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(道路與鐵道工程專業(yè)論文)環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害修復(fù)技術(shù)研究.pdf.pdf 免費下載
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東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 環(huán)氧瀝青混合料作為大跨徑橋面鋪裝材料,歐美一些國家早在6 0 年代就開始研究和應(yīng) 用,許多橋梁的橋面鋪裝都采用環(huán)氧瀝青混合料。國內(nèi)目前也只有南京長江第二大橋和浙江 舟山桃天門大橋等幾座大跨徑橋梁采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝。東南大學(xué)橋面鋪裝課題組結(jié)合 大量系統(tǒng)全面的室內(nèi)試驗,認(rèn)為環(huán)氧瀝青混凝土具有以下優(yōu)點:強度高;高溫時抗塑性流動 和永久變形能力根強;低溫抗裂性能很好;具有極好的抗疲勞性能;具有高度抵抗化學(xué)物質(zhì) 侵蝕的能力。為此引進(jìn)了環(huán)氧瀝青混合料作為大跨徑鋼橋面鋪裝材料。 同時我們也發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青混合料的配制工藝比較復(fù)雜,施工中對時間和溫度要求十分 嚴(yán)格,施工難度較大。因此對于采用環(huán)氧瀝青混凝土作為大跨徑鋼橋橋面鋪裝材料,必然會 由于不可避免的因素而導(dǎo)致使用期的病害。 本文首先結(jié)合南京長江第二大橋養(yǎng)護過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,然后提出環(huán)氧瀝青 混凝土橋面鋪裝使用過程中可能會出現(xiàn)的病害。進(jìn)一步針對不同病害,對幾種適宜的維修材 料進(jìn)行試驗對比研究,并根據(jù)南京二橋環(huán)氧瀝青混凝土的病害情況,進(jìn)行現(xiàn)場處理,為進(jìn)一 步提出適合環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝的養(yǎng)護對策打下基礎(chǔ)。 本文對橋面鋪裝層開裂修復(fù)機理進(jìn)行了簡單的描述,使讀者認(rèn)識劉“補強設(shè)計”的重 要性。對不同時期的鼓包病害修復(fù),文章從多個角度分析修復(fù)材料的性能,并對其現(xiàn)場施工 操作進(jìn)行了初步的討論,以保證修復(fù)材料實施的可行性。 關(guān)鍵詞:環(huán)氧瀝青混凝土、橋面鋪裝、病害修復(fù)、現(xiàn)場處治 摘耍 a b s t r a c t a sak i n do fs t e e ld e c ks u r f a c i n gm a t e r i a l ,e p o x ya s p h a l th a sb e e ns t u d i e da n du s e di ne u r o p ea n d a m e r i c af r o mt h e1 9 6 0 s ,w h i l es t i l lab l a n ki nc h i n ai nc h i n a ,t h e r ea r ej u s t2 0 “n a n j i n gb r i d g e ; t a oy a o m e nb r i d g ei nz h ej i a u gp r o v i n c ea n ds o m eo t h e rb r i d g e sw h i c hu s i n ge p o x ya s p h a l t c o n c r e t ea st h es u r f a c i n go ft h es t e e ld e c k s t h es o u t h e a s tu n i v e r s i t yd e c kp a v i n gg r o u ph a v e a c c o m p l i s h e dal a r g eq u a n t i t yo fe x p e r i m e n t sa n dd e t e r m i n e dt h a te p o x ya s p h a l ts e r v e da ss t e e l d e c ks u r f a c i n gm a t e r i a lh a sg r e a ta d v a n t a g e ss u c ha sh i g hs t r e n g t hp r o p e r t y ,a n t i - r u t t i n ga n dw a t e r s t a b i l i t yp r o p e r t y 1 0 wt e m p e r a t u r ea n dd e f o r m a t i o np r o p e r t y , o i lc o r r o s i o nr e s i s t a n c et h u s i n t r o d u c ee p o x ya s p h a l ta c ta sl o n gs p a nd e c kp a v i n gm a t e r i a l , a tt h es a f f l et i m e w ef o u n dt h a tb e c a u s eo ft h ed i f f i c u l t yi np r o d u c t i o na n dc o n s t r u c t i o no fe p o x y a s p h a l ta n ds t r i n g e n tr e q u i r e m e n t so