CN112411373A - 适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构及铺装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，所述路面结构自上而下包括上面层、粘结层、下面层、防水粘结层、防腐层和钢桥面。还提供了一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构的铺装方法。本发明整个铺装层整体厚度可为25mm～65mm，相比常规的钢箱梁桥面铺装厚度60mm～80mm减少一半左右，不但降低铺装层造价，并且桥梁承载的恒载要求减少，一定程度上可以允许减少整体桥梁结构造价。

Description

适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构及铺装方法
技术领域
本发明属于道路桥梁工程领域，具体涉及一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构及铺装方法。
背景技术
钢箱梁桥面板是焊接固定在正交异性结构梁和纵肋上，并且钢桥面体系柔性大、易挠曲，在车辆荷载、温度荷载作用下的变形和受力特点与普通水泥混凝土桥梁具有非常明显的区别，在同一桥梁的不同部位，变形和受力也具有非常显著的区别，因而要求铺装层应具有良好的路用性能，高、低温稳定性和水稳定性等；另外，钢板传热性较好，高温下施工时易出现变形，产生剪切力，这就要求铺装层具有良好的柔性和变形追从能力；同时由于钢板的反复变形，对铺装层与钢板的粘结力要求及抗脱层要求也更高。
对于钢桥面铺装国内外已经开展了大量的研究，钢桥面铺装方案多种多样，就目前来看，钢桥面使用的沥青铺装，主要有浇注式沥青混凝土、环氧改性沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石(SMA)。这3种铺装材料在材料组成、性能、施工工艺上有很大的区别。但现有的3种铺装材料的性能特点决定了其铺装层厚度一般为60mm～80mm，对于钢箱梁桥面来说，铺装层的恒载很大程度上影响了钢箱梁的承载要求，因此如果可以减薄铺装层厚度，降低恒载，那么将可以降低钢箱梁的承载要求，具备优异的经济价值。
本发明专利将一般钢箱梁桥面铺装80mm厚度降低至25mm～65mm，且具备铺装层良好的强度、抗裂、抗推移、抗脱层等耐久性和表面抗滑性能。
发明内容
本发明专利提出了一种具有优异的路用性能、良好的柔性和变形追从能力、与钢板的粘结效果优秀的聚合物混凝土，其厚度仅为15mm～25mm。配合防腐层、粘结层、表面抗滑磨耗层，整体厚度约为25mm～65mm，可减少整体铺装层的厚度，有效地降低钢箱梁的承载要求，具备优异的经济价值。
本发明提供了一种适用于钢箱梁桥面的薄层环氧聚合物混凝土，所述路面结构自上而下包括上面层、粘结层、下面层、防水粘结层、防腐层和钢桥面。
优选地，所述的上面层为最大公称粒径为9.5mm或4.75mm的可静碾压实的高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料层，厚度为15mm～40mm，空隙率均为2％～4％，均由级配矿料、聚合物纤维、高黏度改性沥青结合料组成。
优选地，所述高黏度改性沥青结合料的使用量为高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料质量的5.5％～8.0％。
优选地，所述级配矿料由粗集料、细集料、填料组成；所述粗集料为大于2.36mm公称粒径的辉绿岩、玄武岩或石灰岩集料；所述细集料为小于2.36mm公称粒径的石灰岩集料；所述填料为石灰岩矿粉；级配范围如下：
Figure BDA0002798030300000021
优选地，所述聚合物纤维选自如下物质中的一种：聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或聚酯纤维和聚丙烯腈纤的混合纤维，纤维材料占混合料质量比例范围为0.2％～0.4％。
优选地，所述的粘结层为水性环氧乳化沥青粘结层，由水性环氧乳化沥青、级配矿料、水、水泥等组成。
优选地，所述的下面层为最大公称粒径为4.75mm的薄层环氧聚合物混凝土，厚度为15mm～25mm，由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。
优选地，所述的防水粘结层为快固型改性环氧树脂；
所述的防腐层为环氧富锌漆防腐层。
本发明还提供了一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构的铺装方法，具体步骤如下：
S01、对钢桥面进行抛丸除锈工艺，并在3h内涂刷防腐层，喷涂厚度85μm～110μm；
S02、待防腐层干后，喷涂防水粘结层，喷涂量1.0kg/m2～2.0kg/m2，4h后其固结；
S03、待防水粘结层固结后3d内，施工下面层；
S04、在下面层铺装完成后，7d内洒布粘结层，并立即进行上面层摊铺。
优选地，所述上面层摊铺温度＞155℃，促使下面层二次固化。
本发明的一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构及其铺装方法，具有如下优点：
