新型桥面铺装与结构优化设计101页.ppt

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1、新型桥面铺装与结构优化设计汇报人汇报人：丁庆军丁庆军 教授、博士生导师教授、博士生导师单单 位位：武汉理工大学武汉理工大学钢桥面铺装汇报内容钢桥面铺装汇报内容研究背景钢桥面铺装水泥混凝土桥面铺装获得的知识产权下一步工作展望 桥面铺装层是桥梁结构桥面铺装层是桥梁结构重要组成部分，重要组成部分，在荷载和环境在荷载和环境侵蚀的偶合作用下易发生磨耗和劣化，桥面铺装质量和性侵蚀的偶合作用下易发生磨耗和劣化，桥面铺装质量和性能将直接影响到能将直接影响到汽车行驶舒适性和安全性汽车行驶舒适性和安全性。一、研究背景桥面铺装桥面铺装桥面铺装桥面铺装钢钢桥桥面面1 12 2混混凝凝土土桥桥面面钢格子梁钢格子梁钢箱梁

2、钢箱梁钢桁架梁钢桁架梁其他其他简支梁简支梁连续刚构梁连续刚构梁钢钢-混叠合梁混叠合梁其他其他悬臂梁悬臂梁p ERSERS铺装体系铺装体系p 剪力件剪力件+钢筋网钢筋网+高韧性高韧性混凝土混凝土+高粘高粘SMA混凝土混凝土p 浇注式沥青混凝土浇注式沥青混凝土p 环氧树脂沥青混凝土环氧树脂沥青混凝土铺装材料p 双层双层SMA铺装铺装2.1 钢桥钢桥面面铺铺装装层层材料种材料种类类及存在的及存在的问题问题二、钢桥面铺装技术部分国家的铺装体系桥桥梁名称梁名称主跨主跨/m主梁主梁类类型型建成建成年代年代铺铺装装类类型型金金门门大大桥桥（美）（美）1280钢钢桁架梁桁架梁193750mm美国美国环环氧氧沥

3、沥青混合料青混合料维维拉扎拉扎诺诺大大桥桥1298钢钢桁架梁桁架梁196450mm美国美国环环氧氧沥沥青混合料青混合料香港青香港青马马大大桥桥1377钢钢桁架梁桁架梁199740mm浇浇注式注式沥沥青混凝土青混凝土明石海峡搭明石海峡搭桥桥（日）（日）1991钢钢桁架梁桁架梁199835mm浇浇注式注式+30mm改性改性AC大大贝贝尔尔特特桥桥（丹）（丹）1624钢钢箱梁箱梁1998沥沥青青马马蹄脂混合料蹄脂混合料恒文伯大恒文伯大桥桥（英）（英）1410钢钢箱梁箱梁1981沥沥青青马马蹄脂混合料蹄脂混合料江阴江阴长长江大江大桥桥1385钢钢箱梁箱梁1999原原浇浇注式后改注式后改为为日本日本环环

4、氧氧(2004)镇镇江江润扬润扬大大桥桥1490钢钢箱梁箱梁200550mm美国美国环环氧氧沥沥青青广广东东虎虎门门大大桥桥888钢钢箱梁箱梁1997原原SMA后改后改为为日本日本环环氧（氧（2008）广州黄埔大广州黄埔大桥桥1108钢钢箱梁箱梁2008日本日本环环氧和美国氧和美国环环氧氧南京南京长长江二江二桥桥628钢钢箱梁箱梁200050mm美国美国环环氧氧沥沥青混合料青混合料武武汉汉白沙洲大白沙洲大桥桥618钢钢箱梁箱梁2000SMA 美国美国环环氧氧沥沥青（青（2009）武武汉汉阳阳逻逻大大桥桥1280钢钢箱梁箱梁200750mm美国美国环环氧氧沥沥青青铺铺装材料装材料优优点点缺点缺点

5、浇浇注式注式沥沥青混凝土青混凝土(GA)以德国、日本为主以德国、日本为主1）材料的空隙率几乎为零，）材料的空隙率几乎为零，防止粘防止粘结层免遭水损害结层免遭水损害；2）低温柔韧性较好，）低温柔韧性较好，与钢桥面板协与钢桥面板协调变形性能强；调变形性能强；1）对施工）对施工设备要求高设备要求高；2 2）高温推移、拥包、车辙，冬）高温推移、拥包、车辙，冬 季低温时出现收缩开裂；季低温时出现收缩开裂；国内外钢桥面铺装材料对比国内外钢桥面铺装材料对比改性改性沥沥青青(SMA)以德国、日本为主以德国、日本为主1)热稳性优良；热稳性优良；2)抗滑耐磨耗；抗滑耐磨耗；3)抗裂性性优良；抗裂性性优良；1)1)

6、粘粘结结性能差性能差；2 2）易出）易出现现推移、推移、拥拥包等包等问题问题；3 3）易造成疲易造成疲劳劳破坏破坏；环环氧氧树树脂脂沥沥青青(EA)以美国、日本为主以美国、日本为主，主要主要有温拌及热拌有温拌及热拌两两种。种。1)粘结性能好；粘结性能好；2)高温时车辙与推移现象明显减少高温时车辙与推移现象明显减少1）低温劲度大，易开裂低温劲度大，易开裂；2）施工复杂，温度范围较窄）施工复杂，温度范围较窄3）国外技术，）国外技术，成本较高成本较高；4）构造深度小，抗滑性差，）构造深度小，抗滑性差，在重载车交通环境下，使用不在重载车交通环境下，使用不到两年也出现了破坏。到两年也出现了破坏。南京长江

