CN106168013A - 一种钢桥面铺装结构及其铺装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢桥面铺装结构，它包括在钢桥面上从下至上依次设置的第一环氧树脂粘结层、整体式环氧沥青混凝土层、第二环氧树脂粘结层、第一集料碎石层、第三环氧树脂粘结层和第二集料碎石层。本发明还公开了前述钢桥面铺装结构的铺装方法。与现有技术相比，本发明重量轻、强度高、防水防渗性能好、抗滑性能优异、表面集料碎石不易脱落且在高温重载下不易发生推移变形。同时，本发明方法方便施工，施工可控性强。
Description
技术领域
本发明属于道路铺装工程技术领域，具体涉及一种钢桥面铺装结构及其铺装方法。
背景技术
钢桥面铺装是大跨径桥梁工程中的重要组成部分。大跨径桥梁的桥面变形相对较大而刚度相对较小，钢桥面铺装与普通道路铺装相比，不仅要满足结构强度与疲劳耐久性的要求，特别的，还需要满足重量轻，粘结强度高，底部能随同桥面板协调变形，结构层高温抗车辙性能优异，防水渗透性能好，同时铺装表面足够抗滑的要求。
近年来环氧沥青混凝土开始大量应用于我国的钢桥面铺装工程中，包括南京长江二桥、润扬大桥、南京长江三桥、杭州湾跨海大桥、江阴大桥等等。环氧沥青混凝土采用环氧沥青作为胶结料，公称最大粒径为9.5mm，是一种悬浮密实型级配，故而能降低桥梁铺装的自重荷载，保证沥青混凝土的抗水损和疲劳特性，使其具有优异的强度、抗高温变形以及抗疲劳开裂性能，能够满足钢桥面铺装的特殊要求。目前环氧沥青混凝土在钢桥面铺装中应用的主要铺装结构形式是双层铺装，包括“双层环氧沥青混凝土”，“下层浇筑式沥青混凝土+上层环氧沥青混凝土”等。
然而，在长期的铺装性能观察中发现，环氧沥青混凝土的应用却带来了一些问题。首先，环氧沥青混凝土要满足自重低的要求，采用的公称最大粒径为9.5mm，且防水防渗性能要好，采用悬浮密实结构，这虽然保证了空隙率低的要求，却也使得表面构造深度差，路表抗滑性能无法满足。大桥上路面的抗滑性能不足，在降雨情况等特殊状态下，车辆愈加容易打滑，而大桥上一旦发生追尾，或者一旦驶离桥面撞上栏杆，甚或发生撞出栏杆掉下桥面等极其危险的情况时，后果都将是不堪设想的。其次，双层结构的铺装不可避免的要对两层结构中间设置粘结层。尽管粘结层性能优异，理论上可以很好的联结两层材料，从而形成一个结构整体，但是在施工过程中，施工人员流汗，施工时间不足，包括环境的影响等，往往会导致粘结层的强度无法达到理论值，双层结构路面在车辆荷载的作用下，就容易发生推移等破坏。
针对环氧沥青混凝土表面抗滑不足的问题，申请公开号CN102296514A提出了在环氧沥青混凝土表面撒布一层环氧树脂和一层碎石固化形成抗滑磨耗层，在一定程度上提高了铺装表面的抗滑能力，但是由于其厚度较小，结构的整体性不足，在高速行车中容易造成粒料脱落的风险。
因此，急需发明一种抗滑性能更加优异，且高温重载下不发生沥青混凝土的推移，同时兼具施工工艺简便的钢桥面铺装结构与方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种重量轻、强度高、防水防渗性能好、高温抗车辙、抗疲劳、整体性好、抗滑性能优异、表面集料碎石不易脱落且在高温重载下不易发生推移变形的钢桥面铺装结构，以解决现有技术存在效果不佳的问题。
本发明还要解决的技术问题是提供上述钢桥面铺装结构的铺装方法。
在进行钢桥面铺装结构设计时，考虑如下问题：
1、双层结构由于其施工过程导致的粘结层强度无法达到理论值从而易出现层间推移等破坏；
2、当结构层厚度超过4cm时，环氧沥青混凝土的压实度不能满足要求，且孔隙率无法达到小于3％的标准，使得水分容易渗入造成水损害；
3、环氧沥青混凝土的构造深度小，表面抗滑能力低，需要进行特殊处理，而申请公开号CN102296514A的专利提出了在环氧沥青混凝土表面一层环氧树脂和一层碎石固化形成抗滑磨耗层，在一定程度上提高了铺装表面的抗滑性能，但是由于其厚度小，结构整体性不足，且在高速行车中容易发生粒料脱落的风险。
基于以上考虑，为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钢桥面铺装结构，它包括在钢桥面上从下至上依次设置的第一环氧树脂粘结层、整体式环氧沥青混凝土层、第二环氧树脂粘结层、第一集料碎石层、第三环氧树脂粘结层和第二集料碎石层；
