钢桥面的铺装结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢桥面的铺装结构及其施工方法，在钢桥面的桥面钢板上依次铺设组合式连结层、超高粘改性沥青玛蹄脂碎石层，所述组合式连结层自下而上依次包括第一改性环氧树脂-碎石层、第二改性环氧树脂-碎石层；所述组合式连结层与超高粘改性沥青玛蹄脂碎石层之间还设有粘结材料层；所述粘结材料层为活性环氧树脂材料。本发明的铺装结构及施工方法与传统的环氧沥青混凝土桥面铺装层相比造价较低，不需要专用设备，有利于施工组织，并且施工速度快，对于交通压力大的路段有明显优势。
【专利说明】钢桥面的铺装结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钢桥面设计、施工和养护修补【技术领域】，特别是涉及一种钢桥面的铺装结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]钢桥面铺装是桥梁行车系统的重要组成部分，它的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。正交异性桥面体系的出现，大幅度地降低了桥梁的重量，使桥梁的跨径更长，促进了特大跨径桥梁的建设，钢桥面铺装技术是伴随着特大跨径桥梁的建设而发展起来的一项高技术难度的特殊铺装技术。由于正交异性钢桥面体系的钢度小，变形大，对钢桥面铺装的要求非常苛刻，因而成为一项世界性的难题。钢桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上，在行车荷载、风载、温度变化及钢桥面局部变形等因素影响下，其受力和变形远较公路路面或机场跑道复杂，因而对其高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢板变形的随从性、变形特性、层间粘接以及完善的防排水体系等均有极高的要求。同时，由于铺装所处的特殊位置，在使用性能上又有重量轻、粘结性高、不透水等特殊要求。
[0003]我国钢桥面铺装先后使用过普通浙青混凝土、改性浙青混凝土、SMA、环氧浙青混凝土、浇注式浙青混凝土、树脂浙青组合体系(ERS)等，钢桥面铺装的结构出现过单层、双层、多层等形式。由于钢桥面本身结构的特点，钢桥面铺装层受力和变形情况比公路路面复杂的多，钢桥面的刚度较小，变形较大，在实际工程的运用中，与普通路面结构层相比，钢桥面铺装层更易出现车辙、开裂、脱层等多种病害。
[0004]德国是最早对钢桥面铺装体系展开研究的国家，随后美国、英国、丹麦、日本、荷兰等国家也先后进行了相关研究，其理论分析和数值计算的目的在于为钢桥面铺装提供设计参数。世界各国在钢桥面铺装方面选用的结构类型与铺状材料及厚度都不尽相同，一般包括防水层和浙青混凝土面层两个基本层面。钢桥面铺装浙青混合料主要有三种体系:浇注式浙青混凝土(Mastic Asphalt)、浙青玛蹄脂碎石(Stone Mastic Asphalt,简称SMA)和环氧浙青混凝土(Epoxy Asphalt)。这三种材料根据其性能的差别分别用于不同的铺装层位中，但由于钢桥面铺装具有厚度较薄和受力情况复杂的特点，钢桥面铺装层极易发生破坏。相比较而言环氧浙青混凝土强度较高，耐久性也好，但环氧浙青混合料的配制工艺比较复杂，施工中对时间和温度的要求十分严格，施工难度大，材料及施工成本较高。
[0005]近十几年来，我国建设的许多大跨径桥梁中，正交异性钢桥面板体系由于自重轻及经济性好而得到越来越多的应用。但是，正交异性钢桥面的铺装问题，在国内尚未得到很好的解决，大多存在不同程度的车辙、开裂、浙青混凝土面层与钢桥面的底层(即桥面板)脱层与滑移等病害。目前我国已建成使用的大跨径桥梁，由于采用的技术方案不可靠，大多存在不同程度的车辙、开裂、浙青混凝土面层与桥面板脱层与滑移等病害。
[0006]分析国内外钢桥浙青铺装使用状况发现，高温稳定性差和疲劳开裂是正交异性钢桥面铺装产生破坏的主要形式，究其破坏的根本原因在于桥面板对浙青混凝土面层变形的随从性不够，层间粘接耐久性差，进而造成桥面板与浙青混凝土面层脱层与滑移而破坏。因而，迫切需求一种既能满足我国特殊的气候环境要求，又能满足我国大量重载及超载交通条件，同时对施工工艺和施工环境比较宽松的钢桥面保护装置。
【发明内容】
