1、新型鋼箱梁鋪裝層與長大公路隧道路面材料鋪裝技術(shù),丁慶軍 教授 博導(dǎo) 武 漢 理 工 大 學(xué),三、融雪排水降噪瀝青路面材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù),一、輕質(zhì)高韌性混凝土的研究及其在鋼箱梁橋面鋪裝中的應(yīng)用,二、阻燃、抗滑降噪瀝青路面材料研究與鋪裝技術(shù),一、輕質(zhì)高韌性混凝土的研究及其在鋼箱梁橋面鋪裝中的應(yīng)用,1、研究背景 2、新型鋼橋面鋪裝層技術(shù)方案的提出 3、主要技術(shù)內(nèi)容 4、應(yīng)用情況 5、新型鋼箱梁橋面鋪裝方案優(yōu)化,1、研究背景,鋼箱梁橋具有自重輕、架設(shè)方便、跨越能力大等顯著優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外橋梁、市政工程建設(shè)。 鋼箱梁橋面鋪裝層是橋梁的重要組成部分，直接影響到行車的安全性、舒適性、耐久性等。,國內(nèi)

2、外鋼橋面鋪裝層材料種類,部分國家的鋪裝體系,鋼橋面鋪裝層存在的主要問題,1.高溫車轍、低溫收縮開裂 ：夏季鋼橋面溫度高達70以上，鋪裝層易出現(xiàn)高溫推移、擁包、車轍，低溫時收縮開裂； 2.界面抗剪：界面剪應(yīng)力最大達到1.0MPa，界面粘結(jié)劑及處理方式難以抵抗； 3.疲勞開裂：鋼橋面板復(fù)雜體系以及我國惡劣的交通、環(huán)境導(dǎo)致鋪裝層易出現(xiàn)疲勞開裂； 4.鋼板銹蝕：水易通過瀝青混凝土滲至鋼板表面，進而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)銹蝕。,國內(nèi)外鋼橋面鋪裝材料對比,日本環(huán)氧瀝青與美國環(huán)氧瀝青施工工藝對比,美國環(huán)氧瀝青施工,設(shè)備特殊,集料要求嚴格,混合料制造流程圖,集料 計量,混合,注入,投入,出 貨,搬 運,混合,人力或機械設(shè)

3、備,同時,日本環(huán)氧瀝青混合料,環(huán)氧瀝青混合料的拌制,機械投入,人工投入,江陰大橋,潤揚大橋,湛江海灣大橋,許多采用環(huán)氧瀝青進行橋面鋪裝的大橋，幾年之內(nèi)也產(chǎn)生了一些如圖所示的病害，探索新型鋼箱梁橋面鋪裝層材料與結(jié)構(gòu)勢在必行！,南京長江二橋,減輕自重荷載。輕集料混凝土可使鋪裝層內(nèi)材料產(chǎn)生彈模梯度變化，顯著降低鋪裝層體系的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，提高其使用壽命 。,澆注高強、高韌性 輕質(zhì)混凝土,鋼板,焊接剪力件,防水防銹層,設(shè)置防水防銹層,提高防水性能,防止鋼板生銹。,設(shè)置防水應(yīng)力吸收層,防止反射裂縫。,高粘SMA13,防水應(yīng)力吸收層,鋪設(shè)高粘SMA13,提高面層的行車舒適性、抗滑性、抗車轍、水穩(wěn)性和耐疲勞

4、性。,綁扎鋼筋網(wǎng),高韌性鋼纖 維輕質(zhì)砼,2、新型鋼橋面鋪裝層技術(shù)方案的提出,技術(shù)原理,基于材料梯度設(shè)計原理，針對鋪裝層最大拉應(yīng)力、鋪裝層與鋼板層間的最大剪應(yīng)力均隨橋面鋪裝體系彈性模量比n（n=E鋪裝層/E鋼板）的增大而逐漸減小的特性，提出在鋼板（彈性模量210GPa）上焊接剪力件、綁扎鋼筋網(wǎng)、澆筑與鋼板具有較好追從性的高韌性輕質(zhì)混凝土為下面層（彈性模量約2528GPa，30 20，厚度58cm），上面層鋪設(shè)SMA13瀝青混凝土（彈性模量1.21.8GPa，厚度45cm），形成彈性模量梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)。 在下面層鋪裝結(jié)構(gòu)中，剪力件與鋼筋網(wǎng)構(gòu)成的橋面抗推移骨架，在提高下面層高韌性輕集料混凝土抗滑移能力