其中，
第一环氧树脂粘结层、第二环氧树脂粘结层和第三环氧树脂粘结层由环氧树脂粘层油铺筑而成，可以起到防水防渗和粘结的双重作用。
整体式环氧沥青混凝土层由热拌环氧沥青结合料和集料以6.4～6.7：100的质量比混合铺筑而成；
第一集料碎石层和第二集料碎石层由玄武岩碎石铺筑而成。
其中，铺筑第一环氧树脂粘结层、第二环氧树脂粘结层和第三环氧树脂粘结层时，环氧树脂粘层油的用量均为0.4～0.8kg/m2。
其中，整体式环氧沥青混凝土层的厚度为3～4cm。
其中，铺筑第一集料碎石层的玄武岩碎石的粒径为2.36mm，用量为0.8～1.2kg/m2。
其中，铺筑第二集料碎石层的玄武岩碎石的粒径为1.18mm，用量为1～1.2kg/m2。
其中，所述的环氧树脂粘层油由主剂和硬化剂以4～6:4～6的质量比混合而成；
其中，
环氧树脂主剂由1,6—己二醇二缩水甘油醚和4-叔丁基苯基缩水甘油醚混合而成，1,6—己二醇二缩水甘油醚和4-叔丁基苯基缩水甘油醚的质量比为85～95：5～15；
环氧树脂硬化剂由2-丙烯酸与1,3－丁二烯的聚合物、亚油酸与3,3-[氧化双(2,1-亚乙基氧基)]双丙胺聚合物和苯乙烷－(3，4-二甲基)苯乙烷混合而成，2-丙烯酸与1,3—丁二烯的聚合物、亚油酸与3,3-[氧化双(2,1-亚乙基氧基)]双丙胺聚合物和苯乙烷－(3，4-二甲基)苯乙烷的质量比为30～40：40～50：10～30。
其中，铺筑整体式环氧沥青混凝土层所用集料的公称最大粒径为13.2mm。
其中，所述的热拌环氧沥青结合料的制备方法为：在170～185℃下，将环氧树脂主剂和硬化剂以5.5～6:4～4.5的质量比混合后，再将混合物与基质沥青以4.5～5：5～5.5的质量比混合而成；其中，
环氧树脂主剂由1,6—己二醇二缩水甘油醚和4-叔丁基苯基缩水甘油醚混合而成，1,6—己二醇二缩水甘油醚和4-叔丁基苯基缩水甘油醚的质量比为85～95：5～15；
环氧树脂硬化剂由2-丙烯酸与1,3－丁二烯的聚合物、亚油酸与3,3-[氧化双(2,1-亚乙基氧基)]双丙胺聚合物和苯乙烷－(3，4-二甲基)苯乙烷混合而成，2-丙烯酸与1,3—丁二烯的聚合物、亚油酸与3,3-[氧化双(2,1-亚乙基氧基)]双丙胺聚合物和苯乙烷－(3，4-二甲基)苯乙烷的质量比为30～40：40～50：10～30。
上述钢桥面铺装结构的铺装方法，它包括如下步骤：
(1)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆钢桥面上，固化后，形成第一环氧树脂粘结层；
(2)将热拌环氧沥青结合料和集料混合后摊铺在第一环氧树脂粘结层上，经压实即形成整体式环氧沥青混凝土层；
(3)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆在整体式 环氧沥青混凝土层上，并在固化前撒布2.36mm粒径的玄武岩碎石，形成第二环氧树脂粘结层和第一集料碎石层；
(4)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆在第一集料碎石层上，并在固化前撒布1.18mm粒径的玄武岩碎石，形成第三环氧树脂粘结层和第二集料碎石层。
步骤(2)中，摊铺内部温度为160℃～170℃；其中，压实的方法为：在内部温度在155℃～165℃时进行初次碾压，在表面温度在110℃～120℃时进行二次碾压，在表面温度在90℃～100℃时进行终压。
步骤(1)、(3)和(4)中，将环氧树脂主剂和硬化剂的混合液进行涂覆时，根据混合液温度的不同，从混合到涂覆完成的总施工时间也不同；混合液温度越高，总施工时间越短。例如，混合液20℃时，总施工时间为45min；混合液30℃时，总施工时间为20min；混合液40℃时，总施工时间为5min。
本发明中所用环氧树脂粘层油和环氧沥青混合料中使用的环氧树脂主剂A的技术要求见表1，硬化剂B的技术要求见表2。
表1环氧树脂主剂的技术要求
| 技术指标 | 技术要求 | 试验方法 |
| 粘度(23℃)(mPa·s) | 1000～5000 | ASTM D 2393 |
| 比重(23℃) | 1.1～1.3 | ASTM D 1475 |
