钢桥面防水（精选9篇）
钢桥面防水 篇1
1 工程概况
厦漳跨海大桥(又名漳州湾跨海大桥)位于厦门九龙江入海口,北连厦门海沧区,南接漳州龙海市。大桥路线全长9.33 km,其中桥梁长度8.56 km,路基宽度33.5 m,钢箱梁长1.43 km;桥面铺装面积总计达到25.7万m2,其中钢桥面铺装约4.6万m2,见图1。大桥包括北汊桥和南汊桥两部分,北汊主桥为1.43km的双塔双索面五跨连续半漂浮斜拉桥,南汊主桥为570 m的预应力斜拉桥,引桥为预应力混凝土连续梁桥,跨度在同类型桥梁中位居全国第六、世界第九,是漳州湾标志性建筑,对于促进厦漳城市联盟和海峡两岸经济区建设有着重要意义。
2 防水设计
2.1 防水体系要求
不同于一般内陆的跨江或跨河大桥,跨海大桥经受着更为恶劣的环境考验,主要是桥位区空气中盐分含量较高,对桥梁钢结构及混凝土均存在不同程度的侵蚀破坏作用。特别是对于桥梁钢结构,一旦防水防腐措施做得不完善,Cl-会进入钢结构内部进行腐蚀破坏,严重威胁桥梁结构的安全[1]。国内外跨海大桥由于受海水的侵蚀而产生病害,威胁桥梁安全的例子屡有报道,为此不得不投入大量的人力物力进行返修加固,严重影响桥梁寿命,制约桥梁其作用的发挥。
厦漳跨海大桥位于南海之上,日照时间长、紫外线辐射强烈,同时海洋上风大浪高,海水中富含Cl-,积累的盐分对桥面铺装有较强的侵蚀作用,这就要求桥面铺装体系具有较好的防水、防腐、耐海盐等化学介质作用的性能。
结合厦漳跨海大桥所处地理环境,对其钢桥面铺装防水粘结层的性能提出如下要求:
1)良好的层间结合力和变形能力;
2)优良的高温稳定性和低温抗裂性;
3)稳定的防水性能和持久的抗盐腐蚀的能力;
4)施工方便,质量易于控制。
2.2 防水体系选择
厦漳跨海大桥采用防水粘结层+浇注式沥青混凝土铺装作为桥面防水铺装方案,其铺装结构见图2。
大桥采用的甲基丙烯酸甲酯树脂防水粘结体系由甲基丙烯酸甲酯树脂防水层、丙烯酸树脂粘结层和丙烯酸漆防腐层三部分组成,其中甲基丙烯酸甲酯树脂防水层又分两道施工。
防水体系中的甲基丙烯酸甲酯树脂是一种双组分的反应型材料,由粉末催化剂固化施工,直接喷涂在底涂层上形成一道坚韧、柔性的无缝防护层。因其不含有溶剂,可直接通过化学反应固化,形成的防水层力学强度高、粘结效果佳,高温时抗剪强度优良。
粘结层采用丙烯酸树脂粘结剂,通过滚筒直接涂于上层甲基丙烯酸甲酯树脂之上,固化后生成一种热熔型粘结剂,形成整体封闭的体系,可与后浇热施工的浇注式沥青混凝土紧密粘结。
防腐层采用的丙烯酸漆是一种在空气中自然固化的溶剂型底涂层,在钢板喷砂除锈之后4 h内使用,可以增强甲基丙烯酸甲酯树脂与桥面钢板之间的粘结强度。另外,丙烯酸防腐漆同时还具有较好的抗腐蚀性,可以保护桥面钢板,防止钢板被氧化和腐蚀。
厦漳跨海大桥采用的防水粘结层性能指标见表1。
3 施工工艺
厦漳跨海大桥桥面防水粘结层施工工艺流程:桥面喷砂除锈→丙烯酸防腐漆施工→第1道甲基丙烯酸甲酯树脂施工→第2道甲基丙烯酸甲酯树脂施工→丙烯酸树脂粘结剂施工→检查验收。
3.1 桥面喷砂除锈
桥面的喷砂除锈,采用带吸尘装置的移动式自动无尘打砂机施工,见图3。喷砂除锈用磨料采用钢丸、钢质菱角砂,其比例通过试验确定;磨料必须保持干燥、清洁,不含油脂、盐分等有害物质。喷砂前,应首先检查桥面板的外观,确保桥面板干燥、无针孔、毛刺和飞溅物;如有缺陷,必须通过打磨加以清除,锋利的边角处理成半径2 mm以上的圆角。对于自动无尘打砂机所不能施工的区域和边缘,可采用手提式打砂机进行作业。
喷砂除锈后的桥面钢板表面应达到GB 8923—88标准规定Sa2.5的要求,粗糙度50~100μm。
3.2 丙烯酸防腐漆施工
喷砂除锈检验合格后,在3 h内滚涂丙烯酸防腐漆,用量为100~200 g/m2,见图4。丙烯酸防腐漆具体干燥时间视现场环境而定,环境温度10℃时固化时间约为60 min。
3.3 甲基丙烯酸甲酯树脂施工
待丙烯酸防腐漆固化后,分两道喷涂甲基丙烯酸甲酯树脂,喷涂前对桥梁栏杆和其他易受喷涂飞溅影响的桥梁部位进行防护,喷涂作业时应采取有效的防风遮挡措施。
甲基丙烯酸甲酯树脂每层湿膜厚度不小于1.2mm,两层干膜总厚度不小于2 mm,总用量2.5~3.5kg/m2,两层喷涂间隔时间根据现场温度决定,具体施工,见图5。甲基丙烯酸甲酯树脂材料含两种树脂组分(A和B)和一种催化剂,施工前先将催化剂加入到B组分充分搅拌,再加入A组分搅拌均匀后喷涂。
3.4 丙烯酸树脂粘结剂施工
甲基丙烯酸甲酯树脂完全固化后,进行丙烯酸树脂粘结剂施工,见图6。丙烯酸树脂粘结剂用量为100~200 g/m2,采用滚涂法施工。施工时,应用直尺或其他工具将粘结剂与短期接头和搭接区分离;待其完全固化后,再进行下一道工序施工。
防水粘结层施工完毕后要保持清洁干燥,随后进行浇注式沥青混凝土面层的铺装施工,从而完成整个桥面防水体系的施工。
3.5 检查验收
施工全部结束后,仔细检查桥面是否存在漏涂和不合格的问题,有漏涂要及时修补,不合格的地方要及时铲除并重新进行喷涂。全部完成之后再进行检查和验收。
4 工程管理
4.1 施工注意事项
1)施工时,环境温度应不低于10℃,空气相对湿度应不高于85%。浓雾、降雨及风速大于10 m/s的情况下不得进行施工。
2)施工前对工作面进行清洁处理,清除掉油污、水分及其他污染物。
3)在进行喷涂或滚涂处理前,采用动力搅拌器将防水粘结层各材料充分搅拌均匀。
4)施工时严禁烟火,操作人员和辅助人员应配备完善的防护措施;施工过程中应严格检查漏涂、气泡、针眼等缺陷,及时对缺陷进行修补。
5)对已涂刷完毕的区域进行保护,避免油脂和脏物等污染防水粘结层。
4.2 交通管制
施工完毕的甲基丙烯酸甲酯树脂防水粘结层,在铺装上层施工前要进行交通管制。禁止车辆通行,施工车辆限量限速通行,控制车速低于5 km/h,不得急刹车或调头,以防破坏防水粘结层;同时做好桥面防尘防污染等措施,不得任意堆放物品,严防产生人为破坏。在正式施工铺装上层时,也要注意运输车及摊铺机不能损坏防水粘结层。
5 结语
桥梁防水工程对钢桥面具有重要的保护作用,但是因为工程量大、施工环境复杂、施工成本高等不利因素,跨海大桥工程所需投入尤为庞大。在设计上需要不断的研究和探讨,在施工过程中需要严格把控施工质量,才能让跨海大桥钢桥面防水施工更加顺利,质量得到更好的保障。
甲基丙烯酸甲酯树脂+浇注式沥青混凝土防水铺装体系具有防水效果好、耐久性高、病害少、易于养护维修等特点,在国内外得到大量应用,如早期的香港青马大桥、重庆菜园坝长江大桥,近年的马鞍山长江大桥、港珠澳大桥等,已成为目前国内钢桥面主流铺装结构形式。厦漳跨海大桥钢桥面铺装施工完毕后,整体使用效果良好,直至目前未出现任何病害,为大桥持久通行创造了良好条件。
钢桥面防水 篇2
环氧沥青钢桥面铺装施工控制技术
环氧沥青是非常新颖的桥面铺装材料,但是施工工艺复杂,施工二质量要求较高,天津市进步桥施工中,对钢桥面环氧沥青铺装技术从配合比设计,环氧沥青的混合料的储存温度、拌和顺序、最大工作时间及最低碾压温度等关键问题进行阐述,实际检测结果和运营效果证明,在北方地区的`气温条件下,采用得当的施上措施,完全能够保证钢桥面环氧沥青铺装的施工质量.
