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浅谈浇筑式沥青混凝土在钢桥面铺装中的应用【内容提要】由于浇筑式沥青混凝土具有良好抗低温开裂能力、密水性、耐久性、养护期短、高性价比等特点，使其在钢梁桥面铺装中受到越来越多的重视及应用。
在此通过对天津西站西纵联络线立交工程的B线钢箱梁桥面铺装的施工，进一步研究实践了浇筑式沥青混凝土的施工工艺。
【关键词】浇筑式沥青混凝土钢桥桥面铺装【Abstract 】Because of asphalt concrete casting with good low temperature resistance, water, secret cracking ability durability, the maintenance period is short, high performance characteristics and the steel bridge deck pavement in by more and more attention and application. In the west of Tianjin west station by the overpass project B line tie steel box girder bridge deck pavement construction, it is to further research and practice of the casting of asphalt concrete construction technology.【Key Words 】asphalt concrete casting, steel bridge, deck pavement中图分类号：TU528文献标识码：A 文章编号：1．工程概况天津西站西纵联络线立交工程B线钢箱梁跨度采用30+40+30m，梁高2.2m,梁宽8m。
桥面铺装面积694m2，铺装厚度7.2cm，桥面铺装采用浇筑式沥青混凝土，既“Eliminator防水体系+GA（浇注式沥青混凝土）+SMA”铺装结构。
环氧沥青混凝土在钢桥面铺装施工中的应用研究摘要：随着我国经济迅速发展和许多重大交通基础设施的兴建，我国近几年桥梁事业发展很快，尤其是钢箱梁桥梁建设更是蓬勃发展。
但钢桥面铺装在前些年一直是一个难题，因为使用普通沥青混凝土进行钢桥面铺装，使用不长的时间就要进行修补。
因此，钢桥面铺装技术一直是专家学者研究的重点。
随着环氧沥青混凝土施工技术的应用，逐渐解决了此项难题。
近几年随着该技术在多座钢桥面铺装工程中成功应用，使得此项技术逐步完善起来。
关键字：环氧沥青混合料【正文】一、环氧沥青混合料介绍1、环氧沥青具有不可逆性。
环氧沥青混凝土成型以后，在高温、低温下不变形。
2、环氧沥青混合料为悬浮密实结构，经特殊搅拌工艺拌制后，经摊铺、碾压形成密实且不透水的铺装层，其空隙率≤3%。
3、环氧沥青混合料具有细集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高的特点。
在混合料中骨料处于悬浮状态，嵌挤力差，其内部粘聚力主要来自环氧沥青，而环氧沥青又具有较高的延伸率，这就决定了该混合料具有较高的塑性，能适应追随钢板变形的需要，而混合料性能不受伤害。
而且其抗滑性能完全满足技术指标要求。
4、环氧沥青混合料具有超强的抵抗外力的作用，它的马歇尔稳定度一般为50KN左右。
通常的沥青混合料的马氏稳定度约10KN左右，改性沥青的马氏稳定度基本上在15KN左右。
二、环氧沥青混凝土钢桥面铺装工序流程三、环氧沥青混凝土施工1、施工准备：应密切关注气候情况，及时与气象部门联系，确切掌握施工当天及近期天气状况，以指导生产。
环氧沥青混合料的摊铺不得在雨天进行。
当桥面滞水或潮湿时，要停止施工当环境温度低于10℃、风速大于10m/s、有雾时，不得进行环氧沥青混凝土施工。
粘结层经检查应平整、洁净、均匀、无杂物，如有缺陷应及时进行修补。
尤其应注意接缝及钢路缘等部位的检查。
混合料生产与运输1）材料的预热与保温：在拌制环氧沥青混合料之前夜，要预先将A及BV组分加热脱筒，分别泵入厂内各自的贮油罐中。
产业科技创新 Industrial Technology Innovation 78Vol.2 No.4产业科技创新 2020，2（4）：78~79Industrial Technology Innovation 钢桥面热拌环氧沥青混凝土铺装技术研究练健雄（保利长大工程有限公司第三分公司，广东 广州 510000）摘要：随着社会经济的持续发展，配套交通基础设施建设规模逐步扩大，钢结构桥梁成为我国城市基础设施建设领域的重要桥梁类型。
