复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构及其施工方法与流程

本发明涉及桥面铺装领域，特别涉及复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构及其施工方法。

背景技术：

伴随着我国改革开放的进程，高速公路、城市快速路、以及城市主干道得到了迅猛的发展，建设了大批的公路桥梁和城市桥梁。至今，我国已建成的各类现代化桥梁在世界桥梁跨径排名上都进入了重要的名次，甚至名列前茅。它从一个侧面反映了我国生产、经济与科学技术的发展高度。

伴随着我国桥梁技术的蓬勃发展，桥梁建设技术的日趋成熟，在桥梁整体结构上的问题日渐减少。相对而言，桥梁铺装却常常被工程师忽视，我国的桥梁设计规范和水泥混凝土路面施工规范也仅仅给出了混凝土铺装和沥青铺装的厚度要求，使桥面铺装过多过早破坏的情况屡见不鲜，每一次桥面修补，都给交通带来巨大的压力。例如，重庆市黄花园大桥是连接渝中区和江北区的重要通道，现日均车流量达到14万辆，由于桥面破损严重，不得不于2013年2月25日开始对桥面铺装进行了长达60多天的更换处理，相关车辆不得不绕行，极大地影响了人们的正常出行，也给桥梁造成巨大的通行压力，使原本拥堵的城市更加拥堵。

桥面铺装是车轮直接作用的部分。桥面铺装的作用在于防止车辆轮胎或履带直接磨耗行车道板，保护主梁免受雨水侵蚀，并对车辆轮重的集中荷载起分布作用。这也就是说，一方面，桥面铺装必须给车辆提供一个舒适的行车条件并扩散荷载，必须具备足够的刚度和良好的整体性能，具有抗裂、抗滑、耐磨等性能。另一方面，桥梁铺装和桥梁受力结构粘结形成整体工作的，桥梁铺装会随着桥梁结构的受力特点可能承受拉力或者压力。

普通水泥混凝土铺装是中小跨径桥梁上最常使用的铺装材料之一。普通水泥混凝土材料取材方便，性能可靠，刚度大，强度高，坚固耐用及日常养护工作量小等显著特点。普通水泥混凝土铺装层的弹性模量大，弯拉强度小，脆性特征明显，通行噪音比沥青铺装层要大，舒适性也较沥青铺装逊色。

由于沥青混凝土铺装结构具有快速施工及良好的行驶性能，现代的桥梁铺装通常采用沥青混凝土铺装。但是沥青混凝土桥面铺装的耐久性却严重不足。通常一条高速公路上桥梁、通道和立体交叉等结构构造物的总长度通常要比路基路面短的多，但在大部分高速公路上构造物水泥混凝土铺装上的沥青混凝土面层产生坑洞的数量往往多于路基路面上产生的坑洞，前者的修补率往往比后者的修补率大的多且更容易发生车辙和推拥。此外，混凝土表层的沥青混凝土铺装比路基路面上沥青混凝土铺装也更容易产生辙槽。

因此，需要一种新型的桥面铺装结构，提高桥面铺装结构的强度，增强抗弯性能，抗车辙性能，避免疲劳裂缝的产生，同时提高抗高低温性能，减少桥面维修率，延长桥面铺装结构的使用寿命，进而提高行车安全性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构及其施工方法，桥面铺装结构强度高，抗弯性能和抗车辙性能优异，同时具有较好的抗高低温性能，减少桥面维修率，延长桥面铺装结构的使用寿命，进而提高行车安全性。

本发明的复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构，包括设置于钢桥面板上的由三复合三维多孔材料和流动填料复合成型的铺装层，所述填料填充于三维多孔材料的三维贯通孔内形成网络交织复合密实结构；在铺装层和钢桥面板之间设置有粘接层或/和剪力键；

进一步，所述填料为水泥浆、细骨料砼、聚合物水泥浆、聚合物混凝土、环氧树脂、环氧混凝土中的一种或两种的混合物，所述三维多孔材料为三维多孔金属、三维多孔纤维、三维多孔塑料中的两种以上材料的复合；

进一步，所述三维多孔金属为铁、钢、铝、镍、钛、铜以及上述材料的合 金中的一种或两种以上混合物；所述三维多孔纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或两种以上混合物；所述三维多孔塑料为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合物；

进一步，所述三维多孔材料的孔洞均匀分布，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～200mm；

进一步，所述铺装层厚度为0.2-30cm；

进一步，本发明公开一种三维多孔材料钢桥面钢铺装结构的铺装方法，包括以下步骤：将填料密实填充于三维多孔材料的三维贯通孔内制成具有网络交织复合密实结构的预制板后铺设于桥面板上。

本发明还公开另一种复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构的铺装方法，包括以下步骤：将三维多孔材料铺设于钢桥面板上，然后在三维多孔材料上浇筑填料使填料密实填充于三维多孔材料的三维贯通孔内形成网络交织密实结构。

本发明的有益效果：本发明的复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构及其施工方法,通过对三维多孔材料的贯通孔密实填充填料形成结构材料与填料相互穿插交叉成一体，填料在三维网孔中，形成环绕闭锁，达到很好的增强效果，界面结合力强度高，材料之间彼此约束又相互增强，所形成的结构整体性强，结构的强度和屈服应力显著提高，提高钢桥面铺装结构的整体强度和硬度，同时具有一定的韧性，增强抗车辙性能，并具有吸水性小，抗渗性、抗冻性好，耐磨性高，抗高低温性能好的特点，实施该钢桥面铺装结构的工艺简单，便于操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为铺装层的平面结构示意图。