7、二桥南京长江二桥江阴大桥江阴大桥材料与钢板间的弹性模量差材料与钢板间的弹性模量差异大异大,不能协调一致变形不能协调一致变形.车辆超载、重车辆超载、重载普遍载普遍高温、多雨等高温、多雨等恶劣气候恶劣气候内内因因外外因因耐疲劳性差耐疲劳性差粘结性能差粘结性能差无法改变无法改变内因上解决内因上解决从材料与结构设计出发从材料与结构设计出发 因此，研究开发一种基于材料梯度设计的因此，研究开发一种基于材料梯度设计的新型钢桥面铺装技术！新型钢桥面铺装技术！钢桥面铺装层破坏原因与解决思路钢桥面铺装层破坏原因与解决思路减轻自重荷载。轻集料混凝土可使铺装层内材料产生弹模梯减轻自重荷载。轻集料混凝土可使铺装层内材料

8、产生弹模梯度变化，显著降低铺装层体系的拉应力和剪应力，提高其使度变化，显著降低铺装层体系的拉应力和剪应力，提高其使用寿命用寿命 浇注轻质高韧性混浇注轻质高韧性混凝土凝土 钢板钢板焊接剪力件焊接剪力件提高铺装层材料与钢板之间的界面抗剪强度和与钢板的协同提高铺装层材料与钢板之间的界面抗剪强度和与钢板的协同一致变形能力一致变形能力焊接剪力件焊接剪力件绑扎钢筋网绑扎钢筋网防水防锈层防水防锈层设置防水防锈层设置防水防锈层 提高防水性能提高防水性能,防止钢板生锈防止钢板生锈 设置防水应力吸收层设置防水应力吸收层防止反射裂缝防止反射裂缝 高粘高弹高粘高弹SMA13 高粘高弹防水粘高粘高弹防水粘结应力吸收层结

9、应力吸收层铺设高粘铺设高粘SMA13提高面层的行车舒适性、抗滑性、抗车辙、提高面层的行车舒适性、抗滑性、抗车辙、水稳性和耐疲劳性水稳性和耐疲劳性绑扎钢筋网绑扎钢筋网轻质高韧性混凝土轻质高韧性混凝土2.2 新型新型钢桥钢桥面面铺铺装装层层技技术术方案方案（2001年提出）年提出）钢箱梁段铺装体系复合作用模型钢箱梁段铺装体系复合作用模型 钢箱梁段车载沿横桥向作用示意图钢箱梁段车载沿横桥向作用示意图 以以武汉机场第二公路通道主桥钢箱梁段武汉机场第二公路通道主桥钢箱梁段(跨度跨度150m）为例为例2.3 铺装层力学响应分析铺装层力学响应分析项项 目目计计 算算 参参 数数钢箱梁顶板厚度钢箱梁顶板厚度/

10、mm20横隔板间距横隔板间距/mm3000横隔板厚度横隔板厚度/mm10顶板顶板U形加劲肋厚度形加劲肋厚度/mm8U形加劲肋间距形加劲肋间距/mm600沥青铺装层厚度沥青铺装层厚度/mm50+50钢板泊松比钢板泊松比0.25钢板弹性模量钢板弹性模量/MPa210000改性沥青改性沥青SMA泊松比泊松比0.35改性沥青改性沥青SMA弹性模量弹性模量/MPa1200最最大大横横向向拉拉应应力力位位于于沿沿桥桥纵纵向的加劲肋板上方铺装表面。向的加劲肋板上方铺装表面。最最大大纵纵向向拉拉应应力力位位于于横横隔隔板板上方铺装层表面。上方铺装层表面。最最大大层层间间剪剪应应力力出出现现在在横横隔隔板上方附

11、近加劲肋两侧区域。板上方附近加劲肋两侧区域。最最大大竖竖向向位位移移出出现现荷荷载载作作用用于跨中时。于跨中时。下面下面层铺层铺装材料的模量装材料的模量400MPa800MPa3000MPa30GPa上面上面层层横横/纵纵向最大拉向最大拉应应力力MPa0.42/0.320.35/0.260.28/0.210.11/0.08下面下面层层横横/纵纵向最大拉向最大拉应应力力MPa0.37/0.300.49/0.390.77/0.541.02/0.82上下上下铺铺装装层间层间最大剪最大剪应应力力MPa0.230.170.120.09铺铺装装层层与与钢钢板板间间最大剪最大剪应应力力MPa0.440.48

12、0.610.81 随着下面层模量的提高，随着下面层模量的提高，上面层的横向拉应力减小，下面层的拉应上面层的横向拉应力减小，下面层的拉应力增大，上下面层间的层间剪应力减小，下面层与钢板的层间剪应力力增大，上下面层间的层间剪应力减小，下面层与钢板的层间剪应力增大增大。双层铺装结构需要采取措施提高下面层材料的抗拉强度、韧性。双层铺装结构需要采取措施提高下面层材料的抗拉强度、韧性以及与钢板的粘结强度，并使下面层与钢板协同变形。以及与钢板的粘结强度，并使下面层与钢板协同变形。表表1 上面层上面层SMA、下面层不同模量铺装材料的力学分析、下面层不同模量铺装材料的力学分析 2.4 梯度设计下铺装层力学分析梯

