钢桥面铺装技术

钢桥面铺装服役特点钢桥面铺装受力状况复杂钢板吸热及传热能力强钢桥面铺装与钢板粘结困难钢板极易快速生锈钢板变形大钢桥面铺装维修养护困难钢桥面铺装破坏形式铺装层与钢桥面粘结不良，产生脱层、推拥等病害；铺装层抗疲劳变形能力不足，产生开裂、飞散等病害；铺装层密水能力欠缺或开裂引起的渗水，水分侵入产生桥面锈蚀。这3种钢桥面铺装的破坏形式其实在某种程度上彼此关联，只要产生1种破坏，那么侵入的水分引起锈蚀会严重破坏桥面板与铺装层的粘结，使破坏形式逐步扩大。钢桥面铺装特殊要求抗疲劳开裂性能热稳性层间结合能力变形追从性密水性耐久性常用的钢桥面铺装方案浇注式沥青混凝土环氧沥青混凝土SMA沥青混凝土浇筑式沥青混凝土优点密水性能好，抗老化抗裂性好变形追从性好缺点高温稳定性差，易产生车辙需要特种施工、运输设备，工艺要求高环氧沥青混凝土优点•密水性能好，抗老化•抗裂性好•变形追从性好缺点•高温稳定性差，不适用于南方气候条件，易产生车辙•需要特种施工、运输设备，工艺要求高SMA沥青混凝土优点高温稳定性好抗裂能力强密水性能好施工工艺成熟，工期短造价低缺点铺装层较厚（一般大于6cm）对原材料如集料要求较高需要严格的质量保证措施方案选择近年来，吸取了早期工程中铺装热稳性不足的教训，采用了高粘度改性沥青，热稳性得到改善；但是有些工程采用了SBS为主的复合改性工艺，片面地追求沥青粘度，在60℃动力粘度提高到约30万Pa·s的同时，135℃粘度远高于3Pa·s，忽略沥青路面施工特性，造成施工压实困难；若通过提高拌和、施工碾压温度（200-210℃）的方式来满足施工性，结合料老化不可避免，对于混合料疲劳性能有负面影响；即使采用了超高的施工温度，也仍然要采用振动碾压，加剧了钢板的变形，同时扰动铺装层，压实效果不理想。钢桥面SMA铺装的问题分析及主要解决思路问题分析解决思路密水性主要由于碾压时钢桥面板随着压路机同时共振，压实功未被SMA混合料铺装层吸收，造成局部混合料压实度不足。1、采用静碾压实方式；2、采用密水性良好的材料作为防水粘结层，辅助防水。变形追从性为防止渗水加强了SMA混合料与钢桥面之间的防水粘结层之外，还应改善混合料抗疲劳变形能力。1、采用高粘度沥青，增加沥青混合料的韧性、抗疲劳能力；2、采用粘结能力较高的材料作为防水粘结层。高温稳定性在使用过程中路面温度高于普通地面道路，特别是铺装层下方接触钢桥面温度较高，使粘结层软化失去粘结力。1、采用高粘度沥青，改善混合料的抗车辙性能；2、采用热固性材料作为防水粘结层。结合料选择及要求1、双层SMA混合料的结合料应使用高粘度沥青，以改善沥青混合料的抗车辙能力。2、钢桥面铺装的SMA混合料的结合料应尽量减少老化过程——改善沥青混合料的抗裂、抗疲劳破坏的能力。3、SMA沥青混合料应采用施工时粘度较低的沥青结合料——为静碾压实提供条件。分析目前国内还没有出台高粘度改性沥青的规范，关于60℃粘度的具体数值定在多少也是众说纷纭，没有一个统一的意见。从实际应用经验来看：目前国内使用的高粘度改性沥青，在60℃粘度指标上存在盲目求高的趋势。改性沥青是一种成分复杂的有机混合物，各指标的平衡性、关联性很强，片面强调60℃粘度似乎不妥，应根据具体应用条件提出综合要求。高粘度改性沥青生产方式从生产方式来讲，目前有两种类型的高粘度改性沥青：成品（预混式）高粘度改性沥青、直投式（厂拌式）高粘度改性沥青。成品（预混式）高粘度改性沥青的生产流程与普通改性沥青没有本质区别，区别在于改性剂类型、掺量和添加剂的选择。