ft i m ea n dt e m p e r a t u r ec o n t r o l ,t h e r em u s tb es o m ei n e v i t a b l e d i s e a s e sc a u s e db yc e r t a i nf a c t o r sf o ru s i n ge p o x ya s p h a l ta sl o n gs p a nd e c kp a v i n gm a t e r i a l t h i s t h e s i sb a s e do nt h em a i n t e n a n c eo ft h es t e e ld e c ks u r f a c i n go ft l i es o u t h e r nb r a n c hb r i d g e ( s b b ) o ft h en a n j i n gs e c o n dy a n g t z er i v e rb r i d g e ,a n a l y z i n gt h ep o s s i b l ed i s e a s e sa b o u tt h ee p o x y a s p h a l td e c kp a v e m e n ta c c o r d i n gt ot h ed a t ao fc o n s t r u c t i o n ,a n dr e s e a r c h e se a c hp o l i c yf o re a c h d i s e a s e ,t h e nb r i n g sf o r w a r dm a i n t e n a n c ep o l i c i e ss u i t a b l ef o re p o x ya s p h a l td e c kp a v e m e n t t h i st h e s i sa n a l y z e st h ep r o b l e m sw em e td u r i n gt h ec o u r s eo fm a i n t e n a n c e sf o r2 n dn a n j i n g b r i d g ef i r s t l y t h e np u tf o r w a r dt h ep o s s i b l ed i s e a s e sd u r i n gt h eu s a g eo ft h ee p o x ya s p h a l td e c k p a v e m e n t t h e na c c o r d i n gt os o m ep a r a l l e lt e s t sa n db r i n gf o r w a r ds o m es u i t a b l em a t e r i a l sa i ma t d i f f e r e n td i s e a s e s ,a n dc a r r yt h r o u g ht h el o c a lt r e a t m e n t sb a s e do nt h ed i s e a s e so c c u r r e do nt 1 1 e d e c ks u r f a c i n go f2 n dn a n j i n gb r i d g e a n ds e taf o u n d a t i o nf o rt h em a i n t e n a n c eo fe p o x ya s p h a l t d e c ks u r f a c i n g t h i st h e s i so r d i n a r yd e s c r i b e st h em e c h a n i s mo ft h er e s t o r a t i o nf o rt h ec r a c k so c c u r r e do nt h ed e c k s u r f a c i n g l e tt h er e a d e r sh a v ec o g n i z a n c eo ft h ei m p o r t a n c eo f f o r t i f i e dd e s i g n f o rt h ec r a c k s r e s t o r a t i o n a i m e da tb l i s t e rd i s e a s e so c c u r r e di nd i f f e r e n t p h a s e s ,t h et h e s i sa n a l y z e dt h e p e r f o r m a n c eo ft h em a i n t a i nm a t e r i a l st h r o u # m u l t i - p o i n t so fv i e w , a n dh a da no r d i n a r yd i s c u s s f o r t h el o c a lc o n s t r u c t i o n ,i n s u r et h ef e a s i b i l i t yo fp u t t i n gt h em a i n t a i nm a t e r i a l si n t op r a c t i c e k e yw o r d s :e p o x ya s p h a l tc o n c r e t e 、d e c ks u r f a c i n g 、d i s e a s er e s t o r a t i o n 、 i r e a to bs i t e i i 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得 的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機構(gòu) 的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名:日期:力一。