13、度设计下铺装层力学分析 将将“钢桥面板钢桥面板-铺装结构层铺装结构层-表面功能层表面功能层”作为一个整体结构单元进作为一个整体结构单元进行设计，提出行设计，提出“强化界面粘接、协同层间变形、优化表面功能、提升强化界面粘接、协同层间变形、优化表面功能、提升整体性能整体性能”的设计思路，采用的设计思路，采用“创新设计、优化结构、提升性能、材创新设计、优化结构、提升性能、材料复合料复合”的技术方法。的技术方法。基于材料梯度基于材料梯度设计设计原理原理,提出在提出在钢钢板（板（弹弹性模量性模量210GPa）上）上焊焊接剪力件接剪力件、绑绑扎扎钢钢筋网、筋网、浇浇筑与筑与钢钢板具有板具有较较好追从性的高

14、好追从性的高韧韧性性轻质轻质混凝土混凝土为为下下面面层层（弹弹性模量性模量约约2528GPa，I20 20，厚度，厚度58cm），上面），上面层铺设层铺设SMA13沥沥青混凝土（青混凝土（弹弹性模量性模量1.21.6GPa，厚度，厚度45cm），），形成形成弹弹性性模量梯度复合模量梯度复合结结构。构。2.5 2.5 新型铺装结构铺装层设计原理新型铺装结构铺装层设计原理钢桥面双层沥青铺装层钢桥面双层沥青铺装层 钢桥面钢桥面“过渡层过渡层-沥青组合沥青组合”铺装层铺装层 在下面在下面层铺层铺装装结结构中，剪力件与构中，剪力件与钢钢筋网构成的筋网构成的桥桥面抗推移骨架，在提面抗推移骨架，在提高下面高

15、下面层层高高韧韧性性轻轻集料混凝土抗滑移能力的同集料混凝土抗滑移能力的同时时，使行使行车车荷荷载载作用于作用于钢桥钢桥面的各向面的各向应应力得以均匀力得以均匀传递传递，进进一步提高一步提高铺铺装装层层与与钢桥钢桥面之面之间间的的协协同同变变形能力和抗疲形能力和抗疲劳劳特性。特性。在上、下铺装层间热洒在上、下铺装层间热洒2mm高粘高弹改性沥青的防水粘结应力吸收层，高粘高弹改性沥青的防水粘结应力吸收层，提高了混凝土层与沥青铺装层之间的界面提高了混凝土层与沥青铺装层之间的界面粘结强度和抗剪强度粘结强度和抗剪强度同时能同时能防止水渗透造成的剪力件和钢筋网以及钢板锈蚀，并耗散车辆荷载往防止水渗透造成的剪

16、力件和钢筋网以及钢板锈蚀，并耗散车辆荷载往复作用下混凝土层裂缝处应力集中产生的能量，复作用下混凝土层裂缝处应力集中产生的能量，阻止裂缝反射阻止裂缝反射到到SMA13沥青混凝土层。沥青混凝土层。采用高粘采用高粘SMA铺装技术，使表面磨耗层具有更为优良的铺装技术，使表面磨耗层具有更为优良的高温抗车辙、高温抗车辙、低温抗裂及耐久性性能。低温抗裂及耐久性性能。2.5 2.5 新型铺装结构铺装层设计原理新型铺装结构铺装层设计原理 1 1、混凝土的增韧和轻质化，优异的抗疲劳开裂性能并、混凝土的增韧和轻质化，优异的抗疲劳开裂性能并降低桥面铺装层静荷载且易于泵送浇筑施工降低桥面铺装层静荷载且易于泵送浇筑施工高

17、强高韧高强高韧性轻质混凝土材料的设计与制备技术性轻质混凝土材料的设计与制备技术 2 2、防水、粘结、应力吸收一体化功能材料的开发。提、防水、粘结、应力吸收一体化功能材料的开发。提高沥青混凝土铺装层与混凝土之间的界面粘结、抗剪性能、高沥青混凝土铺装层与混凝土之间的界面粘结、抗剪性能、防水性能一体化防水性能一体化高粘高弹沥青的开发高粘高弹沥青的开发 3 3、提高沥青混凝土的高温性能及抗疲劳性能、提高沥青混凝土的高温性能及抗疲劳性能高粘高粘度度SMASMA沥青混凝土制备技术沥青混凝土制备技术2.6 解决的关解决的关键键技技术术 针对轻集料强度低、混凝土脆性大等问题，针对轻集料强度低、混凝土脆性大等问

18、题，采用聚合物、超细水泥、掺合料采用聚合物、超细水泥、掺合料等超细胶凝粉料浆进行表面处理，使轻集料表面形成具有修复缺陷和增加水化活等超细胶凝粉料浆进行表面处理，使轻集料表面形成具有修复缺陷和增加水化活性的功能层，可显著提高轻集料的强度，并能优化轻集料与水泥石的界面结构，性的功能层，可显著提高轻集料的强度，并能优化轻集料与水泥石的界面结构，大大提升混凝土的强度和性能。大大提升混凝土的强度和性能。不同工艺对轻集料混凝土的增强效果比较不同工艺对轻集料混凝土的增强效果比较增增强强剂剂工工艺艺坍落度坍落度/cm扩扩展展度度/cm抗压强度抗压强度/MPa7d28d不用不用普通拌和工普通拌和工艺艺18554