5、的同時，使行車荷載作用于鋼橋面的各向應(yīng)力得以均勻傳遞，進一步提高鋪裝層與鋼橋面之間的協(xié)同變形能力和抗疲勞特性。,在上、下鋪裝層間熱灑23mm高粘高彈改性瀝青的防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層，提高了混凝土層與瀝青鋪裝層之間的界面粘結(jié)強度（1.0MPa）和抗剪強度（1.4MPa，大于汽-超20標(biāo)準車在緊急剎車制動時層間產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力0.8MPa），同時能防止水滲透造成的剪力件和鋼筋網(wǎng)以及鋼箱梁頂板銹蝕，并耗散車輛荷載往復(fù)作用下混凝土層裂縫處應(yīng)力集中產(chǎn)生的能量，阻止裂縫反射到SMA13瀝青混凝土層。 采用高粘SMA鋪裝技術(shù)，使表面磨耗層具有更為優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗裂及耐久性性能。,力學(xué)計算分析 鋪裝層受力

6、特征：,第一階段 焊接鋼箱梁連接成整體，鋼箱梁自重變形已完成， 產(chǎn)生內(nèi) 力M1。尚未鋪設(shè)鋪裝層，鋪裝層不受力。,第二階段 鋪設(shè)輕質(zhì)混凝土層，混凝土為 流動性的膠凝體，自重仍由 鋼梁承擔(dān)。此時鋼梁增加內(nèi)力M2，混凝土層受力仍為零,第三階段 鋪設(shè)SMA層，開放交通。鋼箱梁承受全部荷載，混凝土僅受 SMA自重和車輛荷載箱梁增加內(nèi)力M3，混凝土產(chǎn)生變形c2,分三階段,橋梁整體分析對鋪裝層受力影響,成橋階段恒載作用下主梁上緣應(yīng)力包絡(luò)圖/MPa,運營階段最不利荷載作用下主梁上緣應(yīng)力包絡(luò)圖/MPa,分析成橋階段以及運營階段最不利活荷載作用下主梁上緣應(yīng)力分布狀態(tài)有：,分析：由荷載作用引起的最大拉、壓應(yīng)力分別為

7、16.9MPa和28.8MPa。相應(yīng)的鋼板頂部應(yīng)變?yōu)?80.5 和 137 。 由于鋪裝層個鋼板在粘結(jié)處變形協(xié)調(diào)，因此混凝土的拉壓應(yīng)變同樣為 80.5 和 137 。,因此，鋪裝層的應(yīng)力應(yīng)變受連續(xù)梁整體的作用比較小，而主要受局部車輛荷載作用。 又由于大量分析研究表明正交異性鋼箱梁板的結(jié)構(gòu)受力特征具有很強的局域性，因此在進行橋面鋪裝受力分析時可選取局部模型進行計算，能很好的反應(yīng)其受力狀況。,橋墩處,跨中,有限元計算模型建立,采用ANSIS進行建模分析，根據(jù)L32聯(lián)鋼箱梁橋界面布置形式，模型體系選取4塊橫隔板和8條縱向加勁肋，尺寸49609000mm(橫向縱向)。完整離散有限元體系模型見右圖上。

8、為了研究車輪荷載作用下鋪裝的受力和變形分布規(guī)律，以確定最不利加載位置，考慮荷載相對橫隔板及縱向加勁肋的不同位置進行加載分析。車輪荷載加載示意見右圖下。,荷載橫向加載位置示意圖,橋面鋪裝有限元模型,荷載縱向加載位置示意圖,計算結(jié)果（最不利荷載下受力情況）,不同橫向荷位下鋪裝層各主要設(shè)計指標(biāo)計算結(jié)果,計算結(jié)果（最不利荷載下受力情況）,A)鋪裝層表層最大橫向拉應(yīng)力（加勁肋處）云圖,C）上下鋪裝層間最大剪應(yīng)力云圖,D）鋪裝層與鋼板層間最大剪應(yīng)力云圖,B）鋪裝層表層最大縱向拉應(yīng)力（橫隔板處）云圖,計算結(jié)果（最不利荷載下受力情況）,荷載縱向移動時鋪裝層各主要設(shè)計指標(biāo)計算結(jié)果,鋪裝表面層最大應(yīng)力荷載曲線,鋪

9、裝層豎向變形荷載曲線,層間最大剪應(yīng)力荷載曲線,關(guān)鍵技術(shù)：,A、輕集料強度低、混凝土脆性大等問題，需要摻入纖維和聚合物，其配伍性直接影響到混凝土性能，而同時輕集料密度低、吸水率高，易造成混凝土分層離析，工作性差，摻入纖維和聚合物后，輕集料混凝土的強度、韌性及耐疲勞等性能得到了顯著提高，但將進一步降低輕集料混凝土的工作性能，導(dǎo)致輕集料混凝土泵送困難，施工效率下降施工泵送難度較大高強高韌性輕質(zhì)混凝土材料的設(shè)計與制備技術(shù) B、目前普通的改性瀝青的粘度、粘韌性彈性恢復(fù)能力較差，難以滿足應(yīng)力吸收層的性能要求高粘度高彈瀝青的開發(fā) C、鋼箱梁橋面的使用特點，對瀝青面層的性能提出了更高的要求，需要進一步提高瀝青