| 外观 | 微黄色透明液状 | 目視 |
表2硬化剂的技术要求
| 技术指标 | 技术要求 | 试验方法 |
| 粘度(23℃)(mPa·s) | 500～1100 | ASTM D 2393 |
| 比重(23℃) | 0.8～1.0 | ASTM D 1475 |
| 外观 | 淡褐色液状 | 目視 |
本发明中固化后的环氧树脂粘层油的技术要求见表3。
表3环氧树脂粘结剂养生后的技术要求
本发明中环氧沥青结合料和集料的技术要求见表4和表5。
表4环氧沥青结合料的技术要求
表5环氧沥青混合料集料级配要求
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
(1)双层沥青混合料由于中间粘结层的设置，使其对施工工艺要求很高，施工中的偶然误差或者是施工环境都有可能对双层沥青混合料的性能造成很大影响，使得剪切强度无法达到理论值，产生层间推移等破坏，存在较大的施工变异性。而一层整体式环氧沥青混凝土没有了中间层的设置，避免了上述问题，在保证整体强度和刚度的同时，减小了施工变异性，同时施工方便，可控性更好。
(2)环氧沥青混凝土由于其孔隙率小，构造深度差，表面十分容易打滑。而一层环氧树脂粘结层+一层集料碎石层的设置虽然能起到一定的防滑作用，但是由于仅有一层粘结层和碎石的粘结，使得碎石容易刺破粘结层，造成边界的防水防渗效果不好；且这种设置形式下，表面的碎石层与环氧树脂粘结层包裹不够牢固，表面碎石层容易飞散， 被车辙带走，造成路表抗滑性能的下降。本发明中设置的“第一环氧树脂粘结层+第一集料碎石层+第二环氧树脂粘结层+第二集料碎石层”的结构，第一集料碎石层中的碎石部分嵌固在下层树脂中，部分嵌固在上层树脂中，第二集料碎石层中的碎石部分嵌固在上层树脂中，部分裸露在树脂表面，并与第一集料碎石层中的碎石互相嵌挤，在粘结层隔层紧紧包裹的作用下，形成了一个复合的力学嵌锁体系，两层环氧树脂粘结层全部包裹碎石，碎石不易刺破粘结层，保证了防水防渗性能，同时有效抑制了抗滑表面集料被高速行车带走的可能性，增加了路面抗滑的性能，使得桥面形成更加安全。
附图说明
图1为实施例1中钢桥面铺装结构的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的钢桥面铺装结构，它包括在钢桥面上从下至上依次设置的第一环氧树脂粘结层1、整体式环氧沥青混凝土层2、第二环氧树脂粘结层3、第一集料碎石层4、第三环氧树脂粘结层5和第二集料碎石层6。
该钢桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在钢桥面上，涂覆量为0.6kg/m2，形成第一环氧树脂粘结层1；
(2)将质量比56：44的环氧树脂主剂和硬化剂的混合物与基质沥青以质量比45：55同时投入拌合楼，拌合温度为170～185℃；拌合完成后，将所得热拌环氧沥青结合料和集料混合后摊铺在第一环氧树脂粘结层1上，摊铺内部温度在160℃以上；摊铺完成后进行碾压；初次碾压内部温度在155℃以上，二次碾压表面温度在110℃以上，终压表面温度在90℃以上；碾压完成后，形成整体式环氧沥青混凝土层2，厚度为4cm；
(3)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用机械撒布的方式涂覆在整体式环氧沥青混凝土层上，涂覆量为0.6kg/m2；涂覆后，在固化前撒布2.36mm粒径的玄武岩碎石，撒布量为0.8kg/m2，形成第二环氧树脂粘结层3和第一集料碎石层4；
(4)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在第一集料碎石层4上，涂覆量为0.6kg/m2；涂覆后，在固化前撒布1.18mm粒径的玄武 岩碎石，撒布量为1kg/m2，形成第三环氧树脂粘结层5和第二集料碎石层6。
上述铺装结构的各项技术指标均能满足钢桥面铺装层的使用要求，具体检测结果见表6。
表6检测结果
| 序号 | 项目 | 指标测试值 | 技术要求 |
| 1 | 马歇尔强度 | 78.4kN | ≥40.4kN |
| 2 | 构造深度 | 1.4 | ≥0.6 |
| 3 | 摩擦系数 | 78 | ≥45 |