作 者：刘富华 LIU Fu-hua 作者单位：中铁十八局集团第五工程有限公司,天津,300459 刊 名：水科学与工程技术 英文刊名：WATER SCIENCES AND ENGINEERING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z2) 分类号：X703.1 关键词：钢桥面 桥面铺装 环氧沥青
钢桥面防水 篇3
防水粘接层作为钢桥面铺装中不可或缺的一个功能层,对整个铺装的使用状况影响巨大。随着钢桥面铺装技术的发展,其材料种类也呈现出多样化的趋势。德国和日本的钢桥面铺装基本都是采用浇注式沥青混合料作为铺装下层,但是其防水粘接层差异较大:日本的钢桥面铺装在钢板喷砂除锈后不设置任何防腐层,只涂布一层溶剂型橡胶沥青粘接剂[1];德国的钢桥面铺装在喷砂除锈后,先涂布底涂层,再采用环氧树脂作为粘接层,然后铺筑缓冲层,最后铺装沥青混合料。美国的钢桥面铺装主要采用环氧沥青,在喷砂除锈后涂布环氧富锌漆作为防腐层,然后采用环氧沥青粘接剂作为粘接层[2,3]。在我国,钢桥面铺装发展的初期,多采用高粘沥青(撒碎石)作为防水粘接层,如重庆鹅公岩大桥、厦门海沧大桥等,但在实际工程中,该材料的施工控制难度大、温度敏感性高,故现在不再被采用。随着铺装技术的逐渐发展,采用Ⅰ型环氧树脂作为粘接层(两层,每层均撒布碎石)、并设置橡胶沥青缓冲层的防水粘接层得到了应用,如山东东营胜利黄河大桥、湖南三汊矶大桥等。溶剂型粘接剂作为防水粘接层也在部分桥梁上得到了应用,如安庆长江公路大桥等。随着铺装技术的不断发展完善,不同的铺装体系基本形成了与之相匹配的防水粘接层,如浇注式沥青混合料铺装体系采用甲基丙烯酸甲酯防水材料(包括Eliminator®和TOPEVER®),温拌环氧沥青铺装体系采用环氧沥青粘接剂,热拌环氧沥青铺装体系采用环氧树脂粘接剂[3,4,5]。总体来说,在借鉴国外技术的基础上,我国的钢桥面铺装防水粘接层逐渐形成了适应国内钢桥面铺装技术的防水粘接材料。
本课题通过试验研究了温度对钢桥面铺装常用的防水粘接材料稳定性的影响。
1 防水粘接材料简介
结合以往的研究成果和工程经验,本课题选取了6种钢桥面铺装应用较广泛和成熟的防水粘接材料作为研究对象,详见表1。
1.1 甲基丙烯酸甲酯防水材料[6]
甲基丙烯酸甲酯防水材料体系由丙烯酸防腐漆、甲基丙烯酸甲酯(MMA)防水膜和丙烯酸胶粘剂3种材料构成:1)丙烯酸防腐漆。丙烯酸防腐漆是一种在空气中自然固化、溶剂型、单一组分的锌磷酸盐底涂层,在钢板喷砂除锈后3 h内使用,可以增强甲基丙烯酸甲酯防水膜与钢板表面的结合能力。丙烯酸防腐漆具有抗腐蚀性,可以隔离钢板与空气的接触,防止钢板表面被氧化或腐蚀。2)甲基丙烯酸甲酯防水膜。甲基丙烯酸甲酯防水膜采用甲基丙烯酸甲酯树脂制成,不含溶剂,可直接喷涂在底涂层上,直接通过化学反应固化,形成一层坚韧、柔性的无缝防护层。3)丙烯酸胶粘剂。丙烯酸胶粘剂是一种溶剂型涂层,直接冷喷涂或采用滚筒涂于甲基丙烯酸甲酯防水膜上,固化后形成一个整体封闭的体系,并与其后热施工的浇注式沥青混合料紧密粘接。
甲基丙烯酸甲酯防水材料在英国等国家有多年的应用历史,使用寿命已超过50年;1997年通车的香港青马大桥采用了该防水材料;我国内陆从2006年在无锡S342主跨桥上开始应用该材料,之后先后在重庆菜园坝大桥、贵州北盘江大桥、南昌洪都、英雄大桥等多座桥梁上应用,效果良好。由于甲基丙烯酸甲酯防水材料独特的优点以及优良的使用效果,该材料目前在钢桥面铺装领域内得到了越来越多的应用。甲基丙烯酸甲酯防水材料目前应用比较广泛和成熟的产品有Eliminator®和TOPEVER®两种,其中,Eliminator®是国外进口材料,在早期的钢桥面铺装工程中应用比较广泛;TOPEVER®为拥有自主知识产权的国产产品,其性能可完全媲美Eliminator®,部分性能甚至有所超越,在近几年的钢桥面铺装中得到了大面积应用。
1.2 环氧树脂粘接剂[3]
环氧树脂是一种液态材料,一般由环氧树脂和固化剂两个组分组成,在一定的温度下通过搅拌混合产生固化反应,在固化反应过程中收缩率小、强度高,能形成致密的有机分子膜,防腐性、密水性、粘接性和延展性均较为优异。
按照环氧树脂粘接剂固化反应特性的不同,将其分为环氧树脂粘接剂Ⅰ型和环氧树脂粘接剂Ⅱ型。环氧树脂粘接剂Ⅰ型在施工过程中,主剂和固化剂混合后发生一次性固化反应,固化后的涂层具有非常高的强度,能保护钢桥面板。环氧树脂粘接剂Ⅱ型,又称为二阶反应性树脂,在施工初期,先出现微固化,具有一定的强度,能承受一定的车辆荷载,便于施工;然后在摊铺沥青混合料的过程中,因为混合料温度的作用,粘接剂出现软化,并进行第2次反应。
1.3 环氧沥青粘接剂
环氧沥青粘接剂属于反应性树脂类材料,A、B两个组分在混合均匀后喷涂施工,然后再铺筑环氧沥青混合料,在经过一定时间的养护并形成强度后,环氧沥青粘接层与环氧沥青混合料形成一个整体。由于环氧沥青粘接剂中含有较高比例的沥青材料,使其在具有较高强度的同时,还具有良好的柔韧性及低温变形能力。
1.4 溶剂型粘接材料
溶剂型粘接材料指的是采用溶剂对沥青、橡胶等高分子物质进行溶化而形成的粘接剂,将该材料涂刷在钢板表面,待溶剂挥发后形成一层坚韧、密实的粘接膜,可与沥青类铺装材料形成良好的粘接。溶剂型粘接剂性价比较高,施工便捷,在日本使用较多。日本的钢桥面铺装规范推荐使用沥青橡胶系列的溶剂型防水粘接材料和橡胶系列的溶剂型防水粘接材料,明石海峡大桥的粘接层采用了橡胶沥青粘接剂。我国的安庆长江大桥、山东平阴大桥、汕头石大桥等在钢桥面铺装工程中采用了溶剂型粘接剂,其中汕头石大桥和平阴大桥均由于采用的溶剂型粘接剂性能欠佳导致钢桥面铺装时出现了问题。
