CN103696366B - 一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式钢桥桥面的铺装结构及铺装方法，特点是由从下至上的四层结构层组成，分别为：喷撒在光滑钢板上的粗糙化层；铺设在粗糙化层上整体化层；铺设在整体化层上的综合防水体系层；以及铺设在综合防水体系上的冷拌树脂沥青排水混凝土层。本利用自主研发的先进材料，将各种材料的性能及结构层的功能发挥到极致，实现了钢板从光滑界面到粗糙界面的转变，且又能克服钢桥面铺装自身存在的一些比较难以解决的难题，比如通过综合防水体系层极大降低了城市高架设计排水功能层的风险，使得路面的安全性能、环保性能、耐久性能均大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市高架钢桥面铺装，尤其是涉及一种组合式钢桥桥面的铺装结构及铺装方法。
背景技术
21世纪后，随着科技不断进步，交通建设事业得到了快速的发展，钢箱梁桥由于具有自重轻、施工方便快速、承载能力和跨越能力大等优点，应用领域日益在扩大，现阶段城市高架桥梁在跨径大、交通影响大、使用条件相对苛刻的位置基本都采用了钢箱梁桥。不过，钢箱梁桥面铺装相比水泥混凝土桥条件更为复杂。
第一、它不像水泥混凝土桥铺装具有相对厚实的梁板支撑，钢板厚度都比较薄，一般在12～16mm，在外力作用下产生整体及局部绕曲变形较大；
第二、钢板导热系数比其他土工材料大的多，高温气候下铺装层内外温差巨大，且铺装层内温度很高，往往达到80、90℃；
第三、钢板遇水极易生锈，不仅对铺装层层间黏结、抗剪切能力产生重大影响，还会对钢箱梁产生腐蚀，影响使用寿命；
第四、钢桥面铺装层表面存在负弯矩，对材料抗弯拉应力、应变能力提出了更高的要求，结构层抗疲劳性能、耐久性能显得更为突出；
截至目前，欧美日等发达国家针对钢桥面铺装的特点、难点进行了一系列深入研究，先后出现了以德、英、法、日等国为代表的浇注式沥青混合料铺装方案；以美国为代表的环氧树脂沥青铺装方案以及德国、日本等国采用的双层改性沥青SMA方案，基本形成了适合其本国特点的钢桥面铺装成套体系。我国对钢桥面铺装技术的研究相对较晚，直至20世纪末，以广东虎门大桥钢桥面铺装应用为起点，国内才正式进入了大跨径钢箱梁桥沥青混凝土铺装应用时期，不过主要以照搬引进国外成套铺装技术为主，对钢桥面铺装技术的适用性认识往往不足，对国内钢桥面使用的严峻条件欠缺考虑，因此，铺装层普遍发生了较为严重的早期损坏现象，出现了裂缝、车辙及推移等病害。
此外，城市高架钢桥面表面功能层普遍采用传统的密实型沥青混凝土或大孔隙路面结构，但是这两种路面结构层在实际应用过程中却存在比较多的问题：1）路面雨天的抗滑性、行车安全性成为主要的问题；2）道路交通噪音严重影响着人们的正常生活；3）沥青路面及水泥路面具有较大的吸热率，城区温度日渐攀高，城市热岛现象日趋明显；4）路表面层承载能力偏弱，出现进一步被压密的现象；5）孔隙衰减在短时间内就非常明显，排水功能受到严重影响；6）雨水等渗入结构层内部，对下部结构层的使用耐久性产生严重影响；7）除雪剂或酸雨等对结构层产生腐蚀，造成路表面剥落、坑槽等现象。
专利号200910152726和申请号201110298046.2都公开了一种钢桥桥面铺装结构及铺装方法，主要针对钢桥桥面的各功能层作了不同改进，但是对于铺装层的防水层，它们都还是采用防水沥青涂料涂布而成，因此这种单一的防水体系在路表面长期的挤压变形后，容易遭破坏产生渗水，造成内部严重的安全路患。
综上，针对城市高架钢箱梁桥面的现实使用状况，迫切需要开发一种新材料，并设计一种质量可靠，施工便捷，综合造价相对低廉且寿命更长，适用于城市道路的组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种质量可靠、施工方便、使用寿命长、维修养护期短并满足城市高架钢桥桥面变形需要，热稳定性能好，排水功能及减噪效果持久的组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种组合式钢桥桥面的铺装结构，由从下至上的四层结构层组成，分别为：喷撒在光滑钢板上的粗糙化层；铺设在粗糙化层上整体化层；铺设在整体化层上的综合防水体系层；以及铺设在综合防水体系上的冷拌树脂沥青排水混凝土层；
所述的粗糙化层，包括在光滑钢板界面喷涂反应性树脂胶料和同步撒布在所述反应性树脂胶料上面的单粒径碎石；所述碎石的粒径直径为3～5mm，用量为5～7kg/m2；所述的反应性树脂胶料涂布量0.9～1.1kg/m2；所述的粗糙化层完美实现了钢桥界面从光滑到粗糙的转变，大大降低铺装层出现滑移的风险，同时又能满足钢桥面板苛刻的铺装条件；