19、6.553.0掺掺加加界面界面强强化工化工艺艺226456.272.1 未使用增强剂预处理未使用增强剂预处理使用增强剂预处理使用增强剂预处理（1）高强高韧性轻质混凝土材料的设计与制备技术利用利用界面强化后的轻集料界面强化后的轻集料，优选聚合物种类，进行配合比优化设计，其，优选聚合物种类，进行配合比优化设计，其混凝土韧性大幅度提高。混凝土韧性大幅度提高。聚合物乳液聚合物乳液/%抗压强度抗压强度/MPa抗弯强度抗弯强度/MPa折折压压比比7d28d28d/49594.10.063550604.40.0681048624.80.0732049635.30.0812547605.10.082不掺聚合物

20、不掺聚合物掺加聚合物掺加聚合物复合纤维与聚合物增韧高强轻集料混凝土编编号号钢纤维钢纤维掺量掺量/%仿钢纤仿钢纤维维/%聚丙烯聚丙烯腈腈/Kgm-3玄武岩玄武岩纤维纤维聚丙烯聚丙烯/Kgm-3聚合聚合物物/g28d抗压抗压强度强度/MPa28d抗折抗折 强度强度/MPa断裂韧断裂韧性指性指数数/I20导热导热系数系数W/(mk)密度密度/Kgm-31/493.11.261.01188720.6/555.25.81.61192031.0/575.510.41.7219804/0.5/513.91.651.0518905/1.0/534.31.701.1518906/1.0/513.55.31.18

21、18958/1/523.813.91.16190190.6/1/585.616.01.681925100.6/1/565.417.81.711928110.80.50.510595.720.21.661917120.8/1/20605.922.41.671920采用钢纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚合物复合增韧效果最好，混采用钢纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚合物复合增韧效果最好，混凝土的凝土的重量增加较小、韧性高，重量增加较小、韧性高，可提高可提高2020倍以上。倍以上。轻集料界面强化、纤维与聚轻集料界面强化、纤维与聚合物复合增韧混凝土抗压强合物复合增韧混凝土抗压强度达到度达到60MPa

22、60MPa以上，抗折强度以上，抗折强度达到达到9MPa9MPa，韧性指数，韧性指数I I2020达到达到22.422.4 。技术对比技术对比聚合物聚合物kgm-3钢纤维与聚钢纤维与聚合物纤维复合物纤维复合合/kg28d抗压抗压强度强度/MPa28d抗折抗折强度强度/MPa断裂韧断裂韧性指数性指数/I20密度密度/kgm-3轻集料混凝土轻集料混凝土594.11.461890复合纤维增韧轻集料混凝土复合纤维增韧轻集料混凝土2070+1687.7151890轻集料界面强化技术与轻集料界面强化技术与聚合物、纤维复合增韧技术聚合物、纤维复合增韧技术2070+1679.022.41920复合纤维与聚合物增

23、韧高强轻集料混凝土技术对比技术对比疲劳荷载次数疲劳荷载次数/万次万次普通普通C50钢纤维混凝土钢纤维混凝土54万次万次轻质高强高韧性混凝土轻质高强高韧性混凝土大于大于200万次万次加载频率加载频率10Hz,控制应力比控制应力比0.75混凝土抗弯拉疲劳性能测试条件测试条件疲劳荷载次数疲劳荷载次数10Hz，控制应变，控制应变700u大于大于1000万次万次跨度跨度1m，跨中扰度，跨中扰度3cm大于大于1000次次构件抗弯拉疲劳性能构件：钢板（厚度构件：钢板（厚度14mm），剪力钉（直径），剪力钉（直径16mm、高、高45mm、间距、间距400mm），钢筋网（网格间），钢筋网（网格间 距距100*1

24、00mm，直径，直径10mm），轻质高强高韧性混凝土（厚度），轻质高强高韧性混凝土（厚度50mm）。）。坍落度坍落度/cm扩展度扩展度/cm加压加压6.0MPa泌水量泌水量/ml初始初始90min初始初始90minV10V140221855533.519高韧性轻质混凝土工作性能可泵送施工，泵送距离可泵送施工，泵送距离300m。考虑考虑弹模与密度匹配弹模与密度匹配的集料组成设计的集料组成设计当轻集料占普通集料当轻集料占普通集料比例比例50%时时，其中：其中：VNA普通集料在低收缩超高韧性水泥基材料中的绝对体积含量（普通集料在低收缩超高韧性水泥基材料中的绝对体积含量（%）E、ENA、ELC低收缩超

25、高韧性水泥基材料、普通集料和纯轻集料水低收缩超高韧性水泥基材料、普通集料和纯轻集料水 泥泥基基 材料的弹性模量。材料的弹性模量。考虑抗压强度、体积稳定性的胶凝材料与集料的考虑抗压强度、体积稳定性的胶凝材料与集料的密实堆积设计密实堆积设计考虑韧性、工作性能的考虑韧性、工作性能的混杂纤维与聚合物乳液协调设计混杂纤维与聚合物乳液协调设计（2）低收缩超高韧性水泥基复合材料的设计方法）低收缩超高韧性水泥基复合材料的设计方法 低收缩超高韧性水泥基工程复合材料的制备工艺低收缩超高韧性水泥基工程复合材料的制备工艺 最佳拌合工艺下制备出的最佳拌合工艺下制备出的高流动度低收缩超高韧性高流动度低收缩超高韧性水泥基工

