[00118521]季冻区钢桥桥面铺装高模量高韧性沥青混合料技术研究

①课题来源与背景; 钢桥是用钢材作为主要建造材料的桥梁,由于钢材的强度较大,相对于混凝土桥可减小梁高和自重,钢桥自重一般为同跨度混凝土桥梁的1/5～6.5,因此,钢桥拥有较大的跨越能力,且由于钢材的各向同性,质地均匀,使钢桥的工作情况与计算图示假定比较符合,另外,钢桥一般采用工厂预制,工地拼接,施工周期短,加工方便且不受季节影响。随着钢桥设计理论的日益完善、钢材品质的不断提高,钢桥得到了越来越多的应用。 我国已建成并投入使用的大跨径钢箱梁桥近百余座,其中相当一部分铺装层发生了较为严重的大疲劳裂缝和高温永久变形病害,严重影响通车功能,并产生不良的社会影响。对于季冻区,夏季高温可达35℃,并不比南方城市的高温低多少,低温可达-32℃左右,对于桥面铺装层与粘结层来说,可以说环境十分恶劣,浇筑式高温性能差,难以适应这种高温条件,环氧沥青混凝土高温抗变形能力强,能够适应这种高温条件,但是环氧沥青混凝土低温时较脆,而钢桥挠度较混凝土桥梁大,桥面铺装层的应变水平较高,对于钢桥桥面环氧树脂沥青混合料来说,存在着巨大的低温开裂风险。改性沥青SMA混合料与这两种混合料相比,低温和高温性能介于这两种混合料之间,但是季冻区气温条件恶劣,桥面挠度大,铺装层应变水平高,其性能仍然难以持久。 目前,钢箱梁桥的应用越来越广泛,对于我国季冻区,钢桥桥面铺装需要一种高温模量更高、低温韧性更强的沥青混合料,并且需要一种高、低温条件下性能仍能保持稳定的粘结层材料。 ②技术原理及性能指标; 为减轻桥梁恒载,铺装层采用两层结构,并且总厚度控制在60mm以内。在本方案中,采用密实的高模量高韧性沥青混合料GG-5作为铺装下层,兼具防水层作用,热熔型改性环氧树脂与钢板之间的粘结力强,可保证铺装层与钢板之间不产生脱层,从而保证整个桥面铺装层具有良好的变形追从性,而且热熔型改性环氧树脂薄层还拥有良好的高温抗变形能力和较好的低温韧性,可满足季冻区使用要求,铺装下层与铺装上面层之间的粘结层材料仍然使用热熔型改性环氧树脂,可保证良好的粘结效果与粘结强度,表面层使用高温抗变形能力强、抗极限变形能力和抗疲劳变形能力良好的高粘高弹SMA-11混合料,既可以保护下面的铺装层次又可以保证良好的行车舒适性。 ③技术的创造性与先进性; 项目针对季冻区气候特点,课题组进行了高模量高韧性沥青混合料的研发,并通过高温70℃车辙试验、动态模量试验、高温70℃动态蠕变试验、低温弯曲试验、低温冻断试验、四点弯曲疲劳试验、冻融劈裂试验、浸水残留稳定度试验等全面评价了该混合料的高温、低温、疲劳以及抗水损害性能,并与SMA沥青混合料、RA05混合料进行了对比。通过对比发现,课题组研发的高模量高韧性沥青混合料的路用性能全面优于SMA沥青混合料,高模量高韧性沥青混合料的高温性能不及RA05,但是高温性能优于高粘高弹沥青混合料SMA,因此完全满足钢桥桥面铺装使用要求,抗水损害性能与浇筑式GA以及RA05相当,疲劳性能远远优于RA05材料。 通过高温70℃拉拔试验、剪切试验等,选择热熔型改性环氧树脂作为粘结层材料,并提出了铺装上层使用高粘高弹SMA-11沥青混合料、铺装下层使用高模量高韧性沥青混合料GG-5、粘结层使用热熔型环氧树脂的全新的钢桥桥面铺装体系。 高模量高韧性沥青混合料使用废橡胶粉以及废旧PE作为改性剂,施工工艺与SMA相当,因此工程造价与浇筑式以及ERS或者EA等相比,大幅降低,整个铺装体系的工程造价低于400元/m2。 高模量高韧性沥青混合料铺装体系性能优良、成本低、施工工艺简单、工期短,适用于季冻区钢桥桥面铺装,也可用于工期紧张的市政钢桥的桥面铺装维修工程,此外,高模量高韧性沥青混合料消耗废橡胶粉、废旧PE等,还具有一定的社会和环境效益。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性; 本技术室内试验结果表明,课题组研发的高模量高韧性沥青混合料的路用性能全面优于SMA沥青混合料,高模量高韧性沥青混合料的高温性能不及RA05,但是高温性能优于高粘高弹沥青混合料SMA,因此完全满足钢桥桥面铺装使用要求,抗水损害性能与浇筑式GA以及RA05相当,疲劳性能远远优于RA05材料。由于依托工程工期变更的原因,目前试验工程还未进行;本项目提出的桥面铺装体系高低温性能俱佳,不只适用于季冻区钢桥面铺装工程,亦可应用于南方高温地区,还可应用于城市钢桥桥面的铺装工程;本技术不涉及安全性问题。 ⑤应用情况及存在的问题; 由于本技术的依托工程工期调整为2016年,因此本技术拟在2016年进行实体工程应用。 ⑥历年获奖情况; 刚刚结题,尚未获奖。