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我国大跨径桥梁钢桥面铺装材料应用现状

日期:2015-1-15 15:55:12 来源:转载 浏览数:
 
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 随着经济的高速发展, 人们出行对道路的便捷性、安全性、舒适性的要求也越来越高, 其中桥梁是高速公路、市政交通网中的瓶颈节点, 它在整个交通路网中起着举足轻重的作用。高速公路在跨越峡谷、海湾、大江、大河等不易修筑桥墩的地方、市政道路在跨越建筑物或者铁路线时往往需要架设大跨径的桥梁。国内外的工程实践表明, 大跨径桥梁最有效的结构形式之一是加劲的钢箱梁桥。钢梁的主要优点是跨越能力大、施工速度快、强度高、自重轻、耐震、便于工业化制造和标准化施工以及结构性能优良等, 国内外已建或在建的大跨径桥梁大都采用了钢箱梁正交异性面板形式。目前, 我国大跨径桥梁建设方兴未艾, 尤其在沿江沿海等经济较发达地区有更多的大跨径钢桥正在建设或筹建。桥面铺装是桥梁行车系的重要组成部分, 铺装层的使用性能直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。作为大跨径钢桥的关键技术之一, 钢桥面铺装的重要性日渐突出。
1· 钢桥面铺装常用材料现状
目前钢桥面铺装材料主要有: 以德国和日本为代表的高温拌和浇注式沥青混凝土( Guss Asphalt)、以英国为代表的沥青马蹄脂混凝土(MasticAsphalt) ; 德国和日本等国采用的改性沥青SMA(Stone Mastic Asphalt)、以中国和美国为代表的环氧沥青混凝土(Epoxy Asphalt)。表1为三种铺装材料的性能比较。

浇注式沥青混凝土的特点是“三高”, 即由高含量、高黏度的沥青、高掺量的矿粉, 高温(180~220℃) 状态下拌和。混合料摊铺时流动性大, 依靠自身的流动密实成型, 无需碾压, 只需用简单的摊铺整平机具即可完成施工, 并能达到规定的密实度和平整度, 设计时以几乎无孔隙率(空隙率小于1%) 为目标。浇注式沥青混凝土中沥青含量较多而使其高温稳定性差, 在桥面铺装中一般将其用作结构下层, 上层推荐采用抗高温性能更好的SMA或者热固性的环氧沥青混凝土。
SMA采用间断级配, 其中4.75mm以上的粗集料含量在70%~80%之间, 0.075mm筛孔的通过率在10%左右, 沥青含量比普通沥青混凝土高1%以上。因为沥青含量高, 通常要加入纤维稳定剂, 这样的结构特点使得SMA具有嵌挤和密实型混合料的长处。SMA作为铺装上层尚可, 由于钢桥面板的铺装下层要求与钢板有良好的黏结力以适应钢板在温度与行车荷载作用下的复杂变形, 而SMA13与SMA10中粗集料含量一般高达70%, 过多的粗集料难以与钢板达到密贴的效果。另一方面, 作为与钢桥面板直接接触的铺装下层, 应具备优良的防水与密水性, 而SMA的高沥青含量是建立在相对较大的孔隙率的基础上(3%~4%), 钢桥面铺装下层要求沥青混合料的孔隙率几乎为零, 这一点SMA无法达到,故SMA作为钢桥面铺装的下层未必合适。
不管是浇注式沥青混凝土还是改性SMA, 都是通过物理方法将沥青改性, 没能从根本上改变沥青的热塑性, 也就不能综合提高沥青混凝土的使用性能。但是环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中, 经与固化剂发生化学反应, 形成不可逆的固化物。这种材料从根本上改变了沥青的热塑性, 赋予沥青全新的、优良的物理力学性质。用环氧沥青拌制的沥青混合料性能远远大于普通沥青混合料。环氧沥青混凝土以其优良的使用性能, 可应用于钢桥面铺装的上、下面层。
钢桥面铺装常用材料的优缺点如表2所示。

由于我国多数地区年温差大(夏季炎热, 冬季寒冷), 汽车超载运输现象极为普遍且较为严重,再加上大跨径钢箱梁桥面所处的特殊环境, 实际使用情况表明, 江阴长江大桥的浇筑式铺装方案和海沧大桥的SMA铺装方案未能取得成功。江阴长江大桥1999年竣工时间不长即发生开裂、车辙、波浪、推移及拥包等病害, 反复修补多次, 并于2003年大修。虎门大桥、厦门海沧大桥采用SMA铺装, 在使用过程中出现较为严重的车辙、开裂及横向推挤等病害, 并且也经历了大修, 造成很大的经济损失和不良的社会影响。南京长江二桥环氧沥青混凝土铺装自2001年开放交通以来, 已经历了12个高温季节和低温季节的考验, 铺装层使用性能良好。
2· 钢桥面铺装常用结构类型
目前我国钢桥面铺装基本上形成了以江阴长江大桥为代表的单层浇注式沥青混凝土铺装、以厦门海沧大桥为代表的双层改性沥青SMA、南京二桥为代表双层环氧沥青混凝土的铺装方案。除此以外,还有2012年12月24日通车的南京长江四桥采用的“下层4cm浇注式沥青混凝土+上层3.5cm改性SMA”铺装; 2012年11月25日通车的泰州长江大桥采用“下层3.5cm浇注式+上层2.5cm环氧沥青”, 钢桥面上采用“环氧沥青混凝土+SMA” 的结构形式还没有成功的先例; 2013年黄冈大桥拟采用此种结构铺装方案。优化后的桥面铺装结构不仅缩短了工期, 而且降低了工程造价, 但由于有铺装材料的转换, 对施工组织提出了更高的要求。
3 ·结论
(1) 多年的工程实践表明, 作为大跨径钢桥面的铺装材料, 在使用性能优异、使用寿命长短、施工工艺复杂程度、工程造价高低方面, 都是环氧沥青铺装好于浇注式沥青, 好于SMA。
(2) 环氧沥青强度高, 铺装层可以减薄, 从而既减轻了自重, 又有利于降低造价。此外, 采用浇注式沥青或者SMA铺装的钢桥面早期病害严重, 修补过程中产生大量的费用, 对交通和社会效益的影响也不容忽视。
(3) 环氧沥青混凝土可以有效地延长路面使用寿命, 避免频繁翻修, 具有很高的经济效益和社会效益, 从长远来看, 环氧沥青混凝土更适合我国的自然条件和交通状况下的大跨径钢箱梁桥面铺装,推荐钢桥面铺装结构形式为双层环氧沥青。
 

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