由于溶剂型粘接材料采用较多的沥青及橡胶材料,因此其在高温时容易软化,并且当溶剂未挥发完全时,遇摊铺高温时会释放出气体,使铺装层产生鼓包。故目前该材料主要用于小型钢桥,如市政钢箱梁桥以及混凝土桥面。
2 防水粘接材料受温度影响的规律分析
2.1 拉伸性能受温度影响的规律分析
按照防水材料拉伸强度试验方法,分析不同防水粘接材料在不同温度下(-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃)的拉伸强度和延展性。
不同温度下防水粘接材料拉伸强度的变化趋势见图1。从图1可以看出,随着温度的升高,5种防水粘接材料的拉伸强度整体呈现下降趋势,也就是说温度对防水粘接材料的拉伸强度是一个非常重要的影响因素。甲基丙烯酸甲酯防水材料的拉伸强度随温度的升高而降低(斜率为负),而环氧树脂粘接剂Ⅱ型则存在一个拐点(极值点)。当温度为40℃及以上时,环氧树脂粘接剂和环氧沥青粘接剂的拉伸强度不超过2.0 MPa,远小于甲基丙烯酸甲酯防水材料。
不同温度下防水粘接材料断裂伸长率的变化趋势见图2。从图2可以看出,环氧树脂粘接剂Ⅱ型在试验条件下的延伸性最优。
2.2 粘结强度受温度影响的规律分析
为保护钢桥面板免受水分等的侵蚀,以及保证钢桥面板与铺装层的整体性,防水粘接材料与钢桥面板之间应具有非常良好的粘接性。按照防水材料粘结强度试验方法成型试件,分别测试在25℃、60℃下防水粘接材料与钢桥面板之间的粘结强度,结果如表2所示。
相比较于溶剂型粘接剂来说,反应性防水粘接材料与钢桥面板之间具有非常良好的粘接性,即反应性防水粘接材料具有更好的保护钢桥面板的能力。在几种常用的防水粘结材料中,甲基丙烯酸甲酯防水材料的粘接性能最为优异。环氧树脂粘接剂与钢桥面板之间的粘结强度虽然会随着温度的升高出现衰减,但仍然能符合钢桥面铺装的设计要求。
2.3 防水结构体系结合强度受温度影响的规律分析
1)防水结构体系
钢桥面铺装防水结构体系的性能除了与防水粘接材料的性能有关外,还与铺装混合料的类型有很大的关系。防水结构体系(图3)主要分为两种:一是采用防水层与粘接层共同组成防水粘接体系;二是由防水粘接层独自承担防水和粘接功能的防水粘接体系。目前更多地采用第一种结构方式。已有大量研究表明,在桥面铺装中,仅仅依靠一种单一的防水结构层是无法起到真正的防水以及保护桥梁结构的作用的。合理、系统的桥面防水结构体系,可以将钢桥面与桥面铺装连接在一起,共同保护桥梁结构,使钢桥面板与上部铺装层结合成一个整体。因此,在桥面铺装设计中,应将铺装下层纳入桥面防水结构体系,以防水层和铺装下层组成的防水结构体系作为整体来进行研究。
防水结构体系的结合强度指的是防水粘接材料与铺装下层之间的结合强度,该界面结合强度直接反映了铺装体系整体的抗剪强度和铺装层的抗推移(滑移)能力。
2)防水结构体系的粘结强度
通过测试25℃下组合试件的拉拔粘结强度,评价不同防水结构体系的结合强度,结果如表3所示。
防水结构体系(即带有铺装下层)的结合强度,反映了铺装体系整体的结合强度,与防水粘接材料自身强度、防水粘接材料与钢桥面板之间的结合强度、铺装下层与防水粘接材料之间的结合强度以及铺装下层自身的结合强度都有较大关系。试验表明,各防水粘接材料破坏面的情况均不相同:GS溶剂型粘接剂表现为内聚破坏,即反映了材料的自身强度。甲基丙烯酸甲酯体系的破坏面一般发生在丙烯酸胶粘剂与铺装下层混合料之间,局部在丙烯酸胶粘剂内部,可见该防水结构体系的结合强度很大程度上取决于丙烯酸胶粘剂的结合强度以及施工界面的清洁度。环氧树脂粘接剂Ⅰ型破坏面大都发生在缓冲层界面,与这种材料的功能有关,其主要是高温保护和应力缓冲作用。环氧树脂粘接剂Ⅱ型自身强度非常高,因此,破坏面易发生于薄弱界面如环氧沥青混合料与粘接层的结合面或者是自身强度相对较低的浇注式沥青混合料内部。
3)防水结构体系的剪切强度
铺装层与钢桥面板之间的剪切强度是反映防水粘接层结合力的关键性技术指标,采用成型好的组合试件测试剪切强度,评价不同防水结构体系的层间结合力。试验测试了不同温度(25℃、60℃)下,6种防水结构体系的剪切强度,结果见表4。
综上所述,以与铺装下层沥青混合料的结合强度来看,甲基丙烯酸甲酯防水材料具有更高的粘结强度和剪切强度,对结构的完整性比较有利。环氧树脂粘接剂Ⅱ型和环氧沥青粘接剂在温度较高时粘结强度和剪切强度虽然都有衰减,但仍能符合钢桥面铺装设计要求。环氧树脂粘接剂Ⅰ型虽然属于反应性粘接剂,但因材料自身性能的缘故,在高温条件下其结合强度衰减较为明显,尤其是剪切强度。溶剂型粘接剂本质上是沥青类粘接剂,对温度的敏感性较强,在常温下具有较好的结合强度,但是在高温下,结合强度明显降低,此时若外界施加的荷载较大,极易引起脱层、推移等病害。
3 结论
通过研究温度对6种钢桥面铺装常用的防水粘接材料性能的影响,可以看出反应性材料的综合性能要比溶剂型粘接剂优异。就钢桥面铺装体系而言,甲基丙烯酸甲酯防水材料综合性能优异,对铺装的整体性有利,而且在国内多座大型桥梁中的应用也说明了该材料的优越性。环氧树脂粘接剂Ⅱ型和环氧沥青粘接剂也具有较好的实用性,但都属于进口材料,工程造价较高。
参考文献
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[3]陈光文.对日本TAF环氧沥青在东沙特大桥钢桥面铺装的应用研究[J].公路桥梁,2010(16):213-215.