,; 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明 東南大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位 論文的復(fù)印件和電子文檔,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人 電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外,允許論 文被查閱和借閱,可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包 括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。 簽名:二躚導(dǎo)師簽名: 最它 日期: 力。f t ; 東南大學(xué)碩士論文 第一章緒論 1 1 研究背景及意義 近十幾年來隨著我國經(jīng)濟的快速增長,國家建設(shè)了許多大跨徑橋粱,大都采用了自 重較輕、經(jīng)濟性好的正交異性鋼箱梁橋面板形式。作為大跨徑鋼橋建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一的正 交異性鋼橋面鋪裝問題,也因此越來越被人們關(guān)注。 橋面鋪裝是橋梁行車系的重要組成部分,它的好壞直接影響到行車的安全性、舒適性、 橋梁耐久性及投資效益和社會效益。由于橋面鋪裝直接鋪設(shè)在正交異性鋼板上,在行車荷載、 風(fēng)載、溫度變化及鋼橋面局部變形等因素影響下,其受力和變形遠(yuǎn)較公路路面或機場道面復(fù) 雜。因而對其強度、變形特性、溫度穩(wěn)定性、疲勞耐久性等均有更高要求。同時,又由于鋪 裝所處的特殊位置,在使用性能上又提出重量輕、粘結(jié)性高、不透水等特殊要求。 目前國內(nèi)外大跨徑鋼箱架橋橋面鋪裝形成四大鋪裝材料,兩種鋪裝結(jié)構(gòu)的鋪裝格局。 四種鋪裝材料主要是以德國、日本為代表的高溫拌和澆注式瀝青混合料( g u s s a s p h a l t ) ;以 英國為代表的瀝青瑪蹄脂混合料( m a s t i ca s p h a l t ) ;德國和日本等國近期采用的改性瀝青 s m a ( s t o r mm a s t i ca s p h a l t ) ;以美國為代表的環(huán)氧樹脂瀝青( e p o x ya s p h a l t ) 混合料。兩 種鋪裝結(jié)構(gòu)是指雙層鋪裝結(jié)構(gòu)( 分兩層攤鋪碾壓,如南京長江二橋雙層環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝) 與單層鋪裝結(jié)構(gòu)( 一層鋪裝,如江陰大橋瑪蹄脂瀝青混凝士鋪裝) 。 對于大跨徑鋼箱粱橋的橋面鋪裝問題,目前還不能定論完全適合的橋面鋪裝材料。國 內(nèi)長江上的多座大跨徑正交異性板鋼箱粱橋,多座均采用s m a 混合料,個別的如江陰長江 公路大橋采用英國瑪蹄脂瀝青混凝土鋪裝,國內(nèi)采用環(huán)氧瀝青混凝土作為橋面鋪裝材料的大 跨徑鋼箱梁橋有南京長江第二大橋和浙江舟山桃天門大橋,在江陰長江公路大橋第一次大修 中進(jìn)行了約2 0 0 米的試驗段鋪裝。環(huán)氧瀝青混合料作為大跨徑橋面鋪裝材料,歐美一些國家 許多新建橋梁與修復(fù)橋梁的橋面鋪裝都采用環(huán)氧瀝青混合料。 環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)合料是熱固性聚合物,也就是說在固化后不會流淌。這是環(huán)氧瀝青 混凝土極大的優(yōu)點,因為普通的瀝青混凝土是熱塑性聚含物,在溫度升高時會變軟,以至無 法承受交通荷載的重復(fù)作用與推擠。剛攤鋪的環(huán)氧瀝青混凝士也能承受車轍或推擠,因為在 批量產(chǎn)生運輸時已經(jīng)完成初步固化,達(dá)到定的穩(wěn)定性能。 南京長江第二大橋經(jīng)過四年多的高低溫及行車荷載的嚴(yán)峻考驗,證明了環(huán)氧瀝青混合 料作為大跨徑橋面鋪裝材料,具有顯著的優(yōu)點:強度高;高溫時抗塑流和永久變形能力很強; 低溫抗裂性能很好;具有極好的抗疲勞性能以及較高的抵抗溶劑、燃料和油等化學(xué)物質(zhì)侵蝕 污染的能力。 但在研究過程中發(fā)現(xiàn),由于環(huán)氧瀝青混合料的配制工藝比較復(fù)雜,施工中對時聞和溫 度要求十分嚴(yán)格,施工難度較大。再加上大跨徑鋼箱梁橋面的變形復(fù)雜性與溫度變化的影響, 因此。環(huán)氧瀝青混凝土作為鋼橋面鋪裝材料時。必然會由于不可避免的因素而導(dǎo)致使用期間 內(nèi)出現(xiàn)細(xì)微的病害。如何對橋面鋪裝可能會發(fā)展的病害進(jìn)行預(yù)估分析,并研究出針對性的處 理方法,對于延長環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝使用壽命具有極其重要的意義。 國內(nèi)除南京二橋與桃天門大橋外,即將通車的潤揚長江公路大橋也采用環(huán)氧瀝青混凝 土作為橋面鋪裝材料。在我國當(dāng)前大跨徑橋梁建設(shè)事業(yè)迅速發(fā)展的背景以及深入了解環(huán)氧瀝 青混合料橋面鋪裝材料性能以及使用條件下。尋求適合環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的病害處理對 策,對于指導(dǎo)我國大跨徑橋梁建設(shè)具有重要的理論意義和一定的實用價值。 第1 頁 第一章緒論 1 2 國外環(huán)氧瀝青混合料的研究與應(yīng)用 國外對環(huán)氧瀝青的研究主要開始于殼牌石油公司,在2 0 世紀(jì)5 0 年代后期,殼牌石油 公司開發(fā)出環(huán)氧瀝青,主要用于抵抗飛機燃油的腐蝕與高溫氣流的作用。