浅析环氧沥青混凝土在大跨度钢桥的应用_论文发表__墨水学术,论文

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:140

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　　浅析环氧沥青混凝土在大跨度钢桥的应用
　　单位：贵州省桥梁工程总公司作者：王礼福邮编：550001
　　【摘要】本文系统介绍了环氧沥青混凝土铺装材料,指出环氧沥青混凝土具有良好的力学性能,且具有很好的应用前景。
　　【关键词】大跨度钢桥环氧沥青混凝土特性配合比
　　随着我国经济建设的发展,公路桥梁建设在国民经济建设中逐渐发挥着越来越大的作用,对桥梁的建设要求也不断提高,要求向跨度大、自重轻等方面发展。由于正交异性钢桥面板具有以上的优点,而且运输与架设方便、施工周期短,从而能节省造价,近年来,我国修建的大跨度桥梁,如江阴长江大桥、海沧大桥、润扬长江公路大桥、南京长江二桥、贵州坝陵河大桥等都采用这种形式。但是大跨度的正交异性钢桥面板的铺装技术一直是个世界性的难题。由于桥面铺装直接铺筑在正交异性钢板上,在行车荷载、风载、温度荷载、地震荷载等因素的影响下,其受力和变形远比公路路面和机场道路面复杂得多,因而对其强度、变形特性、温度稳定性、疲劳耐久性等均有较高要求,桥面铺装作为桥梁的重要组成部分,在使用功能上又提出重量轻、粘结性高、不透水等特殊要求,它的好坏,又直接影响到行车的安全性、舒适性、耐久性以及经济性。我国南京长江二桥经过约6年时间的极端高、低温使用条件考验的环氧沥青混合料铺装材料,凭借其优异的路用性能而显示出环氧沥青混凝土在钢桥面铺装领域的优越性。
　　一、环氧沥青铺装层的特性
　　1、强度高、刚度大
　　热拌环氧沥青混凝土有很高的强度,其马歇尔稳定度可高达40kN～60kN,冷拌环氧沥青也能达到25kN～30kN,而一般的沥青混凝土马歇尔稳定度仅为8kN～12kN。壳牌石油公司对环氧沥青混凝土进行三点弯曲试验,荷载频率10Hz,分别在不同温度求得试件的劲度模量[2],并与普通混凝土相比较,可见,在0e时,环氧沥青混凝土与普通沥青混凝土的劲度模量相差不大,但在20e常温时则要高出3倍,而在40e的夏季高温下则是普通沥青混凝土的8倍,温度越高,劲度模量相差越大。这表明环氧沥青混凝土不仅有较高的强度,而且低温下并不比普通沥青混凝土显得更加脆硬,而在高温下却比普通沥青混凝土抗变形能力高得多,表现出非常好的稳定性。
　　2、良好的温度稳定性
　　环氧沥青是一种热固性材料,在高温下会变软但不会流动。用环氧沥青混凝土摊铺的桥面铺装具有良好的高温稳定性,一般不会出现车辙或推挤壅包等病害。而在低温下也不过分脆硬,强度反而低于普通理性混凝土,所以抗裂性能较好。
　　3、良好的层间结合能力
　　使用环氧沥青摊铺的粘结层具有很好的粘结能力。在23e温度下,以500mm/min的延伸率对环氧沥青粘结层材料进行拉伸试验,其拉伸强度可达81MPa,断裂延伸率为230%。
　　4、良好的耐久性
　　普通沥青混凝土桥面如有柴油等燃油渗入,将会使沥青失去粘结力而松散。环氧沥青混凝土却不怕燃油的侵蚀。将环氧沥青混凝土马歇尔试件浸泡在柴油中,观察试件状态的变化。经过两周的浸泡,试件棱角无任何脱粒、松散现象,试件仍然十分坚硬,测试其马歇尔稳定度仍达到30kN,是普通沥青混凝土的3倍。因此,用环氧沥青混凝土作为大跨径钢桥面的铺装材料可以避免因汽车用油的渗入而产生病害。
　　5、优良的疲劳性能
　　环氧沥青混凝土由于强度高,故在同样的荷载作用下,表现出极其优良的耐疲劳性能。因此采用环氧沥青作钢桥面铺装,能够大大延长桥面的使用寿命。
　　6、线性收缩性能
