10,该图为2010年4月拍摄,目前表层SMA有出现车辙,但未发现其他病害,天津子牙河大桥,胜利黄河大桥维修,2003年对该桥进行维修,铺装层为35mmSMA10+3540mmTLA改性GA10,2005发现铺装表层SMA曾出现纵向裂缝,调查发现,铺装下层GA完好,主要是由于SMA的抗裂性不足引起的开裂,经灌缝处理后,至今使用状况良

5、好,天津子牙河大桥, 第二阶段桥梁,2006年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mmTLA改性GA10,天津子牙河大桥,长沙三汊矶大桥,重庆朝天门大桥,2009年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mmTLA改性GA10, 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程,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（2

6、008年至今）, 浇注式沥青混凝土在我国的应用历程,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,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（2008年至今）, 第三阶段桥梁,沈阳沈北新区尚小桥,镇胜公路贵州北盘江大桥,2008年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10,2008年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10, 第三阶段桥梁,2009年建成通车,铺装层为30

7、mmSMA10+30mm聚合物改性GA10,2010年建成通车,铺装层为35mmSMA10+35mm聚合物改性GA10,南京过江桥隧夹江大桥,福州鼓山大桥,二 我国与日本的浇注式沥青 混凝土比较, 浇注式沥青混凝土在日本,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., 浇注式沥青混凝土在日本,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,

8、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.,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. 主要是以下三方面进行对比： 胶结料的要求 混合料级配 混合料性能要求, 胶结料的要求日本,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,

9、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., 日本沥青技术规范的要求,我国GA用改性沥青的要求, 胶结料的要求中国,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.,混合料级配要求,日本研究

10、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.,混合料级配要求,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,混合料性能要求,日本浇注式沥青混合料性能要求,混合料性能要求,我国浇注式沥青混合料性能要求,混合料性能要求的不同之处,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

11、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 量要求,不同结合料及其用量贯入度试验结果对比,注：混合料类型为GA-10,贯入度试验结果分析,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

12、大,抗高温60变形能力较差.,混合料性能要求的不同之处,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,混合料性能要求的不同之处,日本大部分区域的冬季气温较我国要低,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

13、同,低温弯曲试验结果,-10低温弯曲试验结果（混合料类型为GA-10）,低温弯曲试验结果分析,根据上页表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.,三 建议的浇注式沥青混凝土 铺装结构,铺装结构,工程案例,“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.,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

14、法的思考,环氧沥青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,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.,杭州湾大桥,阳逻大桥,润扬大桥,环氧沥青混凝土铺装结构存在的问题分析,环氧沥青混凝土（EA）铺装的常规结构,环氧沥青混凝土铺装结构存在的问题分析,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

15、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.,环氧沥青混凝土铺装结构存在的问题分析,病害发展过程,单 裂,伴随性裂缝,坑 洞,网 裂,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结构存在的问题分析,提出的解决方案,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铺装体系在功能上的要求,能够延缓病害的发展,保护钢板受到侵害. 因此,笔者在进行了大量室内试验后,提出了钢桥面板上加铺23mm的复合反应性防水体系的解决方案.,提出的

16、解决方案,为什么有用？,增加了加高韧性、高抗裂性防水层的环氧沥青混凝土铺装体系能够解决类似于润扬大桥钢桥面铺装严重病害的原因如下： 解决了原环氧沥青混凝土铺装体系一旦开裂,裂缝就到钢 板的问题.原环氧沥青混凝土铺装开裂后,水和空气沿环 氧富锌漆中的微空隙扩散,引起环氧富锌漆中的锌粉变成 氧化锌或锌盐,导致铺装局部脱层,从而产生已有裂缝周 围的伴随性开裂,进而产生坑槽,不得不挖补.因此,使 用合适的防水层可以防止桥面铺装产生严重的崩溃性破坏.,优良的防水粘体系,与钢板的结合力大于5.0MPa,对防腐层的保护等方面均比原环氧沥青更优良,同时,环氧沥青混凝土与防水层间结合力仍维持原铺装与钢板的结合力（3.0MPa）,因此不会产生脱层. 防水层的抗疲劳开裂能力可以达到环氧沥青混凝土的1