1 9 6 7 年,美國粘 結(jié)劑工程公司得到殼牌公司的許可,首次將環(huán)氧瀝青混凝土用于橫跨舊金山海灣的正交異性 鋼桁架橋s a nm a t e o - h a y w a r d 橋面鋪裝,該橋投入使用三十多年至今,仍表現(xiàn)出優(yōu)異的使用 性能。如今,由粘結(jié)劑工程公司大部分成員組成的c h e m c o 公司保持了采用環(huán)氧瀝青混凝土 作大跨徑鋼橋橋面鋪裝材料的專利權(quán),并提供豐富經(jīng)驗的技術(shù)支持。擁有美國專利的成品環(huán) 氧瀝青混凝土是一種由惰性固化劑、環(huán)氧瀝青結(jié)合料咀及一定級配的集料在特定的條件下進(jìn) 行熱拌混合后形成的聚合物混凝土。 日本北海道大學(xué)土木工學(xué)科的間山正一、營原照雄在7 0 年代對環(huán)氧瀝青混合料的配制、 模量、應(yīng)力松弛性能、破壞性能等進(jìn)行了研究。環(huán)氧瀝青混合料作為高性能材料,在國外工 程中得到了較為廣泛的運用。荷蘭的殼牌石油公司、日本的w a t a n a b c g u m i 公司、美國的 c h e m c o s y s t e m s 公司也都已生產(chǎn)專利的環(huán)氧瀝青商品出售( 如殼牌石油公司的s h e h g d p s y s t e m ,w a t a n a b e g u m i 公司的w - e p o x 等) 。由于環(huán)氧樹脂價格較高,與普通瀝青混合料相 比環(huán)氧瀝青混合料單價要高出約十倍左右,加之施工技術(shù)要求也較高,因而被認(rèn)為是超高級 的路面材料。 環(huán)氧瀝青混凝土是一種聚合物混凝土,擁有約四十年超強持久性能的歷史。自1 9 6 7 年 開始至今,已經(jīng)有超過十萬噸的混合科被用于各種類型的大跨徑橋梁的橋面鋪裝上。1 9 6 7 年環(huán)氧樹脂瀝青混合料首次用作美國s a nm a t e o - h a y w a r d 大橋正交異性銅板橋面的鋪裝層。 近三十年來使用這種材料進(jìn)行橋面鋪裝的國家主要有美國、加拿大、荷蘭和澳大利亞,其中 美國應(yīng)用最為廣泛,使用效果非常優(yōu)異。最為有名的是舊金山一奧克蘭海灣大橋的水泥混凝 土橋面鋪裝,自1 9 7 6 年重新鋪裝約2 0 c m 環(huán)氧瀝青混凝土面層后,該橋每日交通量近3 萬 輛庫道,其鋪裝至少承受了二十五年的極端重載車輛使用,至今表現(xiàn)良好,顯示出環(huán)氧瀝 青混凝土鋪裝的優(yōu)越使用性能。表1 - 1 列出了世界上部分采用環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的橋梁。 國外環(huán)氧瀝青混凝土主要用途: ( 1 ) 用于輕交通量路段修補或新建的薄層罩面( 2 5 c m 厚) ; ( 2 ) 用于極端條件下的使用( 如對抗燃油、抗化學(xué)污染等有要求的地段) ; ( 3 ) 用于對硬度與彈性較大環(huán)境中的鋪裝層( 如正交異性鋼橋面板鋪裝) 。 第2 頁 隧n 躲 器 莩 甕 善善 器 o 暈 o q !吾 口 一d 口! 爨 摹 ! 一 焱門 一 術(shù)o 苦 囂 n一 蓁童 。 o寸。 昌暑 寸i n 口口 舔 晨 副 蜷 螺 蜷 監(jiān) 壯年監(jiān) 鞲 蜒 蜷蜷 蜷 蜷 熊 簍 麟 豢 簍 刊 鞋 廷 翅 州 萋 _ _ 隧 器 癸 量 贈 r 童鉭 _ _ 陡爨 觥 瞇觥 _ _ _ 騷 捌熙刊刊 刊 啵醢 黎 熬 囊 v 器驥 廷廷 監(jiān) 暖r rr 崇 倒翻堪 骶麟騷 稱 器 漲 脒 - _ 嬉 + h 窶 鞋 連 刊 姆 冪舉 繇 脒 l 皇 驥 苣 r 制 !寶 惻 騷 曝 盎 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氧瀝青混合料進(jìn)行橋面鋪裝將是一種很好的方案。 1 3 國內(nèi)研究與應(yīng)用狀況 國內(nèi)道橋行業(yè)對環(huán)氧瀝青的研究起步較晚。最初與環(huán)氧瀝青相關(guān)的也是環(huán)氧煤焦油瀝 青,主要應(yīng)用于路面裂縫的修補。上海市市政工程管理處和同濟大學(xué)于1 9 9 2 年至1 9 9 5 年期 間研究了環(huán)氧瀝青混合料的配制原理、配制方法、熱拌、冷拌環(huán)氧瀝青混合料的物理力學(xué)性 能。并對環(huán)氧瀝青混合料的物理力學(xué)性能進(jìn)行了綜合評價,提出了熱拌、冷拌環(huán)氧瀝青混臺 料路面的設(shè)計和施工指南,并在上海龍吳路攤鋪了一段2 0 0 r e 2 的試驗路。由于經(jīng)費原因,這 項研究沒有延續(xù)下去。而其研究成果叉因為環(huán)氧瀝青材料本身較高的成本,也沒在國內(nèi)得到 實際工程應(yīng)用a 隨后,長沙交通學(xué)院路橋工程系于1 9 9 8 年在同濟大學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上也 開展了環(huán)氧瀝青混合料的試驗研究,并初步分析了環(huán)氧瀝青的改性機理。 從實際道橋工程運用方面來看,我國在環(huán)氧瀝青 混合料方面基本還是空白。國內(nèi)大規(guī)模采用環(huán)氧瀝青 混凝土作為正交異性鋼橋面板韻鋪裝主要開始于南京 長江第二大橋( 圖1 一1 ) 。 我們在南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝材料試驗 研究過程中,對環(huán)氧瀝青混合料的材料組成和路用性 能進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的試驗研究,歷時二年多,完成 四十六大項一百多小項的室內(nèi)試驗研究工作,針對特 殊的使用要求與條件提出了特定的集料種類和級配、 環(huán)氧瀝青混合料的最佳瀝青用量,并對橋面鋪裝進(jìn)行 了相關(guān)的力學(xué)計算。