26、程复合材料。水泥基工程复合材料。1)1)砂灰比：砂灰比：随着砂灰比的升高而随着砂灰比的升高而抗压、抗折强度降低抗压、抗折强度降低，综合考虑力学性，综合考虑力学性能及砂灰比过低对体积稳定性的影响，砂灰比宜选取能及砂灰比过低对体积稳定性的影响，砂灰比宜选取0.60.8。各组分对材料性能的影响规律各组分对材料性能的影响规律抗压强度抗压强度抗折强度抗折强度2)纤维纤维 随着纤维掺量的随着纤维掺量的增加抗折强度、弯曲韧性提高，抗压强度影响增加抗折强度、弯曲韧性提高，抗压强度影响不大不大。宜选取。宜选取1%钢纤维钢纤维+0.5%PVA混杂增韧。混杂增韧。抗压强度抗压强度抗折强度抗折强度3)3)聚合物聚合物

27、 随着非离子型水性环氧树脂聚合物乳液掺量增加其随着非离子型水性环氧树脂聚合物乳液掺量增加其抗压强度抗压强度略有降低，抗折强度、韧性提高略有降低，抗折强度、韧性提高。聚合物乳液宜选取聚合物乳液宜选取10%10%。抗压强度抗压强度抗折强度抗折强度4)4)陶砂陶砂 水泥基材料抗压、抗折强度、自收缩和容重均水泥基材料抗压、抗折强度、自收缩和容重均随着陶砂掺量随着陶砂掺量的提升而降低的提升而降低，陶砂掺量宜选取，陶砂掺量宜选取40%40%60%60%。容重（容重（kg/m3）不同水泥基材料配比下早期自收缩试验数据不同水泥基材料配比下早期自收缩试验数据编编号号类别类别自收自收缩缩率（率（10-6）3d7d

28、28d56dS1空白空白66588111891227S2钢纤维钢纤维471584886934S3混混杂纤维杂纤维327512721789S420%陶砂陶砂291488603682S560%陶砂陶砂274476581613S6膨膨胀剂胀剂104151243287收缩性能研究收缩性能研究低收缩超高韧性低收缩超高韧性水泥基工程复合材料，胶凝材料掺量高，水胶水泥基工程复合材料，胶凝材料掺量高，水胶比较低而密实度高，自收缩较大比较低而密实度高，自收缩较大 ，需进行体积稳定性设计。，需进行体积稳定性设计。收缩率（收缩率（10-6）弯曲韧性研究弯曲韧性研究纤维及聚合物乳液对弯曲韧性的影响纤维及聚合物乳液对弯

29、曲韧性的影响编编号号类别类别韧韧性指性指数数/I20R-1空白空白-R-2钢纤维钢纤维12.43R-3PVA+钢纤维钢纤维14.71R-4PVA+钢纤维钢纤维+5%聚合物聚合物17.25R-5PVA+钢纤维钢纤维+10%聚合物聚合物23.42 选取选取PVAPVA纤维与钢纤维混杂，并加入聚合物增韧纤维与钢纤维混杂，并加入聚合物增韧 ，对比不同，对比不同配比下的弯曲韧性指数配比下的弯曲韧性指数I I20。荷载荷载-扰度曲线扰度曲线 抗弯拉疲劳性能研究抗弯拉疲劳性能研究研究研究不同不同应应力比力比下下低收缩超高韧性低收缩超高韧性水泥基工程复合材料水泥基工程复合材料抗弯拉抗弯拉疲疲劳劳性能。性能。组

30、别组别应应力水平力水平0.650.700.750.80.851#大于大于200万次万次1634563638920432652541272#大于大于200万次万次18934671127832346781652393#大于大于200万次万次1945686720359257697104716平均平均值值大于大于200万次万次182457282903734571074694疲劳方程疲劳方程S=1.574-0.1402lgN 三、活性粉末混凝土三、活性粉末混凝土（3）免蒸养超高强高韧性混凝土的设计与制备p剔除粗骨料，提高匀质性p降低水胶比，减小孔隙率p添加活性组分，提高密实度p通过热养护，改善微结构p掺

31、加钢纤维，提高韧性常见超高强混凝土：活性粉末混凝土（RPC）优点：力学性能与耐久性能优良原材料：原材料：石英砂、石英粉、石英砂、石英粉、水泥、水、减水剂水泥、水、减水剂缺点：原材料（石英砂等）成本高；实际施工热养护困难；拌合物流变性能差，不易泵送施工。引入引入5 516mm16mm粒径的玄武岩作为粗骨料粒径的玄武岩作为粗骨料选用性质优良的骨料选用性质优良的骨料取消热养护制度取消热养护制度使用细河砂代替石英砂使用细河砂代替石英砂采用超细矿粉取代部分硅灰采用超细矿粉取代部分硅灰改改进进思思路路免蒸养超高强高韧性混凝土编编号号水泥水泥kg硅灰硅灰kg超细超细矿粉矿粉kg粉煤粉煤灰灰kg砂砂kg石石k