具体实施方式

本实施例的复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构，包括设置于钢桥面板4上的由复合三维多孔材料和填料3复合成型的铺装层1，所述填料3填充于三维多孔材料的三维贯通孔2内固化粘结形成网络交织复合密实结构；所述铺装层1和钢桥面板4之间设置有粘接层或/和剪力键；三维多孔材料为单个材料自身为多孔结构，复合三维多孔材料为多种多孔材料单体的混合。通过对三维多孔材料的贯通孔密实填充填料3形成多孔材料与填料3相互穿插交叉成一体的桥面板结构，结构的刚度和屈服应力显著提高，进而提高钢桥面铺装结构的整体强度和硬度。还可包括铺设于铺装层1上的增强层，所述增强层材料为混凝土和/或沥青；与上述结构结合进一步增强铺装结构的强度，减小吸水性、提高抗渗性、抗冻性、耐磨性等方面的性能。所述粘接层的材料可以为松香1-5份、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物10-15份、沥青改性剂5-10份、天然30-40份岩沥青，所述沥青改性剂包括聚乙烯废弃物3-10份，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物3-8份，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物1-5份，萜烯树脂1-5份，溶剂油5-10份，醇醚羧酸盐界面剂0.3-0.7份；所述粘接层的材料也可以为：各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶增粘剂∶增容剂∶稳定剂＝100∶(6～12)∶(0.8～3)∶(5.0～18.7)∶(0.～1)，选取基质沥青、改性剂SBS、增粘剂、增容剂和稳定剂；所述的基质沥青选用沥青AH-70或沥青AH-90；所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；所述的增粘剂选用石油树脂或萜烯树脂；所述的增容剂选用二氢呋喃、季戊四醇或季戊四醇酯增容剂；所述的稳定剂选用聚酰胺类稳定剂或硫磺类稳定剂；增强铺装层1和桥面板的粘结。

本实施例中，所述填料3为水泥浆、细骨料砼、聚合物水泥浆、聚合物混凝土、环氧树脂、环氧混凝土中的一种或两种的混合物，所述三维多孔材料为三维多孔金属、三维多孔纤维、三维多孔塑料中的两种以上材料的复合；填料3为反应型填料3或者非反应型填料3，具有一定的流动性，能够填充孔隙，与三维多孔材料以化学键或者是力学作用的方式结合，提高桥面铺装结构的整 体强度和硬度。上述填料3所具有的流动性和粘结性，使填料3能够均匀的分散于三维多孔材料的孔隙中，通过填料3的粘结性使填料3与多孔材料充分结合，提高粘结性，也利于填料3分子与多孔材料之间的充分把合。当填料3为细骨料砼时，材料之间不但相互粘结形成交织网状结构，而且细骨料与多孔材料之间同时起到骨架支撑的作用，彼此协同增强形成骨架体；当填料3为聚合物类或/和环氧树脂时，通过密实填充多孔材料的孔洞形成环绕闭锁，使材料之间的界面结合强度更高，所形成的铺装结构具有更高的屈服应力。

本实施例中，所述三维多孔金属为铁、钢、铝、镍、钛、铜以及上述材料的合金中的一种或两种以上混合物；但多孔材料为金属时，三维多孔的强度高，结构性更强，所述三维多孔纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或两种以上混合物；所述三维多孔塑料为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅、聚乙烯缩甲醛、醋酸纤维素及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的混合物；当多孔材料为纤维或塑料时，不但具有强度，同时还具有很高的柔韧性，其孔隙中的填料3同时起到协同增强整体结构强度的作用。

本实施例中，所述三维多孔材料的孔洞均匀分布，联通孔隙率为50～99％，孔径为0.1～200mm；孔洞的分布直接影响多孔材料的结构强度，因此，三维多孔材料的联通孔隙率与孔径之间是一个有机的组合搭配，相互之间是一个动态的平衡关系，只有满足两者之间的平衡关系，才能在三维多孔材料的贯通孔密实填充填料3形成结构材料与填料3相互穿插交叉成一体，填料3在三维网孔中，形成环绕闭锁，增强材料内部的孔连接结构的致密性和强度，由此不仅增强了材料的抗拉强度，更有效增强了材料的延伸性能，同时又满足强度的需求，界面结合力强度高，材料之间彼此约束又相互增强。

本实施例中，所述铺装层1厚度为0.2-30cm。

本实施例中，在铺装层1和钢桥面板4之间设置有粘接层或/和剪力键；

本发明公开一种复合三维多孔材料的钢桥面铺装结构的铺装方法，包括以 下步骤：将填料3密实填充于三维多孔材料的三维贯通孔2内制成具有网络交织复合密实结构的预制板后铺设于钢桥面板4上；该方法为先制作成预制板，再通过剪力键固定于桥面板上。

本发明还公开另一种三维多孔材料桥面铺装结构的铺装方法，包括以下步骤：将三维多孔材料铺设于钢桥面板4上，然后在三维多孔材料上浇筑填料3使填料3密实填充于三维多孔材料的三维贯通孔2内形成网络交织密实结构；该方法为现场施工，施工方便。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。