10、混凝土（普通改性SMA）的高溫性能及抗疲勞性能。高粘度SMA瀝青混凝土制備技術(shù),針對輕集料強度低、混凝土脆性大等問題，采用聚合物、超細水泥、摻合料等超細膠凝粉料漿進行表面處理，使輕集料表面形成具有修復(fù)缺陷和增加水化活性的功能層，可顯著提高輕集料的強度，并能優(yōu)化輕集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)，大大提升混凝土的強度和性能。,輕集料-水泥石界面結(jié)構(gòu)強化技術(shù),不同工藝對輕集料混凝土的增強效果比較,3、主要技術(shù)內(nèi)容,輕集料混凝土聚合物增韌技術(shù),利用界面強化后的輕集料，優(yōu)選聚合物種類，進行配合比優(yōu)化設(shè)計，其混凝土韌性大幅度提高。,復(fù)合纖維與聚合物增韌高強輕集料混凝土,采用鋼纖維、聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維和聚合物

11、復(fù)合增韌效果最好，混凝土的重量增加較小，韌性高可提高20倍以上。,輕集料素混凝土達到極限荷載后，發(fā)生脆性破壞，加鋼纖維的輕集料混凝土的彎曲韌性較輕集料素混凝土彎曲韌性得到顯著提高，韌性指數(shù)30達到22，而在鋼纖維輕集料混凝土中加入增韌組份改性聚合物后，混凝土的彎曲韌性又得到進一步提高,韌性指數(shù)30達到28.2 。,復(fù)合增韌技術(shù)效果,耐疲勞特性(10Hz,控制應(yīng)變600 ),高韌、高耐久性、高強輕集料混凝土長距離泵送 的均質(zhì)控制技術(shù),輕集料密度低、吸水率高，易造成混凝土分層離析，工作性差，摻入纖維和聚合物后，輕集料混凝土的強度、韌性及耐疲勞等性能得到了顯著提高，但將進一步降低輕集料混凝土的工作性

12、能，導(dǎo)致輕集料混凝土泵送困難，施工效率下降。,針對此問題，研究掌握輕集料在混凝土拌和物中的運動規(guī)律，運用流體力學(xué)原理，提出了輕集料混凝土的均質(zhì)性評價方法。,輕集料混凝土的均質(zhì)性試驗與方法 率先提出了輕集料混凝土拌和物分層度(FCD)概念。發(fā)明了相應(yīng)的試驗方法與設(shè)備，建立了分層度計算公式，用分層度對混凝土的均質(zhì)性進行評價。,式中： FCD：分層度，以表示； Gi：各層中輕集料的重量，g； G：1n層輕集料重量的平均值，g; n：層數(shù)，n2，3，4，5。,檢測與判別方法：根據(jù)試驗、計算得到FCD。分層度越小混凝土的均質(zhì)性越好，當(dāng)FCD小于10時，輕集料混凝土具有良好的均質(zhì)性。,研制開發(fā)出的均質(zhì)性控

13、制復(fù)合外加劑（MB）,并結(jié)合輕集料-水泥石界面強化和輕集料混凝土復(fù)合增韌技術(shù), 通過調(diào)控輕集料粒徑、水泥漿體粘度、水泥漿體與輕集料密度差等相關(guān)因素，實現(xiàn)對混凝土均質(zhì)性的控制。,輕集料混凝土拌和物均質(zhì)性控制技術(shù),復(fù)合外加劑（MB）的作用效果,通過水灰比、水泥漿體粘度、輕集料與水泥漿密度差、砂率、輕集料粒徑以及礦物摻合料和纖維的量與摻加方式的設(shè)計確定，實現(xiàn)均質(zhì)性控制。,未采用控制技術(shù),采用控制技術(shù)后,運用上述三項發(fā)明技術(shù)，制備出滿足長距離泵送施工的高強、高韌性輕質(zhì)混凝土,配合比見表所示。,B、防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層高粘高彈改性瀝青,通常在瀝青面層與下面層間設(shè)置粘結(jié)層，起到界面粘結(jié)及防水的作用。 在混凝