32、g钢纤钢纤维维kgW/C 减水剂减水剂 坍落度坍落度/扩扩展度展度mm28d抗压抗压强度强度MPa28d抗折抗折强度强度MPa断裂韧断裂韧性指数性指数I20A4901201201207208801200.21.7%220/500132.616.618.5B4901201201207208801500.21.7%200/490140.821.123.1免蒸养超高强高韧性混凝土配合比设计（4）防水粘结应力吸收层）防水粘结应力吸收层高粘高弹改性沥青的开发高粘高弹改性沥青的开发混凝土层与沥青面层之间的粘结层应同时具备混凝土层与沥青面层之间的粘结层应同时具备防水、粘结和应防水、粘结和应力吸收的作用，力吸

33、收的作用，以提高钢桥面铺装层的耐久性。以提高钢桥面铺装层的耐久性。通常使用的粘结层有热撒通常使用的粘结层有热撒SBSSBS沥青或者喷洒改性乳化沥青，能够沥青或者喷洒改性乳化沥青，能够起到一定的防水和界面粘结作用，起到一定的防水和界面粘结作用，但是其沥青的粘弹性、弹性恢但是其沥青的粘弹性、弹性恢复及粘韧性不足，不能够起到应力吸收的作用。复及粘韧性不足，不能够起到应力吸收的作用。因此需要对沥青的粘弹性能进行优化！增粘组分增粘组分要求：要求：具有软化点适中，与具有软化点适中，与沥青相容性好以及较强的高沥青相容性好以及较强的高温粘结性和稳定性。温粘结性和稳定性。增韧组分增韧组分要求：要求：与沥青密度接

34、近，增塑效率高，与沥青密度接近，增塑效率高，挥发性较低，低温柔软性较好挥发性较低，低温柔软性较好改性主剂改性主剂选择选择要求：要求：与沥青具有与沥青具有良好的相容性，具良好的相容性，具有较高的拉伸强度有较高的拉伸强度和高温抗拉伸能力。和高温抗拉伸能力。要求：要求：与沥青相容性较好，与沥青相容性较好，具有与沥青将近的密度，并具有与沥青将近的密度，并能够较好的溶解其他改性组能够较好的溶解其他改性组分分增容稳增容稳定组分定组分 高粘高弹沥青的开发高粘高弹沥青的开发增增弹组弹组分分增韧组分增韧组分增粘组分增粘组分增容增容组组分分高速剪切高速剪切40008000r/min）改性主剂改性主剂增容稳定剂增容

35、稳定剂增粘树脂增粘树脂基质沥青基质沥青基质沥青基质沥青基质沥青基质沥青高粘高弹改高粘高弹改高粘高弹改高粘高弹改高粘高弹改高粘高弹改性沥青性沥青性沥青性沥青性沥青性沥青高粘高弹沥青的开发高粘高弹沥青的开发高粘高弹改性沥青性能高粘高弹改性沥青性能技技术术指指标标单单 位位高粘高高粘高弹弹改性改性沥沥青青SBS改性改性沥沥青青日本日本TPS改性改性沥沥青青针针入度（入度（25、100g、5s）0.1mm56.262.345软软化点（化点（TR&B）92.778.588.2延度（延度（5、5cm/mim）cm59.625.241.260粘度粘度PaS72500345054000粘粘韧韧性（性（25）N

36、m27.56.325韧韧性（性（25）Nm18.64.215.8SBS改性改性沥沥青青TPS改性改性沥沥青青高粘高弹沥青高粘高弹沥青SBS改性改性沥沥青青TPS改性改性沥沥青青高粘高弹沥青高粘高弹沥青255橡橡胶胶沥沥青青SBS改改性性沥沥青青TPS改改性性沥沥青青高高粘粘高高弹弹沥沥青青88%低温低温弹弹性恢复性恢复高粘高弹改性沥青性能高粘高弹改性沥青性能48%疲疲劳弹劳弹性恢复性恢复橡胶橡胶沥沥青青SBS改性改性沥沥青青TPS改性改性沥沥青青高粘高高粘高弹弹改性改性沥沥青青29%31%71%70%91%73%75%15高粘高弹改性沥青性能高粘高弹改性沥青性能粘附能力粘附能力水煮后水煮后（3

37、min）玄武岩水煮前玄武岩水煮前水煮后水煮后（3min）石灰岩水煮前石灰岩水煮前高温沸煮后，高温沸煮后，沥沥青与石料粘青与石料粘附好，附好，说说明高明高粘高粘高弹弹改性改性沥沥青的青的粘附性能粘附性能优优异异，形成的，形成的沥沥青膜厚，界青膜厚，界面粘面粘结结牢固。牢固。高粘高弹改性沥青性能高粘高弹改性沥青性能高粘高弹防水粘结应力吸收层研究高粘高弹防水粘结应力吸收层研究MPa高粘高高粘高弹应弹应力吸收力吸收层层SBS改性改性沥沥青粘青粘结层结层测试测试位置位置25602560拉拔拉拔强强度度0.750.450.380.15界面抗剪界面抗剪强强度度1.650.930.950.31拉拉拔拔性性能能