[0007]基于此，本发明的目的是提供一种钢桥面的铺装结构，该铺装结构与钢桥面间能形成足够的粘结力，避免铺装层下表面与桥面钢板之间脱落，对桥面钢板起到防护的作用。
[0008]具体的技术方案如下:
[0009]一种钢桥面的铺装结构，在钢桥面的桥面钢板上依次铺设组合式连结层、超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层，所述组合式连结层自下而上依次包括第一改性环氧树脂-碎石层、第二改性环氧树脂-碎石层；所述组合式连结层与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层之间还设有粘结材料层；所述粘结材料层为活性环氧树脂材料。
[0010]在其中一个实施例中，所述第一改性环氧树脂-碎石层和第二改性环氧树脂-碎石层所使用的改性环氧树脂的粘结力>5MPa，23°C下的延伸率>65%，第一改性环氧树脂-碎石层中改性环氧树脂的用量为1.0-1.5kg/m2，第二改性环氧树脂-碎石层中改性环氧树脂的用量为 4.0-5.0kg/m2。
[0011 ] 在其中一个实施例中，所述超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层中所使用的超高粘改性浙青为60°c下粘度大于200000Pa.S的特种改性浙青。
[0012]在其中一个实施例中，所述粘结材料层所使用的活性环氧树脂材料的用量为
2.0-3.0kg/m2。
[0013]在其中一个实施例中，所述第一改性环氧树脂-碎石层和第二改性环氧树脂-碎石层所使用的碎石的平均直径为3-6_。
[0014]在其中一个实施例中，所述组合式连结层的厚度为6_12mm。
[0015]本发明的另一目的是提供一种钢桥面铺装结构的施工方法。
[0016]具体的技术方案如下:
[0017]上述钢桥面铺装结构的施工方法，包括如下步骤:
[0018]( I)采用表面喷砂处理技术对钢桥面的桥面钢板进行处理，使得桥面钢板表面粗糙、清洁、干燥、无污染；
[0019](2)在钢桥钢板表面均匀的涂刷改性环氧树脂，然后立即在改性环氧树脂上过量撒布3-6_碎石，覆盖所有液态树脂直至表面看不到树脂液体，待树脂固化2-3h后去除粘结不牢的碎石，形成第一改性环氧树脂-碎石层；
[0020](3)在第一改性环氧树脂-碎石层表面洒布改性环氧树脂，然后立即在改性环氧树脂层上过量撒布3-6_碎石，覆盖所有液态树脂直至表面看不到树脂液体，待树脂固化2-3h后去除粘结不牢的碎石，形成第二改性环氧树脂-碎石层；
[0021](4)在步骤(2)- (3)形成的连结层上洒布粘结材料，形成粘结材料层；
[0022](5)在粘结材料层上摊铺超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层并碾压成型，即得所述钢桥面的铺装结构。
[0023]在其中一个实施例中，所述步骤(2) - (6)的施工时间为8-10h。
[0024]钢桥面体系自重轻，变形大，破坏多来自浙青混凝土面层对桥面板变形的随从性不够，层间粘接耐久性差，进而造成桥面铺装层与桥面钢板之间脱层与滑移而破坏，在水存在的情况下会腐蚀钢板，对桥梁安全极为不利，所以桥面铺装层与桥面钢板间连接和防护问题对于整个钢桥面铺装的成功与否起着至关重要的作用。因此，与桥面钢板接触的结构层材料应考虑如下基本性能:不透水性、耐高温稳定性、耐低温韧性、耐久性、抗剪强度、粘结强度、施工可操作性等。本发明连结层采用的改性环氧树脂材料是一种特殊的三相混合的聚合物系统，这种聚合物对钢结构的粘结力尤为突出，同时在低温下也能保持良好的柔韧性，改性环氧树脂与3-6mm碎石形成的组合式改性环氧树脂碎石连结层，可以防水、防锈，该薄层具有对钢结构的粘结力强、变形空间大、强度高、抗剪能力强的优良特点，有效吸收铺装层和桥面板之间的相对位移，起到应力吸收层的作用，从而实现了钢桥面铺装层与桥面钢板之间良好的随从性，极大程度解决了大跨度桥梁大变形的问题。