直投式（厂拌式）高粘度改性沥青是在混合料拌和阶段加入直投式沥青改性剂，在拌和过程中与基质沥青完成改性过程，直接得到高粘度改性沥青混合料。预混式SBS改性方案与直接投放式改性方案A、投料B、180℃溶胀剪切C、成品改性沥青运输、储存1、集料干燥2、集料过筛/干拌3、改性剂及纤维投放/干拌4、湿拌5、装车图1.预混式改性方案流程图图2.直接投放式改性方案流程图集料改性剂稳定剂及其它基质沥青BBC成品改性412干燥筒/振筛54AA集料直投式沥青改性剂基质沥青41干燥筒/振筛235预混式改性方案的B过程使沥青老化直投式高粘度改性沥青优点工序简化，混合料生产效率高无需改性沥青生产设备、储存装置和泵送系统，降低设备成本与成品高粘度改性沥青相比，省略了冗长的生产、储存、泵送等工序所伴随的加热过程，沥青的老化得以最大程度的避免，混合料的路用性能更优RST直投式沥青改性剂（专利号：200510023227.9）RST直投式沥青改性剂主要物理化学性能：⑴外观为黄色或浅黄色颗粒状，粒子大小均匀，无颗粒粘结。⑵密度0.95-1.02g/cm3⑶气味无刺激气味。⑷熔融指数大于10g/10min（190℃，2.16kg）RST是上海市浦东建设研究生产的直投式高粘度沥青改性剂RST是一种方便、高效的聚合物改性剂常规沥青改性剂市面上常用的聚合物沥青改性剂有苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯—异戊二烯嵌段共聚物（SIS）、苯乙烯—聚乙烯/丁基—聚乙烯（SE/BS）嵌段共聚物，其中SBS的高温、低温性能、弹性恢复性能、感温性能都非常优秀。SBS为我国最常用的改性剂类型，轻质多孔，呈白色絮状，既具有橡胶的弹性性质，又有树脂的热塑性性质，兼有橡胶和树脂的特性。SBS存在的问题1、在提高沥青60℃粘度要求下，SBS添加量必须超过6%，但此时整个高粘度沥青135℃粘度接近，甚至有可能超过3Pa∙s，这就给135℃左右的碾压造成难度。2、SBS改性沥青的过程是一个高温分散过程，需要大量能源，同时还会对沥青造成一定老化。3、SBS改性沥青完成后可能会经过一定的存放，其过程会造成一定离析，特别对高粘度改性沥青更是如此，形成沥青灌上部粘度较高，下部粘度较低的不均匀情况。RST改性沥青的优势1、60℃粘度高、135℃粘度却与普通改性沥青相当（2Pa∙s左右），具有良好的施工性。2、直接投放式改性剂，直接投入拌缸，与高温石料搅拌过程中即可熔融均匀，无需另外加热，减少能源消耗。3、同样由于直接投放式使用，无需对沥青进行长时间高温加热，减少沥青老化。4、高粘附能力，提高与石料的粘附能力5、高韧性，加强抵抗常温疲劳能力；6、高弹性，提高低温延展能力。RST采用直接投入拌缸的使用方式，无需配置专门的改性系统。RST对沥青的改性是在混合料拌和过程中完成。RST对沥青的改性历程服从所有热塑性材料的通性。工艺过程两大要素：温度；时间。对直投改性的效果和效率具有决定性的影响。RST直投式沥青改性剂对沥青的改性作用RST高粘度改性剂多孔隙排水降噪路面RST-P间断半开级配应力吸收结构层混合料（GSOG）RST-G钢桥面SMA特种铺装RST-B可静碾压实结构强度高60℃动力粘度最高可达30万Pa·s135℃粘度小于3Pa·s抗车辙剂RST-ARST改性沥青应用上海市浦东路桥建设股份有限公司研究生产的直投式高粘度沥青改性剂RST于2005年形成产业化生产，2007年被评为上海市高新技术成果转化项目，并获得了两项国家专利授权。