38、测测试试防水粘防水粘结应结应力吸收力吸收层层的界面粘的界面粘结结性能如下：性能如下：抗抗剪剪性性能能测测试试洒洒铺铺量量（kg/m2）不同不同压压力条件下的透水力条件下的透水时间时间0.1MPa0.2MPa0.3MPa0.5MPa1.01h不透水不透水45min不透水不透水30min不透水不透水10min不透水不透水1.51h不透水不透水1h不透水不透水50min不透水不透水35min不透水不透水2.01h不透水不透水1h不透水不透水1h不透水不透水1h不透水不透水2.51h不透水不透水1h不透水不透水1h不透水不透水1h不透水不透水 研究研究结结果表明，高粘高果表明，高粘高弹弹防水粘防水粘结

39、应结应力吸收力吸收层层完全能完全能够满够满足足城市城市桥桥梁梁桥桥面防水工程技面防水工程技术规术规程（程（CJJ139-2010）中中0.3MPa水水压压大于大于30min不透水的不透水的性能要求，性能要求，具有具有优优异的防水性能。异的防水性能。高粘高弹防水粘结应力吸收层研究高粘高弹防水粘结应力吸收层研究采用采用组组合合结结构疲构疲劳实验进劳实验进行行应应力吸收能力表征。（力吸收能力表征。（0.6应应力比，力比，频频率率10Hz）：）：试验试验方案方案初裂初裂1cm2cm3cm终终裂裂140001020019200256003760025590068900815001069001265003

40、218000235000246500269200336000高粘高弹防水粘结应力吸收层研究高粘高弹防水粘结应力吸收层研究 采用本铺装方案的初裂疲劳次数是未设置应力吸收层的采用本铺装方案的初裂疲劳次数是未设置应力吸收层的方案的方案的5050倍倍，是普通橡胶沥青应力吸收层的，是普通橡胶沥青应力吸收层的5 5倍倍，因此高粘高因此高粘高弹应力吸收粘结层能够有效的防止反射裂缝的产生。弹应力吸收粘结层能够有效的防止反射裂缝的产生。基于基于MTS的的应应力吸收力吸收试验结试验结果如下：果如下：卸载后卸载后混凝土断开混凝土断开2cm加载前加载前高粘高弹防水粘结应力吸收层研究高粘高弹防水粘结应力吸收层研究 应应

41、力吸收力吸收层层粘粘结层结层施工施工时时将高粘高将高粘高弹弹改性改性沥沥青迅速升温至青迅速升温至190-200，并，并将加将加热热至至175-190的的预预拌碎石装拌碎石装进进沥沥青碎石同步封青碎石同步封层车层车进进行撒行撒铺铺，并采用，并采用轮轮胎胎压压路机路机进进行碾行碾压压，形成，形成应应力吸收力吸收粘粘结层结层。沥沥青洒布量青洒布量为为1.7-2.0kg/m2，碎石覆盖率碎石覆盖率为为70-85%。高粘高弹防水高粘高弹防水粘结应力吸收粘结应力吸收层层碎石同步封层车撒铺施工碎石同步封层车撒铺施工高粘高弹防水粘结应力吸收层施工高粘高弹防水粘结应力吸收层施工 针对桥面噪音大的特点，可采用行车

42、舒适性好的针对桥面噪音大的特点，可采用行车舒适性好的SMASMA沥青混合料作沥青混合料作为面层，一方面符合了材料梯度结构设计原理，大大提高了桥面铺装层为面层，一方面符合了材料梯度结构设计原理，大大提高了桥面铺装层的结构稳定性，同时赋予了面层的的结构稳定性，同时赋予了面层的降躁、耐磨、抗滑功能降躁、耐磨、抗滑功能。为了提高铺装层材料的耐疲劳性、水稳性，采用自主研发的高粘高为了提高铺装层材料的耐疲劳性、水稳性，采用自主研发的高粘高弹改性沥青制备弹改性沥青制备高抗车辙、水稳性能良好、耐疲劳高抗车辙、水稳性能良好、耐疲劳的的SMASMA沥青混凝土作为沥青混凝土作为面层。面层。（5）抗滑、降噪、耐磨沥青

43、混凝土材料高粘SMA指指标SMA-13（普通）（普通）SMA-13（橡胶（橡胶沥青）青）高粘高高粘高弹SMA-13浸水残留浸水残留稳定度定度/%89.385.492.5 冻融劈裂融劈裂强度比度比/%87.680.891.1动稳定度定度/次次/mm6062766200856870327033256956高粘高弹改性沥青高粘高弹改性沥青SMASMA性能研究性能研究2.7 组合铺装结构抗弯拉疲劳性能组合铺装结构抗弯拉疲劳性能钢板钢板焊接剪力件焊接剪力件防水防锈层防水防锈层高粘高弹高粘高弹SMA13 高粘高弹防水粘高粘高弹防水粘结应力吸收层结应力吸收层绑扎钢筋网绑扎钢筋网轻质高韧性混凝土轻质高韧性混凝

44、土研究剪力钉、钢筋网尺寸对组合铺装结构疲劳性能的影响，研究剪力钉、钢筋网尺寸对组合铺装结构疲劳性能的影响，优选最佳结构参数与优选最佳结构参数与EAEA、GAGA进行对比分析。进行对比分析。结构参数对疲劳性能的影响结构参数对疲劳性能的影响编编号号剪力剪力钉间钉间距距30040050011000万次万次1000万次万次825万次万次21000万次万次1000万次万次743万次万次平均平均1000万次万次1000万次万次784万次万次不同剪力钉间距下抗弯拉疲劳寿命不同剪力钉间距下抗弯拉疲劳寿命 不同剪力钉间距（不同剪力钉间距（300300、400mm400mm、500mm500mm），水泥混凝土），