在南京長江第二大橋2 0 0 1 年3 月 投入使用至今,經(jīng)過極端高低溫的考驗,其表面狀況 較同類型橋梁要優(yōu)越的多。優(yōu)越的使用性能表明,環(huán) 氧瀝青混合料較其他鋪裝材料要更適合于大跨徑鋼箱 粱橋面鋪裝。同時大量的室內(nèi)研究也表明,環(huán)氧瀝青 混合料在成型溫度、時間、施工工藝和攤鋪壓實等方 圈l l南京長江第= 大橋 面較其它混合料技術(shù)要求更為苛刻。 在國內(nèi)的大跨徑鋼箱梁橋中,只有南京長江第二 大橋使用的環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝材料經(jīng)受過嚴(yán)峻的使用條件的考驗。而對于環(huán)氧瀝青混凝土 橋面鋪裝所出現(xiàn)的病害狀況的修復(fù)處理技術(shù)的研究,國內(nèi)尚屬空白。 第5 頁 峰口瓣 耀警 粒輯 出 舊苧晤 蔞萋| 蓁囊垂 蠢 田* 鞲s 巍 高崔 姆 廿露 斌 螢垂 蝰 洲掣 州牛k 證 怔 蜊鞭蟲螂 屋 鞴耀。 阱 1 】毋 _ 囂出 蝴 器嗤 j 封 。蜷囊羹 州 爨 悠剝 甚堡 蟬 1 翟 至萎 僻。 蟋妊 娶丞1g齲蚓 矧 藕鬻 出囊 枷鬃 招啦g * 輟 剮 妲凝品驟 畦簦 魁 文 蠹簍 囊萋 g 輯 堂 篇 辱萋 稍 饕票 蜜葺 k 絳 旺營 鈄匿 妊 按萋 酲蜷 稍 裂 謝 澍廿 靛黎器 口: k 曼。鞘蚶剞嘲 蜊崮 耀藍(lán)舊 酲蠡 簍奢冀遞 接 雖攀 蝌硝饕扭 箍 擔(dān)c 舊 瞰蠶 尊商 蠑迥 蠹峰 柑 窖輜蚌 kh 苤 輜 曼賽 碰蠼 g 嘲 髻。 薔蘭 妞,、 屋 樹裂 箍捌 酲群 自群:墟抖 輜g 主褰 裂 廿半 嫖1 墨童 暖垛 暈套 鑄察蚶矧臻輯靼 躲世露鍘 斗 糕蚓鑒輯 霹 監(jiān)螺 蜷蜷 船聯(lián) 球蒜曩i 群 擐 鞋垛轄 州 整 器器屆 敏j 卜研簧隸 萋薹| 蔞簍 驥 捌 墨8 晷 帝刪婷 越 垂薹磊。 霎耋塞 打 犁寒正。 萎萋蓁孽。 裹一 雒 w 螢基墨囂趔景肇卿 躲 蜷譬奢矮椒肅杈 劃等融 懾茸耬藻磐蜷暇醫(yī)* 露簍驏櫸熊蜷遙窶萁群囂術(shù)世龔如驟怔螓噼薛旺張求箍 q i 磷 智辯料1 昧 東南大學(xué)碩士論文 1 4 南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝使用狀況 在南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝施工過程中,我們發(fā)現(xiàn)有一些不利因素且無法及時進(jìn) 行有效的控制,如炎熱天氣下的攤鋪施工時,由于施工人員的忽略而將汗水滴落鋼板表面; 采取當(dāng)天灑布粘結(jié)層隔天攤鋪混合料時雨水或濕氣對粘結(jié)層的影響;由于先設(shè)置伸縮縫的標(biāo) 高差導(dǎo)致無法采用攤鋪機進(jìn)行機械攤鋪而不得已采用人工攤鋪對壓實度和溫度的影響等等。 這些當(dāng)時無法控制的因素可能會在鋪裝層投入使用過程中導(dǎo)致不同類型和不同程度的病害。 在南京長江第二大橋環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝投入運營后,我們定期對其橋面鋪裝 使用狀況進(jìn)行調(diào)查。在調(diào)查過程中,我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于施工不可避免的水份( 雨水、汗水等) 影響而導(dǎo)致的鼓包病害。 鼓包病害是在環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝完成后,水份逐漸蒸發(fā)成為水汽。由于環(huán)氧瀝青混 凝土鋪裝的空隙率很小( 3 ) ,水汽很難揮發(fā)到鋪裝層外,于是逐漸形成高壓將鋪裝層項 起,形成鋪裝層表面的隆起現(xiàn)象。隆起的部分在車輛荷載的反復(fù)作用下很容易被壓碎,進(jìn)而 形成表面的不規(guī)則裂紋。鼓包初期的癥狀表現(xiàn)為不規(guī)則的三角銼狀裂紋,如不及時進(jìn)行處理, 在行車荷載作用下被壓碎,從而發(fā)展成為坑洞病害。 另外在由南京至八卦洲方向靠近八卦洲一側(cè)的伸縮縫前約3 5 米的范圍內(nèi)出現(xiàn)細(xì)微 裂紋,在此段范圍內(nèi)的病害主要是由于先設(shè)置好的伸縮縫與鋼橋面板的標(biāo)高不一致而導(dǎo)致在 混合料攤鋪過程中無法進(jìn)行機械攤鋪,而不得不采用人工進(jìn)行攤鋪,從而導(dǎo)致混合料的溫度 與壓實問題均無法得到保證在水份浸泡與行車荷載的高壓作用下,特別是在春季凍融循環(huán) 作用下,引起混合料局部粘結(jié)力喪失,從而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的鋪裝層表面出現(xiàn)細(xì)微開裂癥狀。 同時我們還發(fā)現(xiàn)由于外界因素導(dǎo)致的鋪裝層破損。主要表現(xiàn)在由于車禍引起的鋪裝層 表面劃痕:車輛零部件掉落鋪裝層表面,在行車荷載沖擊作用下引起的鋪裝層表面的凹坑現(xiàn) 象等等。 為此要針對各種外界不利因素分析所有可能的破損狀況,并提出適宜的處理方法,做 到防患于未然。 1 5 研究技術(shù)路線 本文結(jié)合南京長江第二大橋環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝的日常調(diào)查與養(yǎng)護過程中所遇到 的問題,綜合考慮施工中可能的不利因素,分析環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝旆工及使用過程中可能 會出現(xiàn)的病害狀況,并對每種不同的病害提出適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?。