[0025]由于钢桥面的结构特点，钢桥面铺装层在夏季炎热环境下内部温度较高，一般可以达到60°C—70°C，这对钢桥面铺装层的高温稳定性是非常不利的，因此，本发明采用超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SM)层作为整个刚桥面铺装层的一部分，超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)混合料具有较好的高温性能、低温性能、抗水损害及抗疲劳性能，且表面粗糙、抗滑性能好。本发明中使用超高粘改性浙青具有粘度大的特点，60°C动力粘度大于200000Pa.s，同时浙青使用性能分级达到PG82-22等级，能够充分发挥浙青玛蹄脂碎石混合料优良的路用性能。
[0026]此外本发明在组合式连结层与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)层之间还铺设了粘结材料层，该粘结材料为活性环氧树脂，使组合式连结层与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)层之间的粘结力达到1.5-2.0MPa,这种材料能在浙青混合料高温作用下溶解,使上下层能够充分粘结，在浙青混合料温度下降后能够二次固化。
[0027]与现有技术相比，本发明具有以下显著特点:
[0028](I)使用了改性环氧树脂与超高粘改性浙青这两种材料，改性环氧树脂与钢桥的粘结力强、抗变形能力强、抗剪能力强，作为防水连结层能够有效保护钢桥面，同时将改性环氧树脂、3_6mm碎石与桥面钢板紧密粘结；超高粘改性浙青能保证浙青玛蹄脂碎石混合料优良的高温性能、路用性能得到充分发挥。
[0029](2)使用了 2层改性环氧树脂层、2层碎石层和一层能牢固粘结上下层结构的粘结材料层的组合式改性环氧树脂碎石连结层和粘结材料层设计，形成了 6-12mm厚的组合式连结层，克服现有单层碎石结构中碎石表面未能被树脂全部覆盖而产生的稳固性与粘结力不足的缺点。本体系中第一碎石层中的碎石表面100%被改性环氧树脂裹覆，碎石在树脂中分布均匀、镶嵌牢固，并与钢板紧密连结。这种结构与钢桥面钢板的粘结力强、变形空间大、强度高、抗剪能力强，当桥面钢板在温度变化或行车荷载作用下发生变形时，连结层可以吸收铺装层和桥面钢板之间的相对位移，起到应力吸收层的作用，从而实现了铺装层与桥面钢板之间良好的随从性，因此减少及推迟裂缝、鼓包等病害的产生，实现对钢桥面的防水防腐功能。
[0030](3)使用了组合式改性环氧树脂碎石连结层与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)层的结构组合，组合式连结层粗糙的上表面(构造深度达3.0mm以上)与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)层的组合能够有效抵抗车辆运行时产生的水平剪应力，防止结构层之间的滑移，保证了结构的稳定性。并且，使用了一种对3-6mm碎石和超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)混合料都有良好粘附功能的粘结材料，使结构体系的上、下层形成整体。[0031](4)这种新方案与传统的环氧浙青混凝土桥面铺装层相比造价较低，不需要专用设备，有利于施工组织，并且施工速度较快，对于交通压力大的路段有明显优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明钢桥面铺装结构的剖面示意图。
[0033]附图标记说明:
[0034]101、桥面钢板；102、第一改性环氧树脂-碎石层；103、第二改性环氧树脂-碎石层；104、组合式连结层；105、粘结材料层；106、超高粘改性浙青玛蹄脂碎石(SMA)层。
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和实施例对本申请做进一步的阐述。
[0036]如图1所示，本发明的钢桥面铺装结构，按照从上到下的顺序，包括超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层106、粘结材料105、组合式连结层104，超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层与组合式连结层之间用粘结材料粘结；组合式连结层由第一改性环氧树脂-碎石层102、第二改性环氧树脂-碎石层103构成，直接设置在桥面钢板101上。
[0037]1、材料要求