45、水泥混凝土层（层（50mm50mm）下疲劳性能测试。）下疲劳性能测试。剪力钉间距剪力钉间距剪力钉高度和铺装层厚度剪力钉高度和铺装层厚度 选取剪力钉间距选取剪力钉间距400mm，剪力钉高度占铺装层厚度的，剪力钉高度占铺装层厚度的9095%，剪力钉高度，剪力钉高度45mm、75mm、95mm对应浇筑不同的铺对应浇筑不同的铺装厚度装厚度5cm、8cm、10cm，对比不同水泥混凝土层铺装厚度对整，对比不同水泥混凝土层铺装厚度对整体组合铺装结构疲劳性能的影响。体组合铺装结构疲劳性能的影响。剪力剪力钉钉高度（高度（mm）疲疲劳劳次数（万次）次数（万次）平均平均值值（万次）（万次）4510001000100

46、07510001000100095100010001000 不同剪力钉高度下的抗弯拉疲劳寿命不同剪力钉高度下的抗弯拉疲劳寿命 剪力钉直径剪力钉直径 选取剪力钉间距选取剪力钉间距400mm，铺装厚度，铺装厚度50mm下，研究不同剪力下，研究不同剪力钉直径对组合铺装结构疲劳性能的影响。钉直径对组合铺装结构疲劳性能的影响。不同剪力钉直径下的抗弯拉疲劳寿命不同剪力钉直径下的抗弯拉疲劳寿命剪力钉直径（剪力钉直径（mm）疲劳次数（万次）疲劳次数（万次）121000141000161000 钢筋网直径与网格间距钢筋网直径与网格间距不同钢筋网直径下的抗弯拉疲劳寿命不同钢筋网直径下的抗弯拉疲劳寿命钢钢筋网直径（

47、筋网直径（mm）网格网格间间距（距（mm）疲疲劳劳次数（万次）次数（万次）51001007048868101000121000不同网格间距下的抗弯拉疲劳寿命不同网格间距下的抗弯拉疲劳寿命钢钢筋网直径筋网直径（mm）网格网格间间距距（mm）疲疲劳劳次数次数（万次）（万次）10505010001001001000150150851 结构参数选取如下：钢板（结构参数选取如下：钢板（14mm）、钢筋网（直径）、钢筋网（直径10、网孔、网孔为为100mm100mm）、剪力钉（间距）、剪力钉（间距400mm，高度，高度45mm，直径，直径16mm）、研制轻质高强高韧性水泥混凝土（厚度）、研制轻质高强高韧性

48、水泥混凝土（厚度50mm）、应力）、应力吸收功能层、高粘吸收功能层、高粘SMA-13（厚度（厚度50mm）。针对目前国内疲劳性。针对目前国内疲劳性能优异的能优异的桥面铺装材料桥面铺装材料GA与与EA沥青混凝土进行对比沥青混凝土进行对比：不同铺装结构疲劳试验指标对比不同铺装结构疲劳试验指标对比指指标标本方案本方案GAEA试验温度试验温度202020应变水平应变水平700u700u700u加载频率加载频率10Hz10Hz10Hz寿命寿命/万次万次大于大于1000大于大于1000大于大于1000 2003 2003至今，该方案已于全国至今，该方案已于全国800800余跨余跨钢桥面铺装工程中成功钢桥面

49、铺装工程中成功应用。例如：应用。例如：武汉外环武汉外环C C匝道桥匝道桥（通车（通车1111年，年，未出现任何损坏未出现任何损坏）、武汉金桥大道（武汉金桥大道（跨径跨径350m350m）、宜昌枝城长江大桥（）、宜昌枝城长江大桥（跨长江公铁跨长江公铁两用桥两用桥）、深圳红桂路大纵坡（）、深圳红桂路大纵坡（纵坡接近纵坡接近7%7%，横坡接近，横坡接近5%5%）、）、唐山唐山205205国道王盼庄互通立交（国道王盼庄互通立交（重载、超载现象严重重载、超载现象严重）。有效解）。有效解决了钢桥面铺装层推移、拥包、开裂等病害。决了钢桥面铺装层推移、拥包、开裂等病害。工程应用工程应用武汉外环武汉外环C C匝

50、道钢箱梁立交桥匝道钢箱梁立交桥（通车（通车1111年）年）武汉外环武汉外环C匝道桥匝道桥（通车（通车11年）年）武汉市金桥大道武汉市金桥大道L32L32联桥面铺装联桥面铺装钢桥面工程实例钢桥面工程实例武汉市金桥大道武汉市金桥大道（通车（通车3年）年）高掺量聚合物高掺量聚合物钢纤钢纤维增韧轻质混凝土维增韧轻质混凝土高粘弹性应力高粘弹性应力吸收层材料吸收层材料 金桥大道设计方案金桥大道设计方案灌注高灌注高粘高弹沥青粘高弹沥青 35mm 35mm 墩顶墩顶 跨中跨中 钢桥面工程实例钢桥面工程实例金桥大道金桥大道（跨径（跨径350m）唐山唐山205国道王盼庄互通立交国道王盼庄互通立交（通车（通车2年）