閶時,本文也考慮到了國內(nèi) 大跨徑鋼箱梁橋鋪裝最常見的病害開裂( 非結(jié)構(gòu)性裂縫) 在環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝上出現(xiàn) 后的處理方法。研究遵循的技術(shù)路線為: 1 對南京長江第二大橋環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝進(jìn)行跟蹤調(diào)查,及對發(fā)現(xiàn)病害或破損( 劃 痕、凹坑等外傷) ; 2 通過對國內(nèi)其他橋梁病害的廣泛調(diào)查,歸納環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝可能的病害; 3 。 通過對不同已有病害的進(jìn)行分析,初步掌握不同病害的成因; 4 室內(nèi)適合不同病害的新型修補材料探索與比選; 5 通過大量的室內(nèi)試驗研究,針對不同病害提出最佳的修補材料與修補方法、工藝 等; 6 針對環(huán)氧瀝青混凝士橋面鋪裝的使用條件提出適宜的病害處理對策,力爭延長 環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝的使用壽命。 1 6 主要研究內(nèi)容 本文依據(jù)大量的室內(nèi)與現(xiàn)場試驗、調(diào)查研究,以期達(dá)到如下目的: 1 根據(jù)南京長江第二大橋環(huán)氧瀝青混凝士橋面鋪裝的實際使用狀況與可能的破損情 況選擇合適的橋面鋪裝修復(fù)材料,以達(dá)到延長橋面鋪裝使用壽命的功效; 2 根據(jù)環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝可能出現(xiàn)的不同病害,提出適宜的修復(fù)材料: 3 結(jié)合本文提出的不同病害的修復(fù)材料,提出適宜的修補工藝。 根據(jù)以上目標(biāo),本文的研究內(nèi)容包括以下部分 第7 頁 第一章緒論 1 環(huán)氧瀝青混凝土材料性能及使用分析: 2 環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝使用狀況調(diào)查; 3 環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝可能病害分析: 4 針對不同病害的修復(fù)材料的探索與比選: 5 環(huán)氧瀝青混凝士橋面鋪裝病害處理對策。 第8 頁 東南大學(xué)碩士論文 2 1 概述 第二章環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝 一般公路瀝青路面設(shè)計是圍繞耐久性這個核心提出的。耐久是指具備足夠長的使用壽 命,這就要求整個路面結(jié)構(gòu)具有足夠的強度和抵抗變形的能力。大跨徑鋼箱粱橋由于其重要 的地位,對其鋪裝層的要求尤為嚴(yán)格。大跨徑橋梁橋面鋪裝的設(shè)計使用壽命一般為十五年, 這對于鎘橋面鋪裝結(jié)構(gòu)而言是一個嚴(yán)峻的考驗。橋粱本身的結(jié)構(gòu)對于耐久性沒有太大的影 響,但是如何保證橋面鋪裝體系的耐久,是我們必須認(rèn)真對待的問題。 橋面鋪裝設(shè)計的主要任務(wù)就是確保其在使用壽命期內(nèi)不發(fā)生惡性破壞。為了達(dá)到這一 目標(biāo),應(yīng)該綜合考慮橋面鋪裝體系的“結(jié)構(gòu)、材料、荷我與環(huán)境”等幾個方面釣閥題,從雨 最終判斷橋面鋪裝的使用性能。 縱觀國內(nèi)外的大跨徑橋粱橋面鋪裝體系,在鋪裝結(jié)構(gòu)上不外乎單層式和雙層式鋪裝兩 種。在材料的選擇上主要形成以高溫澆注式瀝青混凝土、改性瀝青s m a 、瀝青馬蹄脂和環(huán) 氧瀝青混凝土四種鋪裝材料為首的格局。在鋪裝層的設(shè)計荷載的選取,目前國內(nèi)均按照汽超 2 0 考慮。國內(nèi)的大跨徑橋梁主要位于長江和黃河兩大河流上,就江蘇境內(nèi)而言,屬北亞熱 帶向中亞熱帶過渡氣候帶,具有過渡性、季風(fēng)性、濕潤性的特點。春季以風(fēng)和日麗天氣為主, 6 月中旬前后為梅雨季節(jié),夏季天氣炎熱,雨水充沛,汛期暴雨主要由梅雨和臺風(fēng)形成,集 中發(fā)生在6 9 月,秋季秋高氣爽,氣溫目差較大,冬季天氣晴朗,寒冷干燥,氣候條件比較 復(fù)雜,為此必須在進(jìn)行橋面鋪裝設(shè)計時綜合考慮到環(huán)境因素對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的影響。另外, 目前正在興建的幾座跨海大橋( 如杭州灣大橋以及舟山大陸連島大橋等) 也開始重視特殊環(huán) 境對橋面鋪裝體系的影響。 另外,由于大跨徑橋梁的特殊地理位置及其在交通網(wǎng)絡(luò)中的重要作用,對于大跨徑鋼 橋的維修要求較高,整體大修對于過往車輛通行有較大影響,甚至引發(fā)交通事故。為此,選 擇種性能優(yōu)異、耐久性高、能抵抗環(huán)境復(fù)合作用的高強混凝土作為大跨徑鋼箱粱橋橋面鋪 裝材料,必將會對提高大跨徑橋梁的整體使用壽命起到至關(guān)重要的作用。 歷年以來,國內(nèi)的學(xué)者和研究人員均在努力尋找一種適合我餌國情的橋面鋪裝材料, 能夠從性能、結(jié)構(gòu)以及環(huán)境等多種條件上滿足我國的交通狀況。國內(nèi)長江上的幾座大跨徑橋 梁橋面鋪裝體系也均發(fā)生了不同程度的破壞,有的雖然已經(jīng)經(jīng)歷過一次全面大修。但已經(jīng)出 現(xiàn)大范圍的二次破壞。南京長江第二大橋采用環(huán)氧瀝青混凝土作為橋面鋪裝材料,自2 0 0 1 年投入使用至今,表現(xiàn)出優(yōu)異的路用性能。與國內(nèi)的同類型橋梁所采用的鋪裝材料和結(jié)構(gòu)相 比較而言,環(huán)氧瀝青混凝土用作大跨徑橋粱橋面鋪裝材料具有獨特的優(yōu)勢。 