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[5]张华,郝增恒,王民.海洋性气候条件下的桥面铺装防水设计[J].筑路机械与施工机械化,2010,27(6):20-25.
钢桥面防水 篇4
钢桥面环氧沥青混凝土铺装施工技术
由于钢材的弹性模量、导热系数及热膨胀系数均与沥青铺装层有较大差异,因此,钢桥面的铺装技术在国际上一直是个热点和难点.通过湖州市新大通桥钢箱梁桥面铺装环氧沥青混凝土的应用,从原材料质量、混合料性能、配合比设计、拌和生产、现场摊铺和碾压等施工技术作了研究和总结,工程实体质量取得了较理想的结果.
作 者：张长福 俞炎龙 隆劲军 Zhang Changfu Yu Yanlong Long Jinjun 作者单位：湖州市政工程有限公司,浙江,湖州,313000刊 名：市政技术英文刊名：MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY年，卷(期)：28(1)分类号：U443.33关键词：钢桥 桥面铺装 环氧沥青混凝土 施工技术
钢桥面防水 篇5
桥面铺装早期病害的发生,很大程度上要归咎于铺装层防水粘结性能的不足,从而导致出现脱层、推移、开裂、坑洞等病害。目前应用的大多数防水材料很难从根本上解决在苛刻交通、气候条件下桥面铺装存在的问题。因此,有必要借鉴国外成功的经验,结合我国的国情,进行桥面防水结构体系的研究与应用。加强钢桥面防水技术的研究,不仅可以提高桥面铺装的使用质量,还可以有效地保护桥梁结构的安全性(桥梁设计寿命100年),延长其使用寿命。
1 钢桥面铺装防水粘结层设计要求
根据对钢桥面铺装应用情况的调查和存在问题原因分析,对钢桥面铺装防水粘结层的性能设计提出如下要求。
1)与铺装层、钢板之间具有良好的层间结合力
在气候环境条件作用下,沥青铺装结构层和钢板将产生不同的伸缩变形,这使得各结构层(包括钢板)之间产生较大的弯拉应力和剪切应力,有可能导致层间脱离,引起铺装层破坏。因此,要求防水粘结层材料与铺装层、钢板之间具有良好的层间结合力。
2)良好的物理力学性能
在交通荷载作用下,桥面铺装层将随同钢板变形,从而产生反复的挠曲变形,防水层容易开裂。因此,要求防水材料具有良好的物理力学性能,如拉伸强度与延伸率,以保证其使用年限。
3)良好的抗老化性能和耐久性
在桥面铺装结构中,处于混凝土铺装层与钢板之间的防水粘结层材料,一般都是高分子材料,性能变化受外界荷载、温度影响比较大,防水、粘结效果容易劣化,因而防水材料必须具有较好的抗老化能力和耐久性。
4)良好的防腐蚀性能
桥面防水粘结层无论是由一层或多层构成,均要求具有良好的防腐蚀性能。铺装层无法保证100%不透水,因而要求钢桥面板之上的底涂层具有良好的防腐蚀性能,以确保在有含盐、酸溶液渗入的情况下,钢桥面板不被腐蚀。
2 Eliminator体系铺装设计
Eliminator防水体系起源于英国,最初用于铁道或钢结构防腐,上世纪中期开始在道桥防水工程中应用。半个多世纪以来,Eliminator防水体系在欧洲及世界各地得到了广泛应用。该防水体系具有良好的密水性、柔韧性、防腐蚀性和耐久性,与铺装层和钢板之间具有很好的结合力,可以满足不同条件下桥面铺装对防水粘结层的性能要求。
2.1 体系组成
Eliminator钢桥面防水体系由底涂层Zed S94、Eliminator膜和胶粘剂2号组成。其中底涂层Zed S94是一种可在空气中自然固化的单组分溶剂型锌磷酸盐底涂层,在钢板喷砂除锈之后3 h内使用,可以增强Eliminator膜与钢板表面的粘合。底涂层还具有抗腐蚀性,可以隔离钢板与空气接触,防止表面被氧化或腐蚀。Eliminator膜是一种用粉末催化剂固化的双组分环氧树脂材料,施工时直接喷涂在底涂层上形成一层坚韧、柔性的无缝防护层,不含溶剂,直接通过化学反应固化。胶粘剂2号是一种溶剂型涂层,直接冷喷涂或使用滚筒涂于Eliminator膜上,固化后形成一个整体封闭的体系,并与其后热施工的铺装下层沥青混凝土紧密粘结。Eliminator钢桥面防水体系的这3种组成材料的技术要求见表1。
2.2 铺装结构
参考国外Eliminator防水体系的铺装结构,结合我国桥面铺装的使用条件,提出了Eliminator体系钢桥面应用的铺装结构,见表2。
2.3 施工工艺
钢桥面板经喷砂除锈处理,清洁度达到Sa2.5级、粗糙度达到50~100μm后,进行Eliminator防水体系施工。在喷砂除锈检验合格后3 h内喷涂底涂层Zed S94,用量为100~200 g/m2,采用直径为0.025~0.035英寸的喷孔进行喷涂。待其固化后,喷涂Eliminator膜,分2层施工,上层喷涂完1 h后喷涂下一层,总用量2 500~3 500 g/m2,干膜总厚度最小2 mm。胶粘剂2号的用量为100~200 g/m2,约1 h(23℃)可以完全固化。待胶粘剂2号固化后,进行下一道工序(铺装层下层)的施工。
铺装层下层要考虑防水和随从变形能力,采用孔隙率小于1%、沥青含量高的浇注式沥青混凝土(GA10);同时为了提高浇筑式沥青混凝土与上部铺装层之间的结合力和整体抗剪强度,在完成浇筑式沥青混凝土施工后,撒布预拌碎石和喷涂改性乳化沥青。铺装面层选用综合性能优良的改性沥青SMA10。
在喷砂和防水粘结层施工过程中,应注意:
1)喷涂的基面必须干燥、洁净、无油污、无异物、无灰尘。
2)遇下雨、下雪、结露等气候条件时,严禁作业。
3)基体温度高于露点;防水材料喷涂环境温度:-10~50℃。
4)已涂刷好的区域要进行保护,严禁油、油脂和脏物等的污染。
5)防水材料的喷涂需要保证体系的水平面内封闭、连续,禁止出现露白现象。
3 工程应用
2006年,Eliminator钢桥面防水体系在无锡S342主线西互通钢箱梁桥桥面铺装中应用。该桥于当年9月建成通车,使用已超过2年,情况良好。