| 4 | 动稳定度 | 18278次/mm(60℃) | ≥6000次/mm |
| 5 | 弯曲极限应变 | 6506με(-10℃) | ≥2000με |
| 6 | 渗水系数 | 0 | ≤5ml/min |
实施例2
该实施例中，拟设结构2，并与实施例1中的结构1进行对比，进一步体现本发明的钢桥面铺装结构抗滑性能与防渗性能更强的优势。
其中，结构2在钢桥面上从下至上依次设置为环氧树脂粘结层(1)、整体式环氧沥青混凝土层(2)、环氧树脂粘结层(3)和集料碎石层(4)。
该钢桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在钢桥面上，涂覆量为0.6kg/m2，形成环氧树脂粘结层1；
(2)将质量比56：44的环氧树脂主剂和硬化剂的混合物与基质沥青以质量比45：55同时投入拌合楼，拌合温度为170～185℃；拌合完成后，将所得热拌环氧沥青结合料和集料混合后摊铺在环氧树脂防水粘结层1上，摊铺内部温度在160℃以上；摊铺完成后进行碾压；初次碾压内部温度在155℃以上，二次碾压表面温度在110℃以上，终压表面温度在90℃以上；碾压完成后，形成整体式环氧沥青混凝土层2，厚度为4cm；
(3)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用机械撒布的方式涂覆在整体式环氧沥青混凝土层上，涂覆量为0.6kg/m2；涂覆后，在固化前撒布2.36mm粒径的玄武岩碎石，撒布量为1kg/m2，形成环氧树脂粘结层3和集料碎石层4；
上述铺装结构的各项技术指标均能满足钢桥面铺装层的使用要求。两种路面的防水 与长期摩擦系数值对比情况见表7所示。其中长期摩擦系数的测定采用加速磨耗的室内实验装置，在车辙仪上方设置一对轮胎加压快速转动，加速试件表面的磨耗程度。轮胎转动10000次后，测定结构1和结构2的摩擦系数。
表7结构1和结构2的防渗性与抗滑性对比
| 路面结构 | 渗透系数(ml/min) | 长期摩擦系数(车轮行驶10000次后) |
| 结构1 | 0 | 78 |
| 结构2 | 10 | 60 |
实施例3
该实施例中，拟设结构3，并与实施例1中的结构1进行对比，进一步体现本发明的钢桥面铺装结构整体性与剪切强度更强的优势。
其中，结构3在钢桥面上从下至上依次设置为环氧树脂防水粘结层(1)、双层环氧沥青混凝土层(2)、环氧树脂粘结层(3)、第一集料碎石层(4)、环氧树脂粘结层(5)、第二集料碎石层(6)。
该钢桥面铺装结构的铺装方法如下：
(1)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在钢桥面上，涂覆量为0.6kg/m2，形成环氧树脂粘结层1；
(2)将质量比56：44的环氧树脂主剂和硬化剂的混合物与基质沥青以质量比45：55同时投入拌合楼，拌合温度为170～185℃；拌合完成后，将所得热拌环氧沥青结合料和集料混合后摊铺在环氧树脂粘结层1上，摊铺内部温度在160℃以上；摊铺完成后进行碾压；初次碾压内部温度在155℃以上，二次碾压表面温度在110℃以上，终压表面温度在90℃以上；碾压完成后，形成双层环氧沥青混凝土的底层，厚度为3cm；
将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在双层环氧沥青混凝土底层上，涂覆量为0.5kg/m2，涂覆后，以和双层环氧沥青混凝土底层同样的方式铺筑双层环氧沥青混凝土上层，厚度为3cm；形成双层环氧沥青混凝土层(2)；
(3)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用机械撒布的方式涂覆在双层环氧沥青混凝土层上，涂覆量为0.6kg/m2；涂覆后，在固化前撒布2.36mm粒径的玄武岩碎石，撒布量为1kg/m2，形成环氧树脂粘结层3和集料碎石层4；
(4)将环氧树脂主剂和硬化剂以1：1的质量比混合后，用人工滚筒的方式涂覆在第一集料碎石层4上，涂覆量为0.6kg/m2；涂覆后，在固化前撒布1.18mm粒径的玄武岩碎石，撒布量为1kg/m2，形成环氧树脂粘结层5和第二集料碎石层6。
上述铺装结构的各项技术指标均能满足钢桥面铺装层的使用要求。若以1000m跨径，30m桥宽计算，两种结构的恒载和造价见表8的序号8和9。具体检测项目对比结果见表8。