環(huán)氧瀝青是由環(huán)氧樹脂與摻配固化劑的石油瀝青,按照一定配比混合后發(fā)生固化反應(yīng), 從而生成不可逆的聚合物。 環(huán)氧樹脂( 組分a ) 是由雙酚a 和表氯醇經(jīng)反應(yīng)得到的液態(tài)雙環(huán)氧樹脂,不含任何稀 釋劑、軟化劑或增塑劑。也不含無機填料、色素或其他污染物或不溶物質(zhì)。摻配固化劑的瀝 青( 組分b ) 是一種由石油瀝青和環(huán)氧樹脂固化劑組成的勻質(zhì)合成物,不含不溶物質(zhì)( 如無 杌填料或色素等) 和污染物等。 如在a ,b 組分混合的同時摻加一定級配的集料,充分拌和并進(jìn)行一定時間的預(yù)反應(yīng) 后,碾壓成型即形成環(huán)氧瀝青混凝土。 第9 頁 第三章環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝 2 2 環(huán)氧瀝青混凝土性能 環(huán)氧瀝青混凝土是由結(jié)合料與一定級配的集料混合而成的,與普通瀝青混凝土不同的 是,環(huán)氧瀝青混凝土在低溫下不會變脆,在高溫下又不會變軟( 自由瀝青從集料骨架中析出) 。 表2 - 1 中的試驗結(jié)果反應(yīng)了環(huán)氧瀝青混凝土的大部分性能指標(biāo)??傮w上來說,環(huán)氧瀝青混凝 土橋面鋪裝的主要性能可以概括為以下幾個方面。 2 2 1 優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性 在南京長江第二大橋橋面鋪裝試驗研究過程中,我們發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青混凝土橋面鋪裝在 高溫季節(jié)不會出現(xiàn)車轍與推擠病害。固化后的車轍板試件在6 0 * ( 2 基本無變形,固化四小時 后試件的7 0 ( 2 條件下的變形不足l m m ,固化八小時后的試件基本無變形。具體試驗結(jié)果如 圖2 - 1 所示。 圖2 - 1 瀝青混合料車轍試驗 由圖中的試驗結(jié)果可知,環(huán)氧瀝青混凝土動穩(wěn)定度髓混合料固化時間的延長而增加, 同溫度條件下固化a 4 時的試件最終變形明顯小于固化四小時的試件,由此可見環(huán)氧瀝青混 凝土鋪裝材料具備優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性,且隨時間的推移而逐漸增強。 2 2 2 卓越的抗疲勞性能 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝在行車荷載作用下不會輕易開裂,室內(nèi)的高低溫疲勞試驗( 表2 - 2 ) 表明,環(huán)氧瀝青混凝土具有優(yōu)越的抗疲勞性能( 在經(jīng)1 2 0 0 萬次循環(huán)后未出現(xiàn)開裂) 。 用于大跨徑鋼橋面鋪裝的環(huán)氧瀝青混凝土不僅具有優(yōu)越的抗疲勞開裂性能,還起到加 強正交異性板的功效,可以減少鋼板撓曲變形,延長鋼板使用壽命。 2 2 3 優(yōu)良的防腐保護功能 由于環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝空隙率較小( 一般小于3 ) ,且存在的空隙均為內(nèi)部不連通 第1 0 頁 一 變墮盔堂塑土絲蘭 一 _ - _ 一 一 空隙,這就為鋼橋面扳提供一個致密的防腐保護層,能夠有效防【f :雨水滲八鋪裝層內(nèi)部,對 鋼板起到一定的防護作用。 環(huán)氧灑青混攝十闈于大跨徑鋼箱粱橋橋面鋪裝主要起始于美國 日金l j j s a n m a t e o h a y w a r d 海灣大橋,由該橋長達(dá)三十多年的海鹽潮濕條件f 的使用情況可知,環(huán)氧瀝 青混凝十具有較好的防護功能,能夠有效防j r 鋼橋面板受環(huán)境腐蝕。 表2 - 1環(huán)氧瀝青混凝土性能一覽 指標(biāo)項目試驗條件 單位實測值技術(shù)要求 6 0 ,o7 m p a 】2 6 0 05 0 0 0 動穩(wěn)定度 次r a m 車轍 7 0 ,0 7 m p a 9 0 0 03 0 0 0 試驗 6 0 ,0 7 m p a o 32 乍轍深度 7 0 ,07 m p a0 5 3 4 極限彎曲強度 m p a1 8 _ 31 0 彎曲 極限彎曲應(yīng)變 一1 5 ,1 m m m i nl o 。327 42 試驗 勘度模暈 m p a6 7 5 25 0 0 0 - 1 5 0 0 0 線收縮系數(shù) 15 15 ,1 0 h 1 0 “5 一1 15 230 0 抗樂 回彈模量 m p a 15 ,2 r a m r a i n 試驗 抗壓強度 m p a4 12 0 劈裂強度 m p a 5 8 3 劈裂及 劈裂破壞應(yīng)變 1 0 。31 2 71 00 凍融劈裂 1 5 ,5 0 m m m i n 試驗 劫度模量 m p a8 6 0 t s r7 77 0 表2 - 2南京故江第二人橋環(huán)氧瀝青混凝土疲勞試驗結(jié)果( 復(fù)臺粱試件) 試驗溫度( 。c )荷載條件靜撓度( m m )動撓度( m m ) 試驗結(jié)果 o1 0 h z :5 k n o 2 5 o2 0 1 2 x 1 0 6 次,試件未破壞 18 1 0 h z :5 k n0 3 5 o2 21 2 x 1 0 。次,試件未破壞 r6 01 0 h z :5 1 0 q 06 1 0 5 81 2 x 1 0 6 次,試件末破壞 另外,由于環(huán)氧瀝青混凝十與普通的瀝青混凝土不同,其生產(chǎn)是一種不可逆的同化反 應(yīng)過程,因而對丁二汽車燃油與酸、堿以及鹽分等化學(xué)物質(zhì)有較強的抗侵蝕作用,能夠在極端 不利狀況下保護鋼橋面板。 