2007年,Eliminator钢桥面防水体系在重庆菜园坝长江大桥桥面铺装中应用。该桥是重庆主城区的一座特大桥梁,同时也是主城区南北大通道上的关键工程。主桥采用钢构与提篮式钢箱系杆拱、桁梁的组合结构,桥梁总长800 m,主跨420 m。桥面铺装工程从8月开始施工,进行喷砂、防水粘结层施工、沥青混凝土铺装层施工等工序,于当年10月竣工通车。钢桥面板喷砂除锈、Eliminator体系施工等主要结构层施工过程见图1—5,图6为桥面铺装竣工后的效果图。
重庆菜园坝长江大桥使用已经超过一年,至今桥面铺装未发生任何病害。
4 结语
1)在钢桥面铺装工程中,Eliminator体系所具有的良好性能可以满足桥面铺装的设计和使用要求。
钢桥面防水 篇6
1 工程概况
江阴长江公路大桥于1999年建成通车,位于江苏省江阴市。大桥是典型的悬索桥,其主跨1 385 m,双向6车道,桥面宽29.5 m,主梁采用流线型箱梁断面,钢箱梁全宽36.9 m,梁高3 m。
江阴长江公路大桥原钢桥面铺装采用的是英国浇筑式沥青混凝土(Mastic Asphalt,MA),防水粘结层采用橡胶沥青,见图1。
铺装完成通车后仅1年即出现车辙、裂缝等早期破坏,后来经过不断的小修和大修,铺装层及防水粘结层的种类也发生变化,但桥面铺装的早期破坏问题依然没有得到解决。引起桥面铺装病害的原因,见表1。
鉴于江阴长江大桥铺装的病害情况,相关部门立项对其进行了研究,寻找解决方案。
2 桥面铺装设计
2.1 防水粘结体系选择
应用于桥面铺装体系中,常见的防水粘结材料有:溶剂型沥青橡胶粘结材料(GS)、环氧沥青粘结剂(DER)和环氧树脂(EA)粘结材料等。溶剂型沥青橡胶粘结材料(GS)存在着缺乏过渡层、较高温度下(50~60℃)与钢板粘结强度低等问题;环氧沥青粘结剂(DER)具有粘结力强和感温性低等优点,但在浇筑式沥青混凝土施工前并未固化,运输车和摊铺机难以行走,摊铺困难;常温固化的环氧树脂(EA)体系不耐高温,虽然能与钢板牢固粘结,但与铺装层界面不易粘结,同时还存在着材料韧性不足的问题。
Eliminator防水粘结体系是以一种源于英国、主要用于钢桥面和混凝土桥面铺装的材料系统,它包括Tack Coat No.2胶粘剂、甲基丙烯酸树脂类防水层和Zed S94底涂防腐层,各层的功能和用量见表2。
Eliminator防水粘结体系的基本特点:(1)使用可靠性较高,Eliminator防水粘结体系在世界上有近2 000座桥梁得到了应用,在欧洲,其使用寿命达到50年以上;(2)层间结合力强,韧性、抗剪性、抗拉拔性好(与钢板的拉拔强度和其他几种系统的比较结果,见图2),较少出现脱层问题;(3)防水可靠性好,Eliminator防水体系厚度约2 mm,成膜厚度大,防水耐久性好,并在浇筑式沥青混凝土与钢板之间起到有效的过渡作用,降低铺装层表面横向拉应变。
研究和实践应用表明,Eliminator防水粘结体系与浇筑式沥青混凝土的组合应用能够充分提高钢桥面铺装的防水能力,提高铺装的使用寿命。
2.2 江阴长江大桥桥面铺装结构设计(试验段)
江阴长江大桥双层聚合物改性沥青浇筑式混凝土铺装试验段,采用Eliminator防水粘结体系作为防水粘结层,构造如图3所示。
在聚合物改性沥青浇筑式混凝土(GA)铺装结构中,沥青用量在7%~9%之间,混凝土空隙率接近于0。因此,改性沥青浇筑式混凝土具有较好的防水性能,与沥青砂胶层(如果有)和防水粘结层一起构成有效的防水体系,阻止水分进入铺装下层与钢板之间,防止出现因水分侵蚀钢板和界面而造成降低粘结力、脱层病害。
3 桥面铺装防水粘结层施工
3.1 施工前的准备
对桥面进行清理,清除杂物或其他障碍物,见图4。
对桥面进行喷砂除锈处理,见图5。采用砂轮对边角进行人工打磨,采用自动喷砂机对中间区域进行除锈,然后对清洁度和表面粗糙度进行检测,清洁度应达到Sa2.5级,粗糙度应达到50~100μm。
3.2 Zed S94防腐层施工
喷砂除锈检验合格后,在3 h内进行Zed S94防腐底涂层施工,见图6。当采用喷涂施工时,可用质量分数为25%的二甲苯稀释Zed S94防腐剂。对喷涂过程中出现的涂料流淌部位,辅助以人工用滚筒补刷。Zed S94用量为150~200 g/m2,干膜厚度约为50μm。
Zed S94的干燥时间视现场环境而定,温度为10℃时,其固化时间约为60 min。
3.3 甲基丙烯酸树脂防水层施工
待防腐金属底漆Zed S94固化后,喷涂Eliminator防水材料,分两层进行施工,见图7。每层湿膜厚度不小于1.2 mm,干膜总厚度不小于2 mm,Eliminator材料的总用量为2 500~3 500 g/m2,待首涂层固化后,直接喷涂下一层,间隔时间取决于温度,参照产品说明书并结合完全固化标准现场确定。Eliminator防水材料含A和B两种树脂组分以及一种催化剂,施工前先将催化剂加入B组分充分搅拌均匀后,再和A组分搅拌后喷涂。具体掺配比例及喷涂时间,根据厂家的产品说明而定。
3.4 Tack Coat No.2胶粘剂施工
Eliminator防水层喷涂结束并完全固化后,应立即喷涂Tack Coat No.2胶粘剂,可采用刷涂、滚涂(图8)或无气喷涂的方法施工。施工时,应用直尺或其他工具将Tack Coat No.2胶粘剂与搭接区分隔。Tack Coat No.2胶粘剂的喷涂用量为100~200 g/m2。Eliminator防水粘结体系施工完毕后的效果,见图9。
3.5 质量控制
质量控制主要采取材料抽检和现场力学性能试验的方法,见图10。
3.6 跟踪观测
对采用Eliminator防水粘结体系的双层聚合物改性沥青浇筑式混凝土铺装结构进行了为期3年的跟踪观测,观察结果见图11。结果表明Eliminator防水粘结体系使用效果良好。
4 结论
本工程铺装结构试验段采用双层聚合物改性沥青浇筑式混凝土+Eliminator防水粘结体系。通过对施工工艺严格控制,使得Eliminator防水粘结体系施工质量得到了有效保障。3年的跟踪观测结果表明,Eliminator防水粘结体系+双层聚合物改性沥青浇筑式混凝土铺装结构性能优良,没有出现车辙、拥包、大面积开裂和脱层等问题,取得了成功,具有在钢结构桥梁中大规模推广应用的价值。
参考文献
[1]闫东波,赵国云《.江阴长江大桥重交通钢桥面聚合物改性沥青浇筑式混凝土铺装技术研究》研究报告[R].重庆:重庆交通大学,2012.