14、土面板上加鋪瀝青需要設(shè)置應(yīng)力吸收層，以防止混凝土產(chǎn)生裂縫而反射至瀝青面層。 對于本方案，混凝土層與瀝青面層之間的粘結(jié)層應(yīng)同時具備防水、粘結(jié)和應(yīng)力吸收的作用，以提高鋼橋面鋪裝層的耐久性。 通常使用的粘結(jié)層有熱撒SBS瀝青或者噴灑改性乳化瀝青，能夠起到一定的防水和界面粘結(jié)作用，但是其瀝青的粘彈性、彈性恢復(fù)及粘韌性不足，不能夠起到應(yīng)力吸收的作用。 因此需要對瀝青的粘彈性能進行優(yōu)化。,改性主劑 （SBS+橡膠粉）,要求：與瀝青具有良好的相容性，具有較高的拉伸強度和高溫抗拉伸能力。,高粘高彈改性瀝青優(yōu)化設(shè)計原理,配合比優(yōu)化設(shè)計，并造粒,增容組分,增韌組分,SBS,廢舊膠粉,采用20%細度為40目的活性橡

15、膠粉、6%SBS、3%的增粘劑、2%的增韌劑制得的高粘高彈改性瀝青各項指標(biāo)遠高于普通SBS改性瀝青，且使用廢舊橡膠粉可以大幅的降低生產(chǎn)成本，減少廢舊輪胎對環(huán)境造成的污染。,不同類型改性瀝青5彈性恢復(fù)結(jié)果,SBS改性瀝青,TPS改性瀝青,高粘高彈改性瀝青,高粘高彈改性劑造粒外形,進一步研究發(fā)現(xiàn)：采用相比于規(guī)范要求更為苛刻的低溫下彈性恢復(fù)試驗，試驗結(jié)果表明自主研發(fā)的橡膠高粘高彈改性瀝青低溫下表現(xiàn)出更好的彈性恢復(fù)能力，說明能夠更好的消耗車載作用及裂縫應(yīng)力向上反射的能量。,不同粘結(jié)層材料抗疲勞性能對比分析,不同橋面鋪裝結(jié)構(gòu)抗疲勞性能實驗,初始狀態(tài),加載破壞后,卸載后,熱灑高粘度改性瀝青,武英高速公路試

16、驗路段,東莞東江大橋應(yīng)力吸收層 東江大橋為上層鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)，采用課題組開發(fā)的高粘度改性瀝青作為應(yīng)力吸收防水粘結(jié)層材料，可起到防止反射裂縫、防水以及粘結(jié)一體化的作用。通車三年了，使用情況良好。,研究工作基礎(chǔ),深圳紅桂路跨鐵路橋，通車一年,金橋大道施工,武漢二七長江大橋應(yīng)力吸收層施工,針對立交橋噪音大的特點，可采用行車舒適性好的SMA瀝青混合料作為面層，一方面符合了材料梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，大大提高了橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時賦予了面層的降躁、耐磨、抗滑功能。 為了提高鋪裝層材料的耐疲勞性、水穩(wěn)性，本方案采用自主研發(fā)的高粘高彈改性瀝青制備高抗車轍、水穩(wěn)性能良好、耐疲勞的SMA瀝青混凝土作為面層。,

17、c、集抗滑、降噪、耐磨多功能橋 面鋪裝材料設(shè)計與開發(fā),試驗結(jié)果表明，與SBS改性瀝青相比，采用自主開發(fā)的高粘度改性瀝青制備的SMA瀝青混合料的高溫抗車轍性、抗剪強度、低溫抗裂性能有了很大的提高，且具有較好的降噪抗滑性能。,高粘高彈改性瀝青制備的SMA13瀝青混凝土性能指標(biāo),鋼橋面梯度鋪裝層施工質(zhì)量的評價方法和施工工法,獲得的多項知識產(chǎn)權(quán),專利申請與授權(quán)情況,利用本技術(shù)成果,采用設(shè)置剪力件、鋼筋網(wǎng)，LC50高耐久,高強高韌輕集料混凝土泵送施工,在武漢市內(nèi)10余座鋼箱梁橋橋面鋪裝工程中成功應(yīng)用，有效解決了鋼橋面鋪裝層材料與結(jié)構(gòu)普遍存在的耐久性世界性難題，目前武漢市內(nèi)鋼箱梁橋面鋪裝幾乎都采用此方案，