所述的整体化层，包括联接层及冷固性树脂沥青混凝土层；所述联接层采用冷固性树脂沥青胶结料，用量为0.3～0.5kg/m2，起到层间联接作用；所述冷固性树脂沥青混凝土层厚度为2～3cm，由以下原料及重量百分比组成：冷固性树脂沥青胶结料6～9%、沙石矿料86～90%，聚酯纤维0.3～0.4%，矿粉填料2～5%；所述的整体化层给整个铺装结构层提供整体承载能力，有效抵抗及分散车辆超重载的影响；
所述的综合防水体系层，包括热固性环氧沥青固结碎石防水层及高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层；所述热固性环氧沥青固结碎石防水层采用热固性环氧沥青固结剂，喷涂用量0.6～0.8kg/m2，撒布的碎石粒径为5～10mm，用量为6～8kg/m2；所述高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层厚度为3～4cm，由以下原料及重量百分比组成：沥青5.5%～6.5%，沙石矿料81.5～86%，矿粉填料：8%～12%，纤维0.3～0.4%；所述的综合防水体系层大大降低了水流渗入结构层、破坏结构核心层的风险；
所述的冷拌树脂沥青排水混凝土层厚度为3～4cm，原料及重量百分比组成为：树脂沥青胶结料5～7%，沙石矿料88～90%，聚酯纤维0.1～0.2%，矿粉填料3～5%；利用冷拌树脂沥青排水混凝土作为表面功能，克服铺装层易压密、易出现车辙开裂等问题，同时大大提高孔隙的可持续性及耐久性，提高车辆的行驶安全性。
进一步地，所述的粗糙化层中所用的反应性树脂胶料，是由环氧树脂作为A组分，与B组分以接近1：1的质量比进行混合而成；所述B组分是由以下原料及重量百分比组成：固化剂60～69%、增韧剂15～20%、偶联剂5～8%、稀释剂1～2%、固化促进剂10～15%。
所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类，优选聚硫橡胶；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述稀释剂为活性稀释剂，优选烯烃类稀释剂；所述固化促进剂为多元硫醇。
进一步地，所述的整体化层中所用的冷固性树脂沥青胶结料，由以下原料及重量百分比组成：环氧树脂20～36%，固化剂15～30%，70#石油沥青40～54%，增容剂2～4%，增韧剂3～8%，偶联剂3～6%，消泡剂1～2%。
所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类，优选聚硫橡胶；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
本发明所述组合式钢桥桥面是由钢桥顶板、横隔板、纵隔板、加劲肋和桥面铺装层组成；其中加劲肋与纵横隔板在垂直方向互相交织，形成网状承重物结构，并与上部钢板相连接。
本发明还公开了一种组合式钢桥桥面的铺装方法，包括以下几个步骤：
（1）封闭交通，去除钢板表面明显的杂物、焊瘤、毛刺、油脂等，对钢板界面进行初步处理；
（2）钢板除锈，使得钢板形成一个有一定粗糙度的新鲜光洁界面；
（3）在处理好的钢板界面上涂覆一层反应性树脂胶料，并同步撒布一层3～5mm单粒径碎石一起固化，形成具有足够咬合强度的粗糙化层；
（4）在粗糙化层上铺设整体化层，喷涂冷固性树脂沥青联接层，铺筑2～3cm的冷固性树脂沥青混凝土刚度层，使结构层之间形成整体，具备高强度、高刚度特点，可完全承受超重荷载负荷；
（5）在整体化层上铺设综合防水体系层，喷撒热固性环氧树脂沥青碎石层，铺设高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层，形成具有足够可靠度的防水体系；
（6）在综合防水体系层上面铺装3～4cm厚的冷固性树脂沥青排水混凝土，即得到组合式钢桥桥面的铺装结构。
所述步骤（3）中的粗糙化层，采用的反应性树脂胶料是由缩水甘油酯类环氧树脂作为A组分，与B组分以接近1：1的质量比进行混合而成；所述B组分是由以下原料及重量百分比组成：固化剂60～69%、增韧剂15～20%、偶联剂5～8%、稀释剂1～2%、固化促进剂10～15%。
其中，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类，优选聚硫橡胶；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述稀释剂为活性稀释剂，优选烯烃类稀释剂；所述固化促进剂为多元硫醇。