钢桥面铺装可靠度分析 篇7
为了分析两种常用铺装方案在施工过程中的可靠度, 本文从前期准备、喷砂和防水层、铺装层施工、养护四个工序进行比较分析。
1 前期准备
(1) 浇注式沥青混合料+改性沥青SMA:
(1) 沥青混凝土生产基地选址:本方案中的沥青混合料都是热塑性材料, 只要在运输过程中做好保温或控温工作, 沥青混合料均可正常施工。因此, 运输时间宜控制在1~1.5h。
(2) 原材料:主材全部为桥面铺装专用材料, 其中沥青及防水材料均可在国内沥青改性厂生产, 所有材料无需进口, 准备期大约在1~2月。
(3) 设备:浇注式沥青混合料采用特殊的需要专用设备———COOK-ER运输车和专用摊铺机, 在国内相关施工企业都已具备。而改性沥青SMA的施工设备与普通沥青混合料施工的设备相同。
(2) 双层环氧沥青混凝土:
(1) 沥青混凝土生产基地选址:由于环氧材料属于热固性材料, 对时间要求比较高, 运输时间不宜超过30min, 否则在施工过程中风险比较大。
(2) 原材料:主材为全部为桥面铺装专用材料, 其中沥青结合料及层间粘结材料全部为进口, 需要至少2~3个月;集料要求规格远高于常规沥青混凝土, 分档更细, 颗粒更规则, 水洗、烘干、无杂质。
(3) 设备:不需要专用设备, 采用普通沥青混凝土施工设备即可。
2 喷砂及防水层施工
(1) 浇注式沥青混合料+改性沥青SMA:
(1) 打砂除锈:打砂对气候环境要求比较高, 要求环境相对湿度≤85%、温度应高于露点3℃, 遇刮风、下雨、雾、雪等天气都不得作业。晴天, 一般在9∶00~16∶00之间工作。
(2) 甲基丙烯酸树脂防水粘结层 (含防腐层) :在喷砂后3h内, 完成进行防腐底涂层作业, 依次根据工作面的大小, 进行甲基丙烯酸树脂膜 (两层) 、胶粘结的施工。
单层固化时间1h (23℃) 即可进行下一工作面作业, 由于时间现场温度温度较高, 间隔时间短, 采用流水化作业流程, 每层作业完毕后, 可露天长时间搁置, 在无污染的情况下, 不影响其后期结合强度。
(2) 双层环氧沥青混凝土:
(1) 打砂除锈:同上。
(2) 防腐层:喷砂完成后, 即可采用环氧富锌漆, 指干时间短、强度形成时间较长。
(3) 环氧沥青防水层:环氧粘结剂属于反应性材料, 因此要求在洒布后48h内必须进行沥青混凝土的摊铺, 即完全固化前完成环氧沥青混凝土铺装下层的施工, 在施工过程中, 尽量避免雨水。因此, 防水粘结层的施工, 必须考虑天气因素, 在确保连续无降雨的期限内, 方可进行防水粘结层洒布。
3 沥青铺装层施工
(1) 浇注式沥青混合料+改性沥青SMA:
(1) 浇注式沥青混合料采用单幅 (宽3~7m) 作业的方式, 具体根据实桥的车道划分确定。
浇注式的生产工艺不同于常规沥青混凝土, 拌合温度比较高 (220~260℃) , 国内的拌合楼无需太大的改装, 即可进行生产。
运输采用专用的运输车 (COOKER) , 具有搅拌、加热、保温的功能, 因此, 一般不受运输距离影响, 或现场突降雷阵雨、机械故障短暂停工干扰。同时, 由于摊铺温度较高, 对环境中的水、雾、温度、风等环境条件不敏感, 夜间、低温下也可进行摊铺作业 (如赶工期) 。
(2) 粘层采用改性乳化沥青, 由于浇注式沥青混凝土富余沥青含量比较高, 在界面保护较好的情况, 无需洒布粘层。粘层的作业后搁置至少12h以上, 方可进行铺装面层施工。
(3) 高弹体SMA10的施工工艺设备较为简单、成熟, 但对过程的控制要比常规道路严格, 其中采用高弹体改性沥青, 要比其他桥面用改性沥青SMA更易于压实。
(2) 双层环氧沥青混凝土:
(1) 环氧沥青混凝土的生产采用新型拌合设备, 计量要求精度要高于其他混凝土生产, 温度、计量稍有偏差, 可能引起混凝土大批量废料。对拌合楼略作改造, 增加环氧沥青输入设备。
环氧沥青混凝土从生产到摊铺根据温度不同, 有严格的时间的限制, 超出该时间段, 混合料必须弃掉, 但考虑成本浪费太大, 很多施工单位勉强使用, 给后期遗留下严重质量隐患。同时, 运输出发前后, 随时要进行运输车中混合料的温度观测。
同时, 考虑摊铺温度严格控制在设计温度范围之间, 抗水、湿度、风等环境干扰能力比较弱, 为了防止吸附于环氧沥青粘结表面水及空气中水残留于铺装层间, 一般在上午太阳照晒一段时辰后, 开始摊铺;在夜间, 禁止进行环氧沥青混凝土摊铺作业。
(2) 环氧沥青粘层的洒布与环氧防水粘结层作业要求基本一致, 只是考虑到粘结剂洒布后要进行环氧沥青混凝土面层施工, 因此, 必须待铺装下层养护达到一定期限后, 方可进行环氧粘层和面层施工。
(3) 铺装面层环氧沥青混凝土工艺与技术要求与铺装下层基本一致, 只是对表观状态控制更为严格, 不得遗留任何施工缺陷。在环氧沥青混凝土施工中, 温度、时间控制非常重要。
4 养护通车
(1) 浇注式沥青混合料+改性沥青SMA。
在SMA10施工完毕, 温度降至常温, 可供小型车辆通行, 养护48h后, 即可全面开放交通。
(2) 双层环氧沥青混凝土。
环氧沥青混凝土在施工完成后, 禁止任何交通车辆、振动荷载的情况下, 需要养护7天或30天左右, 最终以实测强度为准;若在施工过程中, 环境温度较低时, 环氧沥青固化较慢,
期间, 也可采用措施进行加速养护, 根据早期应用情况, 除了需要额外一笔费用 (200万) , 不均匀固化还会诱发的其他病害发生。
5 结论
两种铺装方案在施工过程中都有其特点。浇注式沥青混合料运输和摊铺需要特殊设备, 但受温度、雨水等环境条件影响较小, 整个铺装结构施工完成后, 正常养护后即可开放交通;环氧沥青混凝土的结合料需要进口, 在施工过程中, 严格控制混合料的温度、时间, 严禁雨水等物质的存在, 需要较长的养护时间。
摘要：选取两种钢桥面铺装方案:浇注式沥青混合料+改性沥青SMA、双层环氧沥青混凝土, 从前期准备、喷砂与防水、沥青铺装层施工、养护通车四个方面进行比较分析, 浇注式+SMA铺装方案具有一定优势。
关键词：钢桥面铺装,浇注式沥青混合料,环氧沥青混凝土
参考文献
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[2]吴文军, 张华, 钱觉时.浇注式沥青混凝土应用现状综述[J].公路交通科技, 2009 (8) :31-33.
[3]薛昕, 王民, 张华, 高博.浇筑式沥青混凝土在桥面铺装中的应用于发展现状[J].公路交通科技, 2011 (5) :98-100.