18、省外城市也采用本方案。下表為典型工程案例。,4、工程應(yīng)用與技術(shù)推廣情況,漢蔡紅廟主線橋,漢蔡侏儒互通,武漢外環(huán)C匝道鋼箱梁立交橋,深圳市紅桂路-灑布路跨鐵路立交鋼箱梁橋,武漢市金橋大道L32聯(lián)橋面鋪裝,香港路立交橋（通車7年）,武漢市中環(huán)線西環(huán)段高架橋(通車6年),實例表明：本方案能有效解決鋼箱梁橋面鋪裝推移、擁包技術(shù)難題！,漢蔡高速公路鋼箱梁主線橋(通車5年),青鄭高速公路立交橋(通車5年),武漢外環(huán)C匝道橋（通車9年）,日本橫濱灣大橋于2004年采用鋼纖維增強混凝土進行橋面鋪裝，其主結(jié)構(gòu)為三跨2160米的雙層桁架橋，上層為鋼箱梁。證明本方案適用于大跨度鋼箱梁橋面鋪裝。,丹麥Far南橋主跨2

19、90米斜拉橋于2004年采用5cm鋼纖維增強混凝土+3cm瀝青磨耗層進行鋪裝。,丹麥、日本于2004年在斜拉橋上采用了剪力件+鋼筋網(wǎng)+普通鋼纖維混凝土+普通改性SMA的鋪裝方式，至今未見發(fā)生病害的報告。 本方案于2003年首次應(yīng)用，并逐步推廣，材料設(shè)計上采用了性能上更為優(yōu)異的高強高韌性輕集料混凝土、高粘高彈防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層和高粘改性SMA進行鋪裝，因而具有更為優(yōu)異的耐久性能，完全可以應(yīng)用于大跨徑斜拉橋鋪裝層。,（1）加勁肋+橫隔板+鋼筋網(wǎng)+超高強高韌性混凝土+高粘高彈應(yīng)力吸收層+高粘SMA,此方案設(shè)計原理與第一種方案基本一致，提出將鋼箱梁底面的加勁肋及橫隔板焊接在鋼箱梁表面，并通過在上面打孔

20、綁扎的方式布置鋼筋網(wǎng)，同時在上面灌注超高強高韌性混凝土，此方案取消剪力件，進一步增加鋼板的剛度及材料的韌性，可以簡化工藝，降低鋼板厚度，是對上一方案的優(yōu)化，適用于跨度較大的鋼箱梁結(jié)構(gòu)。 鋼箱梁處理后示意圖如下：,5、新型鋼箱梁橋面鋪裝方案優(yōu)化,超高強、高韌性混凝土（28d抗折強度20.0MPa，抗壓強度90.0Mpa，3030），進一步提高鋪裝材料的韌性，適用于跨度較大的鋼箱梁結(jié)構(gòu) 。,澆注超高強、高韌性混凝土,鋼板+加勁肋,采用倒裝加勁肋并在鋼筋類上綁扎鋼筋網(wǎng)提高鋪裝層材料與鋼板之間的界面抗剪強度和與鋼板的協(xié)同一致變形能力，同時較方案一，減化了施工工藝，減少了鋼材用量。,鋼板加勁肋處理+綁鋼

21、筋網(wǎng),防水防銹層,設(shè)置防水防銹層,提高防水性能,防止鋼板生銹。,設(shè)置防水應(yīng)力吸收層,防止反射裂縫。,SMA13,防水應(yīng)力吸收層,鋪設(shè)SMA13,提高面層的行車舒適性、抗滑性、抗車轍、水穩(wěn)性和耐疲勞性。,綁扎鋼筋網(wǎng),超高強、高韌性砼,鋪裝示意圖及設(shè)計原理,高摻微細纖維、粉煤灰微珠、硅灰復(fù)合混凝土增強增韌技術(shù),粉煤灰微珠的水化活性介于硅灰、粉煤灰兩者之間。高活性的輔助性膠凝材料能夠在早期促進水泥水化放熱過程；同時消耗大量CH，增加水化產(chǎn)物C-S-H凝膠硅氧四面體聚合程度，從而使硬化漿體微結(jié)構(gòu)更加密實、宏觀力學(xué)強度越高。同時不會出現(xiàn)硅灰使混凝土板結(jié)的現(xiàn)象，使混凝土具有較好的施工性能。,通常制備高強高

22、韌性混凝土的技術(shù)為高摻硅灰，制備出來的混凝土流動性差、易板結(jié)，不能澆注施工。本技術(shù)采用高摻量的微細鋼纖維和活性微粉增韌的技術(shù)方法制備28d抗折強度20.0MPa，抗壓強度90.0Mpa，3030的高強高韌性的混凝土 。,粉煤灰微珠及硅灰復(fù)合增韌技術(shù)的SF10的C-S-H凝膠最為均勻致密，很難找到未水化的硅灰顆粒；而單摻入硅灰的WZ10及單摻粉煤灰的FA30均有大量未水化的顆粒，宏觀力學(xué)性能均低于前者,（2）CAE混凝土層+高粘SMA鋪裝方案,CAE混凝土是以乳化瀝青、水性環(huán)氧樹脂、水泥作為膠結(jié)材料，與集料混合形成骨架密實型結(jié)構(gòu)的一種新型混凝土材料。此種材料具有良好的韌性，并且極大的改善了瀝青的

