钢桥面铺装应用技术简介

钢桥面铺装应用技术简介

1、钢桥面之铺装特性

1.1钢桥面物理特性

钢桥一般在桥面板的底面设有纵肋和横肋等加劲梁起结构补强作用，加劲梁、横肋、纵肋在垂直方向相互交织，形成网络状承重结构物，是一种效率很高的结构。钢桥面的物理力学性质与普通混凝土桥面不同，对桥面铺装呈现出许多复杂与不利的因素。

首先，钢桥面形变程度大、受力复杂。钢材本身柔度大，在车辆荷载作用下容易发生形变，这种形变受到钢面板以下的纵横加劲肋及纵横隔板的限制。在车辆荷载作用下，加劲肋、隔板所围面积中央出现较大的下沉形变，铺装层底面产生很大拉应力；同时，加劲肋与隔板顶部的位置则相应出现反向弯矩，该部位铺装层表面出现相当大的拉应力和拉应变。

钢桥一般建在大江、大河之上，跨度很大。桥梁结构在风力、微地震等各种不利因素的影响下产生振动作用，导致桥面铺装也跟随桥梁整体结构发生复杂的不规律应变。可见，与普通混凝土桥面相比，钢桥面形变程度更大，受力状态也远为复杂。

其次，钢桥面温度变化剧烈。钢桥面板的导热系数要比其他土工材料大，且桥梁架设于空中，不像普通道路下方存在路基的保温作用，因此钢桥面板的温度波动比一般公路路面更加极端，所以钢桥面铺装材料必须经受相当严苛的温度变化。

1.2钢桥面铺装病害

根据对我国正交异性板钢箱梁桥面铺装层破坏的调查分析，总结我国钢桥面铺装的常见病害及产生原因如下：

纵横向开裂钢桥面在轮胎荷载作用下产生较大的形变，在肋板顶面产生负

弯矩，肋板所围面积中部产生正弯矩，导致铺装层受到很大的拉应力。在钢面板较薄、肋板间距较大时尤为如此。铺装层反复经受变形后，极易在特定位置产生疲劳开裂，往往首先表现为肋板顶部沿肋板方向出现的裂缝。

图1 钢桥面铺装纵横向裂缝

车辙钢桥面铺装层车辙属于失稳性车辙，主要是由于钢桥温度波动大，在极端高温时间，受重载车辆作用，极易发生车辙。此外，出于防水考虑，钢桥面往往采用偏密实、空隙率小的沥青混凝土材料，增加了发生车辙的可能性。

图2 钢桥面铺装车辙

脱空脱空主要是由于钢面板与沥青混合料难以紧密粘结造成的。钢面板柔

度远大于沥青铺装层，在车辆反复作用下，铺装层不能紧跟钢面板变形，从而造成脱空、推移等病害，严重时水分渗入，进一步分隔铺装层与桥面板，加速脱空恶化并造成严重的水损坏。

图3 虎门大桥钢桥面铺装脱空

坑槽坑槽破坏一般是对其他病害没有及时维护有关。如铺装层顶面的纵横向裂缝会恶化为坑槽，层底脱空及水损坏也会导致坑槽。由于钢桥梁往往处于重要的交通咽喉，交通量大，难以实施经常性维修养护，因此小的病害经常由于拖延治理而发展为坑槽。

图4 钢桥面铺装坑槽

1.3钢桥面铺装材料之特殊要求

钢桥面对铺装层提供的支承作用较普通路基或水泥混凝土桥面而言远为不利，因此钢桥面铺装材料除具备一般性的安全、平整等特性之外，还须满足若干特殊性能要求。

首先，钢材遇水极易生锈，因此钢桥面铺装必须致密性好，能有效阻挡水分侵入，以防止雨水对钢桥面板的腐蚀。

其次，钢桥面铺装必须具备优良的层间粘结性能，以抵抗钢面板大变形所带来的巨大层间剪切力，维持层间良好粘结状态，防止发生脱空。

再次，钢桥面铺装必须具备优良的高温性能，能够在夏季极端高温条件下阻止车辙病害的发生。

第四，钢桥面铺装必须具备良好的追从性和抗疲劳性。钢面板与沥青混合料柔度差异很大，两种材料在荷载下的变形往往不能协调，尤其是在冬季低温条件下。因此，要求铺装层材料在低温的条件下也具有良好的柔韧性，对钢桥面板的变形具有良好的变形追从性。另一方面，追从性好意味着应变较大，又对铺装材料的抗疲劳性能提出了很高的要求，即要求混合料在反复经受大变形之下仍能保持相当的疲劳寿命。