[4]李国芬, 张高勤, 陈妍.环氧沥青混凝土钢桥面铺装的施工质量控制[J].森林工程, 2007 (03) :62-64.
钢桥面铺装修复施工技术 篇8
1钢桥面铺装概况
某钢桥面为正交异性板加劲钢箱梁与P·C箱梁混合结构半悬浮弹性体系斜拉桥, 主桥长906 m, 主跨518 m, 桥面总宽30.5 m, 钢桥面铺装总面积22 172 m2。桥面横坡2%, 最大纵坡3.5%, 桥面箱梁螺栓连接, 桥面板厚12 m, 横隔板间距3 m, 纵向加劲肋宽度600 mm。对其主桥全线病害调查发现, 重车道产生了较为严重的病害, 主要为推移、壅包、车辙, 并产生较大宽度的横向裂口, 最大3 cm, 局部区域出现网裂, 各个破坏部位已经连成了片。考虑这些病害, 2006年11月开始对其实施大修, 修复铺装层分两层设计, 下层侧重防水, 上层侧重高稳车辙、抗裂性能和行车舒适性, 铺装结构见图1。
2钢桥面铺装施工
该钢桥面修复铺装的具体施工工艺如下:
1) 对钢箱梁桥面钢板的上表面进行喷砂除锈, 使其清洁度达到Sa2.5级, 喷砂除锈后粗糙度应达到50 μm～150 μm。喷砂除锈后涂布溶剂型粘结剂GS, 第一层涂布量为120 g/m2～150 g/m2, 第二层涂布量为100 g/m2～120 g/m2;起到封闭钢板、防水粘结作用。
2) 铺筑浇筑式沥青混凝土GA10下层。浇筑式摊铺之前, 应保持溶剂型粘结剂层面清洁干燥。浇筑式沥青混凝土采用专用拌和楼, 石料温度约290 ℃～310 ℃, 混合料拌和后出料温度按220 ℃～250 ℃目标控制;拌合时间为干拌15 s, 湿拌90 s。运输使用专门的运输设备Cooker, 在Cooker初次进料之前, 将其温度预热至160 ℃左右, 装入Cooker中的混合料保持不停的搅拌, 将Cooker的温度设置在220 ℃～250 ℃之间, 确保混合料运至现场的温度为220 ℃～250 ℃, 尽量避免混合料在高温的Cooker车中长时间搅拌, 不得超过12 h。摊铺使用一台浇筑式专用摊铺机, 应提前30 min对摊铺机进行预热, 预热温度应达到160 ℃～200 ℃, 防止混合料侧向流动, 采用钢制模板作为边侧限制挡板, 摊铺速度控制在2 m/min～3 m/min;一台自身推进式碎石撒布机紧随摊铺机后, 趁热撒布预拌沥青碎石, 严格控制预拌碎石的撒布温度, 待混合料达到较好的撒布温度时, 进行预拌沥青碎石撒布, 撒布量为3 kg/m2～5 kg/m2, 保证撒布的均匀性, 在碎石撒布过程中, 选用加配重的滚筒对碎石进行碾压, 以便碎石与浇筑式沥青混合料能够较好的结合, 扫除未粘牢的碎石。浇筑式沥青混凝土的纵幅施工缝中采用沥青类贴缝条进行密封。
3) 在GA10层上喷洒一层改性乳化沥青粘层, 用量0.3 L/m2～0.5 L/m2, 再铺筑上层SMA10沥青混凝土。SMA10沥青混凝土采用拌合站进行集中拌和, 改性沥青送料温度170 ℃～190 ℃, 供改性沥青加工的普通沥青温度为170 ℃～180 ℃, 拌合时间以无花料且拌和均匀为原则, 一般不少于60 s;根据SMA每盘的拌合重量, 按0.2%比率预先将所需的纤维称量好, 包装成袋, 纤维添加人员在拌和过程中将纤维加入料斗。运输采用载重10 t以上自卸车, 运输过程中加盖帆布保温, 按指定路线进入施工现场, 钢桥面行驶速度不超过5 km/h, 热拌改性沥青混合料到场温度不低于170 ℃。摊铺由一台摊铺机完成, 摊铺机行走速度不宜过快, 一般不超过3 m/min, 以免使摊铺机在某一断面长时间停滞待料, 造成局部平整度不好;大纵坡路段摊铺方向由下向上摊铺, 避免料车空挡下滑或踩刹车造成摊铺机推不动的现象。初压紧跟摊铺机进行, 采用18 t光轮压路机进行静压, 初压洒水既要尽可能少用水, 既要避免过多的水进入空隙尚大的沥青混合料内, 又要保持光轮绝对不能粘料, 必要时由工人持拖把及时擦洗钢轮表面, 压路机每次前进时, 均应前行到接近摊铺机尾部位置, 每次前进后均应在原轮迹上重复倒退, 第二次前进应重复约2/3轮宽, 往返一次为碾压1遍, 需碾压1遍～2遍, 压路机行驶速度控制在3 km/h范围内, 必须在150 ℃以上完成;复压采用水平振荡光轮压路机, 振荡碾压3遍～4遍, 温度在150 ℃左右为宜, 完成温度应大于130 ℃, 复压完成现场肉眼判定标准是沥青脂上浮, 表面发亮, 达到复压标准的表面应尽快采取收迹碾压的措施, 以免温度过低无法消除复压痕迹, 压路机前行不超过稳压的表面, 后退不进入已收迹的最终路面, 碾压顺序应与初压的顺序相一致;终压采用钢轮压路机无振动碾压1遍～2遍, 碾压终了温度应大于120 ℃;在边缘、角落及桥面构造物周围难以用大型压路机压实的部位, 需采用小型压路机及人工操作的机动夯锤夯实。在铺装上层与其他结构物的结合部位, 采用热灌沥青进行密封, 在路缘石与行车道沥青铺装的结合部位, 设预留缝, 浇筑热灌沥青。
4) 铺装层厚度、压实度, 铺砂法构造深度, 路表渗水系数、平整度、GA10与钢板结合力等质量检测结果表明, 施工质量完全满足规定要求。
3结语
针对钢桥面铺装施工的特点, 对某大桥钢桥面病害修复施工工艺进行了深入研究, 该桥铺装修复至今已一年多, 跟踪观测发现, 其使用性能良好, 表明大修铺装施工是成功的。
参考文献
[1]李洪涛, 钟建驰.江阴大桥浇注式沥青混凝土桥面铺装[J].东南大学学报, 2001, 31 (3A) :69-72.
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[3]卢正宇, 梁超, 张志宏.厦门海沧大桥钢桥面铺装[J].中外公路, 2002, 20 (1) :53-54.