23、熱塑性及力學(xué)性能，其抗剪強度、高溫性能、疲勞性能、界面粘結(jié)性能均遠優(yōu)于普通瀝青混凝土，能夠滿足大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝層的使用要求。 CAE膠漿體系綜合利用了水泥砂漿強度高、耐久，環(huán)氧樹脂溫度穩(wěn)定性好、粘接強度高及瀝青材料粘韌性好的優(yōu)點，同時乳液型的瀝青與環(huán)氧樹脂能夠通過水分很好的相容，添加的水泥不但能夠吸收其中的水分，提高結(jié)構(gòu)致密性，水化后形成的水泥石還能夠提供一定的強度。,水性環(huán)氧樹脂粘結(jié)層：提高鋪裝層材料與鋼板的界面抗剪強度，防止橋面推移； CAE混凝土：具有良好的韌性、高溫及耐久性能，能夠與鋼板良好的協(xié)同變形，抵抗高溫荷載，防止橋面鋪裝層發(fā)生車轍、推移、擁包等病害； 防水粘結(jié)應(yīng)力吸收層：提

24、高鋪裝層間粘結(jié)強度，吸收和耗散車輛荷載往復(fù)作用下鋪裝層間應(yīng)力，阻止雨水下滲銹蝕鋼板； 高粘SMA：提高面層的行車舒適性、抗滑性、抗車轍、水穩(wěn)性和耐疲勞性。,組合結(jié)構(gòu)設(shè)計,CAE混凝土設(shè)計原理,膠漿設(shè)計原理：一方面乳化瀝青顆粒膠結(jié)形成連續(xù)的瀝青網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一方面水性環(huán)氧固化形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過水泥相連接并相互穿插，形成互穿網(wǎng)絡(luò)。瀝青與環(huán)氧樹脂固化物形成互穿網(wǎng)絡(luò)能夠極大的改善瀝青的粘彈性力學(xué)性能，水泥填充瀝青與環(huán)氧樹脂固化的界面間，提高了體系的致密性，同時由于水泥比表面積大能夠很好的吸附瀝青和環(huán)氧樹脂，也改善了瀝青與環(huán)氧樹脂之間的界面粘結(jié)性能。 膠漿設(shè)計方法：CAE膠漿組成材料性能差異大，需

25、要根據(jù)鋼橋面的使用要求進行針對性設(shè)計。以瀝青作為基體（占膠漿體積的56%），使膠漿具有良好的韌性，環(huán)氧樹脂作為改性組分（占膠漿體積的28%），與瀝青形成互穿網(wǎng)絡(luò)，改善瀝青的粘彈性力學(xué)性能（提高瀝青的高溫、低溫及粘韌性），水泥作為穩(wěn)定組分（占膠漿體積的16%），吸收殘留水分，改善膠漿界面性能。,CAE混凝土設(shè)計方法：進行骨架密實設(shè)計，使CAE膠漿填充于粗骨料形成的骨架空隙間，進一步提高材料的抗剪性能，同時此結(jié)構(gòu)中膠漿使用多，使混凝土較其他結(jié)構(gòu)具有更為優(yōu)良的耐久性能。,性能研究,CAE混凝土較SMA混凝土的力學(xué)性能和使用性能具有全面的提升，達到了環(huán)氧瀝青混凝土的水平。,二、阻燃、抗滑降噪瀝青路面材

26、料研究與鋪裝技術(shù),國內(nèi)外隧道路面通常采用水泥砼路面，與瀝青路面相比，存在噪聲大，行車舒適性差，維修困難等問題； 瀝青路面是目前國內(nèi)外隧道鋪裝材料的發(fā)展方向； 但瀝青路面易燃，在隧道火災(zāi)發(fā)生時危害人的生命安全。,寧波甬金高速隧道火災(zāi)現(xiàn)場 關(guān)閉維修一星期,河南商丘312國道隧道火災(zāi),1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,我國現(xiàn)行的公路隧道設(shè)計規(guī)范JTG D70-2004規(guī)定：各級公路隧道路面可采用瀝青混合料上面層與水泥混凝土下面層組成的復(fù)合式路面，并采用阻燃性良好的瀝青路面類型。 隧道鋪裝的阻燃性對隧道運行安全至關(guān)重要。,國內(nèi)外隧道鋪裝結(jié)構(gòu)對比,2、阻燃路面方案設(shè)計及評價,(1)、阻燃材料分析 目前，在化