2、当前主要钢桥面铺装技术

获得一定规模应用的钢桥面铺装技术主要有环氧沥青混凝土、浇筑式沥青混凝土、ERS铺装、双层SMA以及LPCM复合铺装技术。其中，双层SMA应用效果并不理想，目前已经很少见到。LPCM铺装是新出现的一种聚合物水泥砂浆过渡层技术，尚处于试验论证阶段。国内外部分钢桥面铺装形式如下表所示：

2.1环氧沥青混凝土铺装技术

2.1.1技术内容

环氧沥青混凝土技术首次出现于上世纪60年代的美国，它是通过在沥青中添加热固性环氧树脂和固化剂，经不可逆固化反应形成的一种强度高、韧性好的胶结固化沥青混凝土。在固化过程中，沥青的热塑性发生了根本性的改变，因而混=凝土性质与普通沥青混凝土有很大差异。

环氧沥青混合料具有非常理想的路用性能。出于桥面防水的考虑，混合料级配设计一般偏细；油石比较大，在6%～7%；空隙率一般为3%以下，但不低于1.5%；马歇尔稳定度可达到40kN以上；60℃车辙试验几乎观察不到变形；70℃车辙动稳定度为5000以上；弯曲强度与最大弯曲应变可达到SBS改性沥青混合料的3倍以上。

2.1.2施工工艺

1）钢面板喷砂除锈处理。

2）喷涂环氧镀锌漆防腐层。喷涂完毕后需在防水防尘条件下养护。

3）喷洒环氧沥青防水层。可用专用洒布车进行洒布，不便喷洒的部位可人工涂刷。粘结料喷洒后的48h内应完成环氧沥青混合料的摊铺碾压作业，否则在混合料摊铺前应重新喷洒粘结层。

4）环氧沥青混凝土生产与摊铺。环氧沥青混凝土对施工温度非常敏感，因此必须选择良好的气候条件进行施工，一般要求气温20℃以上，风速10m/s以下，且不得有雨有雾，空气相对湿度不大于90%。

混合料拌合过程中按比例掺入环氧树脂与固化剂，并将拌合温度精确控制在110℃～120℃。拌合后运输时间不得超过30min。碾压工艺与普通沥青混凝土类似，但应特别注意控制温度，初压终了温度不得低于82℃，终压终了温度不低于65℃。

5）施工完成后须防水养生至少30天，带环氧胶结物基本固化完成后方可开放交通。

2.1.3特点总结

环氧沥青混凝土具有优良的路用性能，抗车辙、抗裂、抗疲劳性能都很优越，且能容许较大变形而不发生破坏，能够满足钢桥面铺装防水、追从、耐久等性能要求，是钢桥面铺装的理想材料。其缺陷主要是施工难度大，工艺复杂，条件苛刻，对施工温度和时间十分敏感，且需要长时间养生。施工过程中在时间、温度上的任何一个环节控制不当都容易造成严重的浪费甚至破坏，若非高水平的施工单位难以胜任环氧沥青混凝土铺装层的施工。

2.2浇筑式沥青混凝土铺装技术

2.2.1技术内容

浇注式沥青混凝土技术源于德国，在日本得到了更大的发展和推广。浇注式沥青混凝土的是在高温状态（约220℃-240℃）下进行拌合，混合料摊铺时流动性很大，依靠自身的流动性密实成型，无需碾压，只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，具有优良的防水性、抗疲劳性和抗裂性。