所述步骤（4）中的整体化层，采用的冷固性树脂沥青胶结料由以下原料及重量百分比组成：环氧树脂20～36%，固化剂15～30%，70#石油沥青40～54%，增容剂2～4%，增韧剂3～8%，偶联剂3～6%，消泡剂1～2%。
其中，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类，优选聚硫橡胶；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
与现有技术相比，本发明具备的技术优点为：
作为一种城市高架组合式钢桥桥面铺装的新结构，本发明充分合理地利用了现有的和这种新研发的先进材料，一定程度上是将各种材料的性能及结构层的功能发挥到了极致。应用本发明的铺装结构完美实现了钢板从光滑界面到粗糙界面的转变，且又能很好克服钢桥面铺装自身存在的一些比较难以解决的难题；比如通过整体化层使之具备了承受超重荷载的能力，并可有效分散荷载应力集中，使得受力更为均匀；通过综合防水体系层极大降低了城市高架设计排水功能层的风险，使得下部核心结构层遭受破坏的可能性基本接近“零”；本发明的冷拌树脂沥青排水混凝土层在克服传统密实结构功能层缺陷的同时，更是将传统的大孔隙沥青混凝土层提升到了一个新的层面，使得路面的安全性能、环保性能、耐久性能大大提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述：
一种组合式钢桥桥面的铺装方法，包括以下几个步骤：
1.封闭交通，使用铁锤和化学试剂去除钢板表面明显的杂物、焊瘤、毛刺、油脂等，对钢板界面进行初步处理。
2.利用自动无尘抛丸机和喷砂机进行钢板除锈，使得钢板形成一个有一定粗糙度的新鲜光洁界面。
3.在处理好的钢板界面上涂覆一层反应性树脂胶料，涂布量0.9～1.1kg/m2；并同步撒布一层3～5mm单粒径碎石，用量5～7kg/m2，一起固化，形成具有足够咬合强度的粗糙化层。
这里的反应性树脂胶料，是由环氧树脂作为A组分，与B组分以接近1：1的质量比进行混合而成；所述B组分是由以下原料及重量百分比组成：固化剂60～69%、增韧剂15～20%、偶联剂5～8%、稀释剂1～2%、固化促进剂10～15%。
其中，环氧树脂为缩水甘油酯类；固化剂为多元胺类固化剂；增韧剂为聚硫橡胶；偶联剂为有机硅烷偶联剂；稀释剂为烯烃类稀释剂；固化促进剂为多元硫醇。
反应性树脂胶料性能指标见下表：
| 检查项目 | 测试温度 | 性能要求 | 试验方法 |
| 拉拔强度（MPa） | 25℃ | ≥10 | ASTMD638 |
| 拉拔强度（MPa） | 70℃ | ≥3 | ASTMD638 |
| 拉剪强度（MPa） | 25℃ | ≥5 | |
| 拉剪强度（MPa） | 70℃ | ≥1 | |
| 断裂强度（MPa） | 25℃ | ≥10 | 实测项目 |
| 断裂伸长率（%） | 25℃ | ≥10 | 直接拉伸试验 |
| 胶料黏度（Pa.S） | 25℃ | 1-2 | 实测项目 |
| 指干时间（h） | 25℃ | 24≥t≥1 | 指干测试 |
| 固化时间（h） | 25℃ | ≤72 | ASTMD638 |
单粒径碎石性能指标见下表：
| 指标 | 单位 | 标准值 |
| 表观相对密度 | t/m3 | ≥2.60 |
| 坚固值（＞0.3mm部分） | % | ≥12 |
| 砂当量 | % | ≥60 |
| 棱角性（流动时间） | S | ≥30 |
| 小于0.075mm的含量（水洗法） | % | ≤1 |
| 吸水率 | % | ≤1.0 |
4.在粗糙化层上铺设整体化层，喷涂冷固性树脂沥青联接层，用量为0.3～0.5kg/m2；然后再铺筑2～3cm的冷固性树脂沥青混凝土刚度层，使结构层之间形成整体，具备高强度、高刚度特点，可完全承受超重荷载负荷；
这里的冷固性树脂沥青混凝土的原料重量百分比组成为：冷固性树脂沥青胶结料6～9%、沙石矿料86～90%，聚酯纤维0.3～0.4%，矿粉填料2～5%；其中，冷固性树脂沥青胶结料由以下原料及重量百分比组成：水甘油酯类环氧树脂20～36%，多元胺类固化剂15～30%，70#石油沥青40～54%，增容剂2～4%，聚硫橡胶增韧剂3～8%，有机硅烷偶联剂3～6%，消泡剂1～2%。
冷固性树脂沥青胶结料的性能指标见下表：
| 试验项目 | 单位 | 技术要求 | 试验方法 |
| 指干时间（25℃） | h | ≥1.0 | 指干法 |
| 固化时间（25℃） | h | ≤96 | |