　　桥面铺装层的温度变化幅度和速度远大于普通路面,铺装层与底部桥面钢板热变形会相互影响和制约,如果铺装层和钢板的热收缩系数相差数值过大,温度应力可能导致铺装开裂或层间滑移。由于收缩病害主要发生在低温区域,因此试验的温度范围为-15e～5e内的环氧沥青混凝土的线收缩性,无论在何种温度区间内,试验结果表明,环氧沥青混#p#副标题#e#凝土的线收缩系数都在(1.3～2.5)@10-5/e内变化。钢的线性收缩系数大约为(1.1～1.4)@10-5/e,环氧沥青混凝土的线收缩系数与其相比,相差不大。尤其在低温情况下,两者几乎相等。因此,由温度引起的铺装层和桥面钢板之间收缩不协调引起开裂的可能性较小。
　　7、防水性能好
　　混合料沥青含量高,环氧沥青粘结性好,集料较细属于密集型混合料,能阻止水分渗入到钢桥面板,防止钢板锈蚀,并且环氧沥青重量轻,铺装层较薄,降低了钢桥的静荷载。
　　8、性价比高
　　由于我国对环氧沥青的技术还不是很成熟,目前我国使用的环氧沥青主要还是由美国进口,显然环氧沥青铺装层单价较高,但是建成后使用寿命长,减少了维修周期,降低了维修费用。目前我国正在加强这方面的研究,开发国内环氧沥青,在积累设计、施工经验之后,环氧沥青混凝土的价格也将大幅度下降[3,4]。
　　二、环氧沥青混凝土铺装材料
　　1、环氧沥青
　　按用途的不同,分两种环氧沥青,分别用作粘结层材料(类型Id)和结合料(类型V)。环氧沥青一般由两种组分组成:组分A(由双酚和表氯醇经反应得到的液态环氧树脂,不含稀释剂、软化剂或增塑剂,也不含无机填料、色素、其他污染物或不溶物质)和组分B(由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物)。如果组分A和组分B之间相容性较差,还需添加介质。
　　2、集料
　　环氧沥青混凝土对集料要求较高,集料是钢桥面铺装的关键材料之一。集料的力学性能在很大程度上决定了混合料的强度特性,集料的颗粒形状与表面特性不仅影响混合料的构架,也直接关系到混合料的抗车辙能力与抗疲劳性能。因此必须选用坚硬致密、耐磨、颗粒形状较好,并与结合料有较好的粘结性能的集料,表面100%为破碎面,形状以立方体为佳。其洛杉矶磨耗损失、砂当量、磨光值等技术指标符合要求(试验方法ASTM)。矿粉:矿粉由石灰石磨制而成,碳酸钙含量应高于90%,并且不含石灰等活性成分。
　　3、配合比设计
　　采用较粗级配时,铺装层表面宏观粗糙度较大,表面凹凸不平诱发裂缝产生的可能性也将增大,因此,采用较细的级配可以延长铺装层的疲劳寿命。采用偏细级配将减小路面宏观粗糙度,从而减小潮湿状态下路面的抗滑能力。抗疲劳和抗滑是选择级配时的一对矛盾。根据气候和交通条件,确定矿料级配,综合考虑其疲劳性能、水稳定性能、高温稳定性能、低温抗裂性能等,采用马歇尔试验方法确定最佳油石比,据工程经验值一般为6.7%。
　　4、铺装结构
　　环氧沥青混凝土铺装采用双层结构形式,其表层承受轮载垂直力和水平力直接作用,要求坚实耐用并耐磨防滑;其下层(承重层)应考虑密实稳定,永久变形量小,防止路表水下渗。
　　三、结语
　　1、环氧沥青混凝土具有优良的力学性能,较目前采用的其他沥青混合料有着无法比拟的优点和良好的可变形能力。
　　2、环氧沥青混凝土是一种热固性材料,高温时只会变软而不会有多余的沥青渗出,其固化后抗油侵蚀的能力比其他沥青混合料要强得多,在高温条件下不易产生车辙、壅包等破坏。
　　3、环氧沥青混凝土作为钢桥面铺装用材料,其性价比高,因此具有很好的应用前景。
　　4、环氧沥青混凝土具有强度高、刚度大、耐磨性能好等特点因此它也可以广泛地运用到我国的城市道路工程中的停车场、公共汽车站等车辆行驶的密集地区。
　　【参考文献】:
　　[1]黄卫.大跨径钢桥面铺装设计理论与方法研究[J].土木工程学报,2005(1):16217.
　　[2]吕伟民.国内外环氧沥青混凝土材料的研究与应用[J].石油沥青,1994(3):21222.