27、工行業(yè)中常用的有機阻燃劑（如有機溴類、磷系阻燃劑）多數(shù)有毒且在高溫下易揮發(fā)出有毒的刺激性氣體，不但對熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)及施工都提出了很高的要求，而且對施工人員及日后運行過程中人員健康也十分不利，同時，有機類阻燃劑價格昂貴，不適于長大隧道通風(fēng)情況不良的隧道瀝青路面使用。 無機礦物阻燃劑采用了含有結(jié)晶水和多孔分子篩結(jié)構(gòu)的無機堿性礦物復(fù)合制備而成，在瀝青燃點溫度分解吸熱釋水，阻止瀝青燃燒，瀝青膠漿氧指數(shù)達到26%以上，并且具有無毒、阻燃、抑煙，并且提高瀝青的水穩(wěn)定性能等功效。,阻燃機理熱分解效應(yīng),無機礦物組分A在320受熱分解釋放水分，吸收熱量，阻止瀝青燃燒，無機礦物組分B在414分解脫水，增強阻

28、燃劑的阻燃效率。,320,414,分子篩微觀結(jié)構(gòu)上呈泡沫狀構(gòu)造，呈現(xiàn)選擇性通過水蒸氣的特性，阻止氧氣滲入； 同時，分子篩中的鋁氧四面體具有靜電吸附作用，可以吸附煙霧并形成保護層，進而起到了抑煙作用。,阻燃機理分子篩的抑煙協(xié)同效應(yīng),阻燃劑性能指標(biāo)對比,此種無機礦物阻燃劑在武漢長江隧道、武英濛濛山隧道、滬蓉西把水寺隧道、巖灣隧道、杭瑞雞口山隧道、上官隧道及國內(nèi)其他大型隧道都得到了應(yīng)用。,MF-AFR阻燃礦物纖維,402,常用纖維易燃，不適合用于隧道瀝青路面，課題組開發(fā)出具有阻燃功能的礦物纖維。,(2) 、阻燃路面結(jié)構(gòu)形式 阻燃AC：采用改性瀝青，并摻入一定比例的阻燃劑制備而成。 阻燃SMA：采用改

29、性瀝青，礦物纖維，并摻入一定比例的阻燃劑制備而成。 阻燃抗滑降噪瀝青路面（AFNA）：基于大孔隙結(jié)構(gòu)阻燃為主，無機礦物阻燃為輔的設(shè)計方法，采用高粘度改性瀝青，礦物纖維，并摻入一定比例的無機礦物阻燃劑，制備出集阻燃、降噪、抗滑為一體的隧道瀝青路面材料。,阻燃性能,AFNA-13 SMA-13,SMA-13 AFNA-13,AFNA-13,AC-13,水泥砼,AC-13,AFNA-13,水泥砼,(3)、阻燃路面性能對比分析,阻燃性能 逃逸汽油量與燃燒時間分析,AFNA-13的逃逸汽油量最多，燃燒時間最短，阻燃性能明顯優(yōu)于其它路面材料。,AFNA-13,AFNA-13,汽油模擬燃燒表面溫度和時間分析

30、,600g/m2 汽油燃燒,1200g/m2 汽油燃燒,在600g/m2和1200g/m2的汽油燃燒試驗中，AFNA的燃燒溫度均處于最低值，優(yōu)于阻燃SMA和阻燃AC。,AFNA-13,阻燃性能 煙密度分析,封閉燃燒試驗煙密度變化,OGFC-13,煙密度試驗結(jié)果表明：AFNA-13能夠有效減少隧道火災(zāi)過程中煙霧量，有助于火災(zāi)施救與人員逃生。,AFNA-13,降噪性能評價,路面材料的吸聲性能,在交通噪聲的主要頻段內(nèi)，AFNA路面材料比傳統(tǒng)的AC、SMA具有更好的降噪性能。,抗滑性能,AFNA的擺值、構(gòu)造深度都明顯優(yōu)于AC、SMA路面，且具有較高的連通空隙率，能夠迅速排除路面雨水，提高路面的行車安全