| 断裂伸长率（25℃） | % | ≥10 | 直接拉伸试验 |
冷固性树脂沥青混凝土的性能指标见下表：
| 试验项目 | 技术要求 | 试验方法 |
| 马歇尔稳定度KN（70℃） | ≥30 | 50次击实 |
| 流值0.1mm | 10～30 | |
| 击实孔隙率% | 2～4 | |
| 车辙动稳定度次/mm（60℃） | ≥10000 | T0719 |
| 水稳定性:残留马歇尔稳定度 | ≥85% | T0729 |
| 冻融劈裂试验残留强度比 | ≥80% | T0729 |
| 渗水系数ml/min | ＜50 | T0730 |
| 构造深度mm | ≥0.5 | T0731 |
| -10℃低温弯曲极限应变 | ＞600×10-6 | T0728 |
5.在整体化层上铺设综合防水体系层：
先喷撒热固性环氧树脂沥青碎石层，采用热固性环氧沥青固结剂，喷涂用量0.6～0.8kg/m2，撒布的碎石粒径为5～10mm，用量为6～8kg/m2；
再铺设高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层，形成具有足够可靠度的防水体系；其厚度在3～4cm，由以下原料及重量百分比组成：沥青5.5%～6.5%，沙石矿料81.5～86%，矿粉填料：8%～12%，纤维0.3～0.4%。
6.在综合防水体系层上面铺装3～4cm厚的冷固性树脂沥青排水混凝土，原料及重量百分比组成为：树脂沥青胶结料5～7%，沙石矿料88～90%，聚酯纤维0.1～0.2%，矿粉填料3～5%；即得到城市高架组合式钢桥桥面的铺装结构。
最后，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其流程、技术内容所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，由从下至上的四层结构层组成，分别为：喷撒在光滑钢板上的粗糙化层；铺设在粗糙化层上整体化层；铺设在整体化层上的综合防水体系层；以及铺设在综合防水体系上的冷拌树脂沥青排水混凝土层；
所述的粗糙化层，包括在光滑钢板界面喷涂反应性树脂胶料和同步撒布在所述反应性树脂胶料上面的单粒径碎石；所述碎石的粒径直径为3～5mm，用量为5～7kg/m2；所述的反应性树脂胶料涂布量为0.9～1.1kg/m2；
所述的整体化层，包括联接层及冷固性树脂沥青混凝土层；所述联接层采用冷固性树脂沥青胶结料，用量为0.3～0.5kg/m2，起到层间联接作用；所述冷固性树脂沥青混凝土层厚度为2～3cm，由以下原料及重量百分比组成：冷固性树脂沥青胶结料6～9％、沙石矿料86～90％，聚酯纤维0.3～0.4％，矿粉填料2～5％；
所述的综合防水体系层，包括热固性环氧沥青固结碎石防水层及高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层；所述热固性环氧沥青固结碎石防水层采用热固性环氧沥青固结剂，喷涂用量0.6～0.8kg/m2，撒布的碎石粒径为5～10mm，用量为6～8kg/m2；所述高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层厚度为3～4cm，由以下原料及重量百分比组成：沥青5.5％～6.5％，沙石矿料81.5～86％，矿粉填料：8％～12％，纤维0.3～0.4％；
所述的冷拌树脂沥青排水混凝土层厚度为3～4cm，原料及重量百分比组成为：树脂沥青胶结料5～7％，沙石矿料88～90％，聚酯纤维0.1～0.2％，矿粉填料3～5％。
2.根据权利要求1所述的组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，所述的粗糙化层中所用的反应性树脂胶料，是由环氧树脂作为A组分，与B组分以接近1：1的质量比进行混合而成；所述B组分是由以下原料及重量百分比组成：固化剂60～69％、增韧剂15～20％、偶联剂5～8％、稀释剂1～2％、固化促进剂10～15％。
3.根据权利要求2所述的组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述稀释剂为活性稀释剂；所述固化促进剂为多元硫醇。
4.根据权利要求1所述的组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，所述的整体化层中所用的冷固性树脂沥青胶结料，由以下原料及重量百分比组成：环氧树脂20～36％，固化剂15～30％，70#石油沥青40～54％，增容剂2～4％，增韧剂3～8％，偶联剂3～6％，消泡剂1～2％。