表8结构1和结构3对比
| 序号 | 项目 | 结构1 | 结构3 |
| 1 | 马歇尔强度 | 78.4kN | 78.0 |
| 2 | 构造深度 | 1.4 | 1.4 |
| 3 | 摩擦系数 | 78 | 77 |
| 4 | 动稳定度 | 18278次/mm(60℃) | 18293 |
| 5 | 弯曲极限应变 | 6506με(-10℃) | 6468 |
| 6 | 渗水系数 | 0 | 0 |
| 7 | 剪切强度 | 3MPa | 1.5MPa |
| 8 | 恒载 | 3072 | 4608kg |
| 9 | 造价 | 120000元 | 180000元 |
Claims (10)
1.一种钢桥面铺装结构，其特征在于，它包括在钢桥面上从下至上依次设置的第一环氧树脂粘结层(1)、整体式环氧沥青混凝土层(2)、第二环氧树脂粘结层(3)、第一集料碎石层(4)、第三环氧树脂粘结层(5)和第二集料碎石层(6)；
其中，
第一环氧树脂粘结层(1)、第二环氧树脂粘结层(3)和第三环氧树脂粘结层(5)由环氧树脂粘层油铺筑而成；
整体式环氧沥青混凝土层(2)由热拌环氧沥青结合料和集料以6.4～6.7：100的质量比混合铺筑而成；
第一集料碎石层(4)和第二集料碎石层(6)由玄武岩碎石铺筑而成。
2.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，铺筑第一环氧树脂粘结层(1)、第二环氧树脂粘结层(3)和第三环氧树脂粘结层(5)时，环氧树脂粘层油的用量均为0.4～0.8kg/m2。
3.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，整体式环氧沥青混凝土层(2)的厚度为3～4cm。
4.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，铺筑第一集料碎石层(4)的玄武岩碎石的粒径为2.36mm，用量为0.8～1.2kg/m2。
5.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，铺筑第二集料碎石层(6)的玄武岩碎石的粒径为1.18mm，用量为1～1.2kg/m2。
6.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，所述的环氧树脂粘层油由主剂和硬化剂以4～6:4～6的质量比混合而成。
7.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，铺筑整体式环氧沥青混凝土层(2)所用集料的公称最大粒径为13.2mm。
8.根据权利要求1所述的钢桥面铺装结构，其特征在于，所述的热拌环氧沥青结合料的制备方法为：在170～185℃下，将环氧树脂主剂和硬化剂以5.5～6:4.5～4的质量比混合后，再将混合物与基质沥青以4.5～5：5.5～5的质量比混合而成。
9.权利要求1所述的钢桥面铺装结构的铺装方法，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆在钢桥面上，固化后，形成第一环氧树脂粘结层；
(2)将热拌环氧沥青结合料和集料混合后摊铺在第一环氧树脂粘结层上，经压实即形成整体式环氧沥青混凝土层；
(3)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆在整体式环氧沥青混凝土层上，并在固化前撒布2.36mm粒径的玄武岩碎石，形成第二环氧树脂粘结层和第一集料碎石层；
(4)将环氧树脂主剂和硬化剂混合后，用人工滚筒或机械撒布的方式涂覆在第一集料碎石层上，并在固化前撒布1.18mm粒径的玄武岩碎石，形成第三环氧树脂粘结层和第二集料碎石层。
10.根据权利要求9所述的铺装方法，其特征在于，步骤(2)中，摊铺内部温度为160℃～170℃；其中，压实的方法为：在内部温度在155℃～165℃时进行初次碾压，在表面温度在110℃～120℃时进行二次碾压，在表面温度在90℃～100℃时进行终压。
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