31、性。,路面材料抗滑性能,路用性能,綜合對比分析,3、獲得的知識產(chǎn)權(quán),1)武漢長江隧道 （施工時間2008年11月1日至26日）,國家重點工程萬里長江第一隧武漢長江隧道全長3600米，寬8.45米，為雙向分離式四車道，坡度為46，隧道采用41cm連續(xù)配筋水泥混凝土剛性基層+高粘度改性瀝青粘結(jié)層+5cm高模量HMAC-20結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)層+阻燃高粘度改性瀝青+4cm阻燃抗滑阻燃降噪功能磨耗(AFNA-13)結(jié)構(gòu)形式。,4、阻燃抗滑降噪路面（AFNA）工程應(yīng)用,2)滬蓉西高速公路把水寺隧道 （施工時間2008年10月）,滬蓉西高速公路把水寺隧道全長1375米，寬8米，采用采用5cm阻燃抗滑阻燃降噪多功能上

32、面材料(AFNA-16)的結(jié)構(gòu)形式。,3)武英高速公路濛濛山隧道 （施工時間：2009年6月份）,國家重點工程武英高速公路濛濛山隧道全長1215米，寬8.75米，采用4cm 阻燃抗滑阻燃降噪面層材料(AFNA-13)結(jié)構(gòu)形式。,4)滬蓉西高速公路巖灣隧道（施工時間2009年10月）,國家重點工程滬蓉西高速公路巖灣隧道全長2773米，寬7.75米，隧道采用5cm阻燃抗滑阻燃降噪(AFNA-16)多功能上面材料的結(jié)構(gòu)形式。,5)杭瑞高速公路上官隧道（施工時間2011年6月）,國家重點工程杭瑞高速公路上官隧道全長1985米，寬8.4米，隧道采用4cm阻燃抗滑阻燃降噪(AFNA-13)多功能上面材料的

33、結(jié)構(gòu)形式。,5)杭瑞高速公路雞口山隧道（施工時間2011年6月）,國家重點工程杭瑞高速公路上官隧道全長2969米，寬8.4米，隧道采用4cm阻燃抗滑阻燃降噪(AFNA-13)多功能上面材料的結(jié)構(gòu)形式。,三、融雪排水降噪瀝青路面材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù),主要內(nèi)容,1、研究背景 2、技術(shù)路線 3、灌入式半柔性瀝青混凝土 4、融雪排水降噪瀝青路面材料 5、工程應(yīng)用,1、研究背景,積雪結(jié)冰導(dǎo)致路面濕滑，引起交通事故，高速公路經(jīng)常因路面積雪結(jié)冰而關(guān)閉。,機場路面，積雪結(jié)冰會降低機場道面的摩擦系數(shù)，許多機場在冬季因此而關(guān)閉，在我國北方尤其突出。,隧道出入口匝道、橋梁等關(guān)鍵部位，路面的積雪、冰凍更易造成嚴重的交通

34、事故 。,人工、機械法,由人工或機械車輛通過鏟、推的方式來完成。,缺點：需要大量的人力、物力和裝備，操作時需封閉交通，效率低。,撒鹽熔融法,使用NaCl、CaCl2、MgCl2等鹽類融雪劑,缺點：鹽的腐蝕性會對交通基礎(chǔ)設(shè)施造成危害；鹽溶解進入土壤，導(dǎo)致地下水質(zhì)和土質(zhì)變差 。,目前采用的融雪除冰方式,研究現(xiàn)狀,目前采用的融雪除冰方式,加熱融溶法,地?zé)峁芊ǎ涸诼访娼Y(jié)構(gòu)中安裝管道，利用水蒸氣或熱水進行加熱。缺點：安裝和建造加熱管道非常復(fù)雜。,紅外加熱法：使用紅外燈進行加熱。實例：在美國丹佛某座橋面上使用。缺點：升溫過于遲緩，受風(fēng)向影響很大。,導(dǎo)電混凝土：在水泥或瀝青混合料中加入碳纖維、石墨等。缺點：

35、升溫較慢、造價高、對瀝青混合料性能有影響。,研究現(xiàn)狀,融雪、破冰路面,橡膠顆粒法：在瀝青混合料中加入橡膠顆粒，降低路面模量，通過輪胎與路面發(fā)生作用時路面的變形破冰。缺點：施工過程中路面難以壓實。,鹽化物改性瀝青路面：在瀝青混合料中摻加改性鹽化物融雪劑，通過融雪劑的溶出作用降低冰點。,目前采用的融雪除冰方式,2、技術(shù)路線,材料設(shè)計 （1）融雪后積水不能迅速排走，持續(xù)低溫條件下路面易再次結(jié)冰； 抗滑、降噪性能較差；（采用排水降噪路面結(jié)構(gòu)形式） （2）常用融雪劑產(chǎn)品對混合料水穩(wěn)定性能影響嚴重。（對融雪劑產(chǎn)品進行設(shè)計） 開發(fā)一種具有融雪排水降噪的瀝青路面，提高路面的行車安全和舒適性。,結(jié)構(gòu)設(shè)計,高滲透、低收