5.根据权利要求4所述的组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的组合式钢桥桥面的铺装结构，其特征在于，所述组合式钢桥桥面是由钢桥顶板、横隔板、纵隔板、加劲肋和桥面铺装层组成；其中加劲肋与纵横隔板在垂直方向互相交织，形成网状承重物结构，并与上部钢板相连接。
7.一种组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)封闭交通，去除钢板表面明显的杂物、焊瘤、毛刺、油脂，对钢板界面进行初步处理；
(2)钢板除锈，使得钢板形成一个有一定粗糙度的新鲜光洁界面；
(3)在处理好的钢板界面上涂覆一层反应性树脂胶料，并同步撒布一层3～5mm单粒径碎石一起固化，形成具有足够咬合强度的粗糙化层；
(4)在粗糙化层上铺设整体化层，喷涂冷固性树脂沥青联接层，铺筑2～3cm的冷固性树脂沥青混凝土刚度层，使结构层之间形成整体，具备高强度、高刚度特点，可完全承受超重荷载负荷；
(5)在整体化层上铺设综合防水体系层，喷撒热固性环氧树脂沥青固结碎石层，铺设高粘改性沥青骨架密实F型级配密水层，形成具有足够可靠度的防水体系；
(6)在综合防水体系层上面铺装3～4cm厚的冷固性树脂沥青排水混凝土，即得到组合式钢桥桥面的铺装结构。
8.根据权利要求7所述的组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于，所述步骤(3)中的粗糙化层，采用的反应性树脂胶料是由缩水甘油酯类环氧树脂作为A组分，与B组分以接近1：1的质量比进行混合而成；所述B组分是由以下原料及重量百分比组成：固化剂60～69％、增韧剂15～20％、偶联剂5～8％、稀释剂1～2％、固化促进剂10～15％。
9.根据权利要求8所述的组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂；所述稀释剂为活性稀释剂；所述固化促进剂为多元硫醇。
10.根据权利要求7所述的组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于，所述步骤(4)中的整体化层，采用的冷固性树脂沥青胶结料由以下原料及重量百分比组成：环氧树脂20～36％，固化剂15～30％，70#石油沥青40～54％，增容剂2～4％，增韧剂3～8％，偶联剂3～6％，消泡剂1～2％。
11.根据权利要求10所述的组合式钢桥桥面的铺装方法，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油酯类；所述固化剂为多元胺类固化剂；所述增韧剂为化学增韧，橡胶类；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
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| CN102392413A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-03-28 | 宁波天意钢桥面铺装技术有限公司 | 一种组合式钢桥桥面的铺装结构及其铺装方法 |
| KR20130043746A (ko) * | 2011-10-21 | 2013-05-02 | 최진성 | 유황폴리머시멘트를 이용한 교면 포장 방법 |
| CN203256612U (zh) * | 2013-02-07 | 2013-10-30 | 华南理工大学 | 一种钢桥面铺装结构 |
-
2013
- 2013-12-20 CN CN201310711396.6A patent/CN103696366B/zh active Active
Patent Citations (5)
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| CN201433345Y (zh) * | 2009-06-26 | 2010-03-31 | 华南理工大学 | 一种复合式铺装结构 |
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| 正交异性板道砟桥面钢桁梁设计;龚俊虎;《铁道科学与工程学报》;20121228(第6期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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