浇筑式沥青混凝土一般抗高温变形能力偏弱，因此往往采用较硬的改性沥青，针入度一般在30(0.1mm)以下，同时，要求沥青具有很高的粘度。混凝土沥青含量高，油石比一般大于7%。混凝土级配偏细，粗集料含量低，矿粉含量高，0.075mm通过率超过20%。混凝土经过高温拌制，成型后空隙率小于1%。浇筑式沥青混凝土有特殊的设计方法，以贯入度和流动度为主要评价指标，分别反映混合料的受力稳定性和施工和易性。

2.2.2施工工艺

1）钢面板喷砂除锈处理。

2）喷涂防腐层，可采用无机富锌漆。

3）喷洒防水层，可采用SBS改性沥青、橡胶沥青等多种材料。

4）浇筑式混凝土生产与摊铺。钢桥面浇筑式沥青混凝土一般设为两层，其间设置粘层。混凝土拌合温度很高，在240℃以上。运输过程中的温度控制极为重要，一般要求采用专用的沥青保温转运车，转运车有自动控温系统，必要时能够对沥青混合料进行加热。摊铺也采用专用摊铺机，能自动控制厚度，并将摊铺后混合料整平。摊铺机行走速度应稳定，且一次完成摊铺。在双机拼缝处需人工整平，若有气泡处也需人工消泡。

5）摊铺完成后混合料温度仍然很高，需断绝交通养生，等待温度充分降低至常温后方可开放交通。

2.2.3特点总结

浇筑式沥青混凝土在高温流淌状态下一次摊铺成型，无需碾压，施工快速便捷。其空隙率接近0，具有很好的防水性、整体性、柔韧性和抗疲劳性，能够与钢面板协同变形，防止开裂。其缺点首先是造假高昂，主要是由于沥青与矿粉用量大，加热能耗大，且需采用专门的运输与摊铺设备；其次，浇筑式沥青混凝土的高温抗车辙性能并不优于普通改性沥青混合料，在钢桥面极端高温条件下仍然存在出现车辙的可能。

2.3ERS铺装技术

2.3.1技术内容

ERS技术全称为“树脂沥青组合体系”，其中，E代表EBCL，即环氧粘结碎石层（Epoxy Bonding Chips Layer），R代表树脂沥青混凝土，S指SMA混凝土。ERS铺装结构从下至上为：EBCL层+树脂沥青混凝土+防水粘结层+SMA。

EBCL层一般采用改性环氧树脂粘结一层3～5mm碎石形成碎石与环氧及环氧与钢板粘结牢固的防水防腐又粗糙且耐高温的抗滑界面，从而实现钢桥铺装界面的防腐和防剪切滑移。

树脂沥青混凝土树脂胶结料、沥青及集料拌制而成，亦可掺加一定量的聚酯纤维。集料的最大工程粒径一般不大于10mm。

SMA层可用SMA10或SMA13，其材料设计和施工方法与普通SMA路面类

似。

2.3.2施工工艺

1）钢面板喷砂除锈处理。

2）EBCL层分两层喷涂。第一层较薄，待其固化后，再喷第二层，然后立即洒布3～5mm碎石，使其与第二层胶结料一起固化成型。

3）树脂沥青混凝土需专用设备生产。运输与摊铺过程没有特殊要求。碾压主要依靠胶轮的揉搓作用，一般先钢轮静压一遍，再用胶轮碾压4～5遍，不需震动碾压。碾压完成后需养生一周左右，待混凝土完全固化后方可进行后续施工。

4）防水粘结层和SMA的施工工艺与一般情况基本相同。

2.3.3特点总结

ERS是一种复合铺装体系，SMA层作为直接承受荷载的磨耗层，同时具备比较优良的抗裂性和耐久性；树脂沥青混凝土层作为SMA表面层与钢面板之间的过渡层，它具有较好的柔韧变形能力，能够协调钢面板与SMA表层之间的形变，起到防止脱空的作用；EBCL层则是铺装与钢面板之间的粘结层，有较强的抗剪切能力，同时起到粘结和防锈蚀的作用。

桥面铺装是一个较新的技术，在国内应用时间不长，其效果还需要时间的检验。ERS技术由于施工简便，造价合理的优点，已经引起了国内业界的广泛重视。