第1 i 頁 里蘭主蘭竺塑耍堡塑:塑絲一 2 3 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝 2 3 1 環(huán)氧瀝青混凝土生產(chǎn) 圖2 2環(huán)氧瀝青混凝土生產(chǎn)流程示意圖 靜態(tài)混合器 度1 1 0 1 2 l 莢同化學(xué)系統(tǒng)公司所生產(chǎn)的成品環(huán)氧瀝青已經(jīng)在多座橋梁的橋面鋪裝使用過( 見表 1 1 ) 。由于混合料的性能受兩組分比例的影響較大,因此必須在施上過程中嚴(yán)格監(jiān)控兩組分 比例,保證混合精度,以確?;旌狭仙a(chǎn)質(zhì)量。 圈2 2 所示的是環(huán)氧瀝青混凝十生產(chǎn)流程示意圖。首先將a 、b 組分分別脫桶分裝進(jìn)獨 立的儲料罐,弦保湍待用。為了達(dá)到預(yù)定的比例精度,需要配置專用的組分混合機,以能將 混合比例控制在精度要求范圍以內(nèi)為準(zhǔn)。為了確?;旌蠙C的t 作精度,必須在每日開t 前校 正混合機的比例,具體可以采用分別泵計量的方法進(jìn)行檢測。 集料經(jīng)過傳送帶進(jìn)入滾筒加熱到一定溫度,再進(jìn)入l 4 號熱料倉,按預(yù)定的生產(chǎn)配合 比計量所需的各熱料倉集料總量,卸入拌缸內(nèi)進(jìn)行干拌。此時a 、b 組分也已按照設(shè)定的比 例與總量控制經(jīng)過專用混合機,再由專用靜態(tài)混合器充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)入拌缸,進(jìn)行濕拌,再 加入礦粉拌和后出料即完成環(huán)氧瀝青混凝土的生產(chǎn)。 2 3 2 正交異性板鋼橋面鋪裝 在2 0 世紀(jì)6 0 年代,正交異性鋼橋面板從歐洲引進(jìn)炎國橋梁建設(shè)中,提出了普通a c 瀝青混凝十應(yīng)崩的第二次限制,這就是在高柔性鋼板上的疲勞開裂問題。 針對柔度較大的正交異- 性鋼橋面扳的特性,普通的路面材料由于其較差的變形能力以 及抗疲勞性能而無法適應(yīng)由于鋼板柔性導(dǎo)致的開裂。1 9 6 7 年的舊金山海灣大橋橋管局在經(jīng) 過一系列的室內(nèi)疲勞等試驗研究對比評估后,選抒使用環(huán)氧瀝青混凝土作為s a n m a l e o h a y w a r d 橋正交異性鋼橋面板橋面鋪裝材料,從而拉開環(huán)氧瀝青棍凝士在鋼橋面上使 l j 的歷史序幕。 第】2 貞 東南大學(xué)碩士論文 s a nm a t e o h a y w a r d 橋。1 鋼板厚度為1 4 m m ,全長1 6 7 6 米,寬2 4 5 米,由兩根平行的 縱隔板支撐。采用的無機鋅漆作為鋼板防腐保護層,以防止混合料在沒有達(dá)到預(yù)定壓實度情 況下雨水下滲腐蝕鋼板。橋面鋪裝總厚度為5 0 m m 。 投入使用三十多年后,s a nm a t e o h a y w a r d 橋表現(xiàn)出優(yōu)異的使用性能。在1 9 8 0 年前后, 在縱隔板外側(cè)曾經(jīng)出現(xiàn)一條裂縫,但是沒有導(dǎo)致任何的加劇破壞。自1 9 6 7 年后,又有大約 七座鋼橋采用了環(huán)氧瀝青混凝土作為橋面鋪裝材料,其中幾座橋已經(jīng)投入使用超過二十年, 表現(xiàn)良好。 早在1 9 6 9 年,s a nd i e g o c o r o n a d o 海灣大橋。1 在其1 0 m m 厚的鋼橋面板上采用環(huán)氧 瀝青混凝土作為橋面鋪裝,但是在1 9 9 3 年重新采用環(huán)氧瀝青混凝土進(jìn)行鋪裝。鋪裝在1 0 m m 厚的柔性制板上的環(huán)氧瀝青混凝土在1 9 7 9 年出現(xiàn)開裂,很顯然是由于疲勞問題而導(dǎo)致的鋪 裝層開裂。隨后大橋管理單位定期對裂紋進(jìn)行密封處理,其良好的使用狀況一直維持到1 9 9 3 年的大修,在此期間沒有出現(xiàn)鋪裝層的粘結(jié)力喪失病害。另外還有一座鋼板厚度為1 0 m m 的 鋼橋,位于哈利法克斯的m c k a y 橋,在1 9 7 1 年首次采用環(huán)氧瀝青混凝土作為其橋面鋪裝材 料,由于鋼板柔性過大,導(dǎo)致鋪裝層在1 9 7 5 年出現(xiàn)疲勞開裂病害,隨后采用多種瀝青混合 料對粘結(jié)力喪失的約全橋面積2 5 的鋪裝層重新進(jìn)行修補。其他部位的環(huán)氧瀝青混凝土一 直使用到1 9 8 9 年整橋重新采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝,并表現(xiàn)出較好的使用性能。實際情況 證明,其他所采用的各種瀝青混合料的橋梁的使用性能均無法令人滿意。 2 3 3 正交異性板替換梁鋪裝 除了用于新建的正交異性鋼橋的橋面鋪裝之外,環(huán)氧瀝青混合料還用于替換水泥混凝 土板的正交異性鋼板鮑西層。最為著名的i 目金山金門大橋( g o l d e n g a t e ) 在1 9 5 6 1 9 8 7 年 的兩年期間完成近八百塊正交異性鋼橋面板替換水泥混凝土橋面。在鋼板替換前預(yù)先采用碎 片壓入粘結(jié)層內(nèi)提供約1 0 m m 厚的暫時表面層。在替換完成后,采用厚約4 0 m m 的環(huán)氧 瀝青混凝士作為最終承重層。 在此之前,位于北美洲范庫弗峰( 加拿大) 的獅門大橋( l i o ng a t e ) 也是采用過正交 異性鋼橋面板替換了原水泥混凝土粱橋,所替換的部分是引線橋的水泥混凝土梁,主要是在 1 9 7 5 年前后完成。針對獅門大橋,其施工工序與金門大橋略有不同。1 2 m m 厚的正交異性鋼 橋面板預(yù)先在后場鋪裝約3 7 m m 厚的環(huán)氧瀝青混凝土層,然后再利用鋪裝了環(huán)氧瀝青混凝土 之居的鍋橋面扳替換販水泥混凝土粱橋。 類似的情況還有b e nf r a n k i n 橋。1 的替
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