[0038](I)改性环氧树脂:优选采用美国陶氏化学公司(DOW)生产的高分子树脂材料，其主要成分为二元杂化高分子树脂，配方中不含任何填料及挥发性溶剂，该杂化高分子系统能够提供优越的低温柔韧性以及极好的耐候性。改性环氧树脂使用时按一定的比例取相应的树脂组分(PartA)和固化剂组分(PartB)搅拌均匀即可,按照体积比A组分:B组分=1:1混合后充分搅拌5min。`其主要性能及指标如表1_2。
[0039]表1改性环氧树脂主要性能指标
[0040]
性能指标I 技术标准检测方法
枯结力(与钢板)I>5MpaAC1-503 R29
'压缩强度I >47.6MPa ' ASTM C-109
__I___
[0041]
拉伸强度(23°C)>15.4MPaASTM C-109~
延伸率(23°C )>65 %ASTM C-109
拉^>|8.6 MPaASTM C-109
延伸率(0°C)I > 23 %ASTM C-109
拉伸模量>204 MPaASTM C-109
[0042]表2改性环氧树脂与钢板拉拔试验结果
[0043]
【权利要求】
1.一种钢桥面的铺装结构，其特征在于，在钢桥面的桥面钢板上依次铺设组合式连结层、超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层，所述组合式连结层自下而上依次包括第一改性环氧树脂-碎石层、第二改性环氧树脂-碎石层；所述组合式连结层与超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层之间还设有粘结材料层；所述粘结材料层为活性环氧树脂材料。
2.根据权利要求1所述的钢桥面的铺装结构，其特征在于，所述第一改性环氧树脂-碎石层和第二改性环氧树脂-碎石层所使用的改性环氧树脂的粘结力>5MPa，23°C下的延伸率>65%，第一改性环氧树脂-碎石层中改性环氧树脂的用量为1.0-1.5kg/m2，第二改性环氧树脂-碎石层中改性环氧树脂的用量为4.0-5.0kg/m2。
3.根据权利要求1所述的钢桥面的铺装结构，其特征在于，所述超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层中所使用的超高粘改性浙青为60°C粘度大于200000Pa.S的特种改性浙青。
4.根据权利要求1所述的钢桥面的铺装结构，其特征在于，所述粘结材料层中活性环氧树脂材料的用量为2.0-3.0kg/m2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的钢桥面的铺装结构，其特征在于，所述第一改性环氧树脂-碎石层和第二改性环氧树脂-碎石层所使用的碎石的平均直径为3-6_。
6.根据权利要求1-4任一项所述的钢桥面的铺装结构，其特征在于，所述组合式连结层的厚度为6-12mm。
7.权利要求1-6任一项所述的钢桥面铺装结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)采用表面喷砂处理技术对钢桥面的桥面钢板进行处理，使得桥面钢板表面粗糙、清洁、干燥、无污染； (2)在钢桥钢板表面均匀的涂刷改性环氧树脂，然后立即在改性环氧树脂上过量撒布3-6mm碎石，覆盖所有液态树脂直至表面看不到树脂液体，待树脂固化2_3h后去除粘结不牢的碎石，形成第一改性环氧树脂-碎石层； (3)在第一改性环氧树脂-碎石层表面洒布改性环氧树脂，然后立即在改性环氧树脂层上过量撒布3-6mm碎石，覆盖所有液态树脂直至表面看不到树脂液体，待树脂固化2_3h后去除粘结不牢的碎石，形成第二改性环氧树脂-碎石层； (4)在步骤(2)-(3)形成的连结层上洒布粘结材料，形成粘结材料层； (5)在粘结材料层上摊铺超高粘改性浙青玛蹄脂碎石层并碾压成型，即得所述钢桥面的铺装结构。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)-(6)的施工时间为8-10h。
【文档编号】E01D19/12GK103774553SQ201310754559
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】刘先淼, 张少锦, 卢汉平, 熊健, 易志强, 邓志华, 王勇, 李云江, 刘学, 范磊 申请人:广州新粤交通技术有限公司, 广州珠江黄埔大桥建设有限公司