钢桥面铺装体系防水粘结层采用双层特种SMA铺装方案：4cmSMA-13+4cmSMA-13。配套防腐体系、粘结层如上图所示。防腐体系采用环氧富锌漆，钢桥面板采用喷砂除锈工艺进行预处理；防水粘结层采用环氧沥青涂覆。采用喷砂除锈工艺进行预处理达到Sa3.0级，表面粗糙度约90-120µm，取得了理想的效果。防水粘结层在环氧沥青涂层固化前撒布3-5mm粒径辉绿岩预拌碎石，50-60%覆盖率湿拌45s集料热筛进入拌锅聚酯纤维投放RST改性剂投放湿拌加入填料干拌15s卸料外观检查规格集料加热加入热沥青170~180℃175~185℃170~180℃装车、温度检测废料170℃或180℃运输出厂成品料面向钢桥面铺装的特种SMA生产方法名称施工时间交通情况铺装材料与结构使用至今破坏情况上海同济路SW钢桥面匝道2006年8月重载交通为上坡转弯匝道防水层+粘结层+50mmSMA-16+40mmSMA-13未出现任何破坏昆山正阳路钢桥面2007年4月主要干道跨线桥防水层+粘结层+45mmSMA-13+35mmSMA-13未出现任何破坏上海A20与A12下立交U型箱梁铺装2007年5月重载交通主要干道下立交车道防水层+粘结层+60mmSMA-16+40mmSMA-13未出现任何破坏苏州人民路、广济路北延钢桥面铺装2008年9月跨线桥防水层+粘结层+40mmSMA-16+40mmSMA-13未出现任何破坏苏州相城区悉尼钢桥面铺装2009年5月跨线桥防水层+粘结层+40mmSMA-16+40mmSMA-13未出现任何破坏上海中环线（浦东段）、浦东国际机场北通道、内环线等多座钢桥面铺装2009年高架跨线桥防水层+粘结层+40mmSMA-16+40mmSMA-13共计27500m2，未出现任何破坏成都新客站钢桥面2010年12月跨线桥防水层+粘结层+40mmSMA-16+40mmSMA-13未出现任何破坏施工实例钢箱梁结构图高架桥第四联为等高度砼连续钢箱梁，跨度组合为40+60+40m，分为左右两幅.钢箱梁结构图高架桥第四联为等高度砼连续钢箱梁，跨度组合为30+50+30m，同样分为左右两幅。2008年9月施工2010年4月回访2008年9月，苏州人民路钢桥面2008年9月，苏州广济路钢桥面2009-05-29实施过程检测结果表明：路面压实度均大于98%，渗水系数均小于50ml/min2009-05-29实施过程2009年6月浦东国际机场北通道跨线桥钢桥面喷砂除锈粘结层完工2009年8月中环线济阳路跨线桥钢桥面铺装前下面层铺装后SMA钢桥面铺装承受着苛刻的服役条件，尤其是我国南方地区具有夏季炎热的气候特点，对其热稳性提出了更高的要求，因此采用高粘度改性沥青是一个必然的选择。60℃粘度对于混合料热稳性至关重要，但也不是越高越好，要考虑与135℃粘度这一影响施工性的指标保持平衡。采用直接投放式沥青改性剂RST得到高粘度改性沥青混合料，生产施工简便易操作。与其他需要高温储存、泵送的成品高粘度改性沥青相比，RST独特的改性机理在最大程度上避免了结合料的加热老化，对于铺装层的耐久性和抗疲劳性能都有良好的贡献。采用RST改性沥青结合料，完全可以使SMA沥青混合料在不振动碾压条件下压实，达到规定压实度、并且几乎无渗水的要求。通过对结合料粘度调整，使钢桥面的双层SMA铺装技术可以在静碾压实方式下达到良好的压实效果，防止振动压实引起的铺装层与桥面板粘结问题，以及防止高粘度沥青铺装层压实难度较高的问题。同时高粘度沥青及聚合物纤维的使用，使沥青混合料具有良好的柔韧性和追从性，满足钢桥面铺装的特殊要求。