1、普通改性沥青粘度较低，造成沥青混合料抗剪能力不足，容易出现推移等现象。普通改性SMA沥青玛蹄脂碎石混合料需要振动碾压，在桥面共振的情况下极易造成压实度不足的现象，从而引起早期病害的产生。本发明创造性的采用可静碾压实的高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料作为上面层(1)，沥青混合料中矿料级配组成为骨架密实型级配，有效降低了沥青混合料的空隙率(仅为2％～4％)，增强了沥青混合料的耐久性、抗老化性和抗水害能力。此外，采用高黏度改性沥青取代普通改性沥青，高黏度改性沥青在60℃温度条件下，动力粘度大于50000Pa·s，135℃动力粘度不到2.2Pa·s(静碾压实要求)，铺装层跟随钢桥面变形而不开裂，抑制了裂缝、推移等病害的产生，延长钢桥面的使用寿命，可以在钢桥面上实现不振动压实，防止因桥面共振造成的压实不均引起渗水侵蚀桥面钢板。
2、采用水性环氧乳化沥青粘结层，其与下面层环氧树脂聚合物混凝土及上面层沥青玛蹄脂碎石混合料均具备良好的粘结性能。
3、下面层薄层环氧聚合物混凝土采用潜伏型环氧组分，通过上面层的温度，促使薄层环氧聚合物混凝土完成最终的固化。通过二次固化方式，不但有利于降低本环氧聚合物混凝土的施工难度，同时联合水性环氧乳化沥青粘结层还有利于增强环氧聚合物混凝土同铺装上层的粘结性。
4、下面层薄层环氧聚合物混凝土，其材料性能优于钢箱梁桥面铺装常用的SMA沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土、环氧沥青混凝土，其具备优异的物理力学性能。并且作为铺装下层，环氧组分老化缓慢，可作为耐久性铺装长期服役使用。
5、防水粘结层为快固型改性环氧树脂，解决下面层薄层环氧聚合物混凝土与钢箱梁桥面的层间粘结问题、防水问题，确保铺装层与钢桥面结合牢固，不产生滑移；钢桥面不受水分腐蚀。同时快固型环氧树脂，为减少桥面养生、缩短施工工期创造了条件。
6、采用环氧富锌漆防腐层作为防腐层，具有：附着力强、耐冲击性能好；广泛的耐油性和耐溶剂性；优良的耐盐雾性；涂层干燥迅速、漆膜层间结合力强的优点。与防水粘结层具备优良的粘结性能。
7、本发明提出的铺装层整体厚度可约为25mm～65mm，相比常规的钢箱梁桥面铺装厚度60mm～80mm减少一半左右，不但降低铺装层造价，并且桥梁承载的恒载要求减少，一定程度上可以允许减少整体桥梁结构造价。
附图说明
图1为本发明中适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构示意图；
附图标记说明
1-上面层；2-粘结层；3-下面层；4-防水粘结层；5-防腐层；6-钢桥面。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明是一种用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其中路面结构自上而下包括上面层1、粘结层2、下面层3、防水粘结层4、防腐层5和钢桥面6。而上面层1为最大公称粒径为9.5mm或4.75mm的可静碾压实的高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料层，厚度为15mm～40mm，空隙率均为2％～4％，均由级配矿料、聚合物纤维、高黏度改性沥青结合料组成。
在本实施例中，上面层1为最大公称粒径为9.5mm可静碾压实的高黏度SMA-10沥青玛蹄脂碎石混合料层，厚度为30mm～40mm；或者为最大公称粒径为4.75mm可静碾压实的高黏度SMA-5沥青玛蹄脂碎石混合料层，厚度为15mm～30mm；空隙率均为2％～4％，均由级配矿料、聚合物纤维、高黏度改性沥青结合料组成。
优选地，高黏度改性沥青结合料的使用量为高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料质量的5.5％～8.0％。具体的高黏度改性沥青结合料的使用量为高黏度SMA-10沥青玛蹄脂碎石混合料质量的5.5％～7.0％；或者为高黏度SMA-5沥青玛蹄脂碎石混合料质量的6.0％～8.0％。
优选地，级配矿料由粗集料、细集料、填料组成；所述粗集料为大于2.36mm公称粒径的辉绿岩、玄武岩或石灰岩集料细集料为小于2.36mm公称粒径的石灰岩集料；填料为石灰岩矿粉；级配范围如下：
Figure BDA0002798030300000051
优选地，聚合物纤维选自如下物质中的一种：聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或聚酯纤维和聚丙烯腈纤的混合纤维，纤维材料占混合料质量比例范围为0.2％～0.4％。
在本实施例中，粘结层2优选为水性环氧乳化沥青粘结层2，由水性环氧乳化沥青、级配矿料、水、水泥等组成。水性环氧乳化沥青固含量为50％～65％，由环氧树脂、环氧树脂乳化剂、固化剂、基质沥青、沥青稳定剂、沥青乳化剂、蒸馏水乳化而成。
下面层3优选为最大公称粒径为4.75mm的薄层环氧聚合物混凝土，厚度为15mm～25mm，由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。其中的防腐层5为环氧富锌漆防腐层5。其中，环氧组分为环氧树脂，环氧组分占混合料总质量的比例范围为：6.5％～8.5％，所述环氧树脂由添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂主剂和固化剂、稀释剂组成。固化剂为潜伏型酸酐类固化剂，固化剂占环氧组分的质量比例范围为：10％～50％。级配矿料的级配范围为，通过4.75mm筛孔质量百分率为90％～100％，通过2.36mm筛孔质量百分率为35％～65％，通过0.075mm筛孔质量百分率为10％～16％。纤维材料为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。纤维材料占混合料质量比例范围为0.2％～0.4％。