钢桥面铺装体系设计方法初探 篇9
本文通过对已有文献进行总结的基础上,对桥面铺装的设计指标进行了探讨,综合考虑环境因素、交通因素、材料因素以及针对经常出现的破坏形式作出钢桥面铺装体系的结构设计,并根据这些要素列出初步提出大跨径钢桥面铺装的设计流程图。
2桥面铺装设计的内容
大跨径钢桥面铺装设计首先要选择铺装材料,要综合考虑铺装层沥青混合料的高温稳定性,剪切强度和变形协调性,然后通过前面计算得出的相关材料参数,对铺装设计研究进行分析,获得最为合理的选择;在控制铺装层表面最不利荷载的情况下,确定桥面铺装层的厚度及桥面铺装体系的结构参数,包括钢面板厚度、横向肋的间距、纵向肋的各种尺寸等,并回避车辙最容易产生的位置(即最不利荷载作用位置),设置车行道的时候需要考虑。因此,铺装材料的设计和铺装结构的设计共同决定了桥面铺装体系的设计内容:
①综合分析桥梁建设当地的气候环境,把温度变化考虑到设计中去,同时还要分析当地的交通条件,车流量和重载情况,并给出有针对性的设计方案;
②对大跨径钢桥面铺装层常见的早期破坏类型进行调查分析,根据最容易出现的破坏形式选择相应的铺装材料和结构参数,并提出钢桥面铺装设计指标;
③通过对选择的材料进行试验,分析材料的强度等参数是否能满足设计要求,通过对桥面铺装体系的拉拔试验、层间剪切试验等确定防水粘结层材料参数;
④通过对设计桥梁的有限元分析,得出理论上的力学参数,并与设计指标比对,用以验证铺装结构现场试验的数据是否达到材料性能参数;
⑤通过铺装混合材料的车辙试验和疲劳试验,作出力学分析,并对铺装层材料的选取和铺装结构的设计做出完善;
⑥根据上述材料与结构参数,分析出钢桥上的力学分析结果,划分行车道分布并进行施工组织设计。
3桥面铺装的设计指标
桥面铺装的结构设计指标包括对环境参数、交通参数和铺装结构破坏的控制指标;桥面铺装的材料设计包括对桥面铺装层材料的设计以及防水粘结层材料的设计两部分。
3.1 环境参数的影响
环境参数中最能影响到我们铺装层性能的当属温度参数,在公路设计中通常我们可以根据设计规范找到沥青路线的气候分区来确定当地工作温度的范围和材料的选取及用量等信息,但是钢桥面铺装设计受到温度的影响要远远大于同地区的公路。这是因为在钢桥面铺装体系中,钢箱梁的特殊结构导致内部不通风,温度要比路面高10℃左右,导致桥面铺装层的工作温度要高于普通沥青路面,同样在低温的情况下,钢箱梁的温度也会更低,这对铺装层的工作温度范围要求就更广了,这也对铺装层材料的选取提出了更高的要求。
湿度和降雨量,在环境参数中也是不可忽视的,铺装层在使用过程中产生的水损害也是一种很常见的铺装层破坏类型,通常在材料的室内试验中会被忽视掉,因此,在多雨地区桥梁的设计要综合考虑。
3.2 交通参数的影响
铺装设计中的交通参数是需要根据当地的交通情况来确定车辆的大小比例,超载车辆的比例等,通过这些实际情况来决定设计荷载用的车辆轴重,轴载累计作用次数等,以南京长江大桥为例,在充分调查了当地的交通量、车辆组成结构和重载、超载车辆比例之后,根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2003),荷载作用面积为单矩形200mm×600mm,轮胎压力0.7MPa,并且考虑冲击作用。由于桥面铺装体系的力学特殊性,在荷载作用下局部效应比较明显,而单矩形荷载不够准确,因此利用双矩形荷载在桥面铺装设计中更为适应,而且当轴载较大时,轮胎与地面的接触面积更接近矩形。
3.3 铺装结构破坏控制指标
根据前面对钢桥面铺装破坏类型的分析以及各种材料特性可知,在车辆荷载和自然环境因素的共同作用下,钢桥面铺装会有不同的破坏方式;对于使用双层浇筑式沥青混凝土以及双层改性沥青SMA等热塑性沥青混凝土铺装材料而言,行车荷载作用会比较容易产生疲劳开裂、超载作用会产生一次性断裂破坏,而且高温车辙、拥包、推移和低温开裂等破坏也经常发生;对于环氧沥青混凝土等热固性材料铺装而言,主要破坏形式是疲劳开裂和一次性断裂破坏,如表1:
由表1知,疲劳开裂、沥青材料的高温稳定性和低温抗裂性才是钢桥面铺装层设计中的主要问题,在结构设计中提出的力学设计指标就是用来控制铺装层的结构性破坏(疲劳损害、低温开裂)和功能性破坏(车辙、拥包)的。为了确保钢桥面铺装在设计年限内的正常使用,要对铺装材料的物理和力学性能提出更高的要求。根据铺装层破坏类型提出的铺装层设计指标包括:①桥面铺装层表面最大拉应力(应变),当荷载作用于正交异性板主梁腹板、纵隔板、纵向加劲肋、横隔板等上方时,铺装层表面会重复出现最大拉应力(应变),频繁的出现就会导致疲劳开裂和超载作用下的一次性断裂;②铺装层与钢板间的最大剪应力,在车辆荷载和温度影响的共同作用下,铺装层与钢板间会产生最大层间剪应力,当剪应力超过防水粘结层的抗剪强度时,粘结层会出现疲劳剪切破坏或者直接出现失效;③铺装层中最大剪应力,通常是在高温条件下,铺装层材料因为温度影响而软化,导致强度下降,出现抗剪切流动性能不足,从而发生车辙、拥包和推移等破坏。
在设计中要综合考虑南方高温多雨和北方低温干燥的气候特点,合理针对不同地区常见的不同破坏形式,对于铺装层的疲劳开裂、一次性断裂和铺装层钢板之间的剪切破坏为主的破坏形式时,我们要把铺装层上下表面的最大拉应力(应变),铺装层与钢板之间的最大剪应力和铺装层表面挠度等作为设计控制指标;而针对疲劳开裂、挠曲破坏、局部冲压破坏和高温稳定性不足引起的破坏为主要破坏形式时,我们则应该把最不利荷载位置下铺装层表面的横向拉应力(应变),纵向拉应力(应变),最不利荷载位置下加劲肋上铺装层的相对变形、最不利荷载位置时铺装层内的剪应力作为力学控制指标。
3.4 铺装材料设计指标
通常钢桥面铺装材料采用改性沥青混凝土SMA,浇筑式沥青混凝土和环氧沥青混凝土三种,相比较而言,环氧沥青混凝土铺装材料的指标要求最高,不仅具有更高的温度使用范围,而且温度敏感性小,强度也很好,在高低温性能比较均衡,因此,环氧沥青混凝土是最适合用作桥面铺装材料的。
4钢桥面铺装的设计流程
大跨径钢桥面铺装常用设计流程如图1所示。
5结语
通过钢桥面铺装的损坏现象进行分析,总结已有文献的基础上提出桥面铺装的设计指标,综合考虑环境环境因素、交通因素、材料因素以及针对经常出现的破坏形式作出钢桥面铺装体系的结构设计,并根据这些要素列出常用的大跨径钢桥面铺装的设计流程图。
摘要：随着我国大跨径桥梁的日益增多,正交异性板钢箱梁的应用越来越广泛,然而桥面铺装尚无广泛认可的设计方法。文中通过总结已有文献的基础上提出桥面铺装的设计指标,综合考虑环境因素、交通因素、材料因素以及针对经常出现的破坏形式作出钢桥面铺装体系的结构设计,根据这些要素列出常用的大跨径钢桥面铺装的设计流程图。
关键词：桥面铺装,沥青铺装层,正交异性板,设计方法
参考文献
[1]童乐为,沈祖炎.正交异性钢桥面板静力试验和有限元分析[J].同济大学学报,1997,25,(6).