本发明还提供一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构的铺装方法的实施例，具体步骤如下：
S01、对钢桥面6进行抛丸除锈工艺，使其达到Sa2.5级，并在3h内涂刷防腐层5，喷涂厚度85μm～110μm；
S02、待防腐层5干后，喷涂防水粘结层4，喷涂量1.0kg/m2～2.0kg/m2，4h后其固结，防水粘结层4为快固型改性环氧树脂。
S03、待防水粘结层4固结后3d内，施工下面层3，下面层3大公称粒径为4.75mm的薄层环氧聚合物混凝土，厚度为20mm；
S04、在下面层3铺装完成后，7d内洒布粘结层2，并立即进行上面层1摊铺。
S03中，优选地，防水粘结层4为快固型改性环氧树脂，其在添加增韧剂的变性双酚A型环氧树脂和对应固化剂混合涂刷后应于2h～5h内完成固化，喷涂量1.0kg/m2～2.0kg/m2。选用双酚A型环氧树脂主剂与增韧剂，预混均匀并冷却至常温。
将潜伏型酸酐类固化剂，在常温下加入其总质量的5％稀释剂混合均匀后备用。
选用玄武岩粗集料(2.36mm～4.75mm)、石灰岩细集料(0～2.36mm)、磨细石灰岩填料，按矿料级配要求组成骨料部分(通过4.75mm筛孔质量百分率为93％，通过2.36mm筛孔质量百分率为42％，通过0.075mm筛孔质量百分率为15％)。
(总质量1000份)将上述级配矿料910份加热至105℃并使其干燥，加入混合料质量0.3％的聚酯纤维(即3份)，在大型拌合楼中干拌15s；加入稀释后的环氧树脂主剂(含增韧剂)60.9份，在大型拌合楼中拌合35s；加入26.1份稀释后的固化剂，搅拌30s后即可运输、摊铺。使用摊铺机铺装，铺装后应在2h内使用双钢轮压路机进行碾压。
优选地，S04中，在下面层3薄层环氧聚合物混凝土铺装完成后，7d内洒布粘结层2水性环氧改性乳化沥青粘结层2，厚度为0.5mm～1.2mm。
优选地，上面层1摊铺最大公称粒径为4.75mm可静碾压实的高黏度SMA-5沥青玛蹄脂碎石混合料层抗滑磨耗层，设计厚度为25mm，设计空隙率为3％，其中高黏度改性沥青的使用量为混合料质量的6.5％，采用聚酯纤维，纤维占混合料质量为0.25％，上面层1摊铺温度应＞155℃，促使下面层3薄层环氧聚合物混凝土铺装环氧组分二次固化。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述路面结构自上而下包括上面层、粘结层、下面层、防水粘结层、防腐层和钢桥面。
2.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述的上面层为最大公称粒径为9.5mm或4.75mm的可静碾压实的高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料层，厚度为15mm～40mm，空隙率均为2％～4％，均由级配矿料、聚合物纤维、高黏度改性沥青结合料组成。
3.根据权利要求2所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述高黏度改性沥青结合料的使用量为高黏度SMA沥青玛蹄脂碎石混合料质量的5.5％～8.0％。
4.根据权利要求2所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述级配矿料由粗集料、细集料、填料组成；所述粗集料为大于2.36mm公称粒径的辉绿岩、玄武岩或石灰岩集料；所述细集料为小于2.36mm公称粒径的石灰岩集料；所述填料为石灰岩矿粉；级配范围如下：
Figure FDA0002798030290000011
5.根据权利要求2所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述聚合物纤维选自如下物质中的一种：聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或聚酯纤维和聚丙烯腈纤的混合纤维，纤维材料占混合料质量比例范围为0.2％～0.4％。
6.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述的粘结层为水性环氧乳化沥青粘结层，由水性环氧乳化沥青、级配矿料、水、水泥等组成。
7.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述的下面层为最大公称粒径为4.75mm的薄层环氧聚合物混凝土，厚度为15mm～25mm，由环氧组分、纤维材料和级配矿料组成。
8.根据权利要求1所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构，其特征在于：
所述的防水粘结层为快固型改性环氧树脂；
所述的防腐层为环氧富锌漆防腐层。
9.一种适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构的铺装方法，具体步骤如下：
S01、对钢桥面进行抛丸除锈工艺，并在3h内涂刷防腐层，喷涂厚度85μm～110μm；
S02、待防腐层干后，喷涂防水粘结层，喷涂量1.0kg/m2～2.0kg/m2，4h后其固结；
S03、待防水粘结层固结后3d内，施工下面层；
S04、在下面层铺装完成后，7d内洒布粘结层，并立即进行上面层摊铺。
10.根据权利要求11所述的适用于钢箱梁桥面的薄层复合混凝土铺装结构的铺装方法，其特征在于：
所述上面层摊铺温度＞155℃，促使下面层二次固化。
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