文章以某钢结构桥梁工程为例，介绍了热拌环氧沥青混凝土在该工程中的运用，围绕其铺装技术展开探讨，具体涉及到施工准备、具体施工以及养护等工序，最终取得了良好的施工效果。
关键词：钢桥面；环氧沥青混合料；铺装技术中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2020）04-0078-021 工程概况某钢结构桥梁工程为大跨径钢箱梁悬索桥，桥面行车道铺装层具体包含：钢桥面喷砂除锈及环氧富锌漆施工、环氧树脂防水粘结层施工、环氧沥青混凝土EA10下面层施工、环氧树脂粘结层施工、环氧沥青混凝土EA10上面层施工等。
钢桥面行车道铺装层按功能要求分层设计，桥面铺装设计总厚度为60 mm，结构组成具体为：上面层30 mm 环氧沥青混凝土（EA-10）+粘结层+下面层30 mm 环氧沥青混凝土（EA-10）+防水粘结层，如表1所示，图1则为铺装结构示意图。
表1 钢箱梁桥面铺装结构方案铺装层铺装上层热拌环氧沥青混凝土EA10（30 mm 厚）环氧树脂粘结剂（0.6+0.05 kg ·m -2）铺装下层热拌环氧沥青混凝土EA10（30 mm 厚）防水粘结层环氧树脂粘结剂（0.4+0.05 kg ·m -2）防腐层环氧富锌漆（60 μm ～80 μm）钢板抛丸除锈，清洁度为Sa2.5级，粗糙度为120μm~140 μm图1 钢箱梁桥面铺装结构示意图2 热拌环氧沥青混凝土热拌环氧沥青结合料是一种三组分材料，其中由基质沥青、环氧树脂主剂和固化剂组成。
35FEATURES |特稿0 引 言近30余年来随着中国公路交通建设的快速发展，有数以百座跨海、跨江的大跨径钢桥建成。
钢桥面铺装是保证大桥安全通畅的一个基础条件，但高温、多雨、重载的使用环境对钢桥面铺装也提出了较苛刻的要求[1]。
钢桥面铺装技术近年发展较快，但钢桥面铺装早期出现病害、使用寿命短等问题仍然是技术难点。
中国钢桥面铺装采用了多种铺装材料，其中环氧沥青是一种典型材料，应用较广泛[2-3]。
环氧沥青材料与普通沥青材料有显著的差异，环氧沥青在材料组成、力学性能、施工工艺及路用性能等方面均具有显著的特征，本文从环氧沥青材料特点、混合料性能、工程应用、病害特点及其发展等方面进行分析，为环氧沥青材料的应用提供参考[4]。
1 环氧沥青材料的基本特点环氧沥青是由环氧树脂、固化剂与基质沥青经化学反应而得到的混合物。
环氧沥青微观表现是环氧树脂形成的空间网络结构，环氧树脂是材料强度的主体，沥青填充了环氧树脂的空间网络结构，起到增加环氧沥青的柔韧性、防腐性的作用，环氧沥青微观结构见图1[5]。
环氧沥青在力学性能上主要体现的是环氧树脂的性能，即热固性材料，从力学特性角度而言，环氧沥青实际上不属于热塑性改性沥青范畴。
研制和设计环氧沥青时需要解决沥青与环氧树脂的相容性、环氧沥青的强度与韧性、施工允许时间与养生时间、施工温度与施工时间等多个相互制约、钢桥面铺装环氧沥青混合料的特点及应用Characteristics and Application of Epoxy Asphalt Mixture for Steel Bridge Deck Pavement徐 伟，曽嘉科，韦潇树华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510640（a ）环氧沥青荧光照片（b ）环氧沥青断裂面SEM 照片（c ）环氧沥青断裂面刻蚀后SEM 照片图1 环氧沥青微观结构基金项目：国家重大科技支撑计划项目（2011BAG07B03）FEATURES |特稿36相互影响的技术问题。
CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青面层施工高温作用后的疲劳性能袁鑫;张继文;宋守坛【摘要】In order to research the fatigue performance on CFRP (carbon fiber reinforced polymer) reinforced box girder bridge top slab influence of high temperature during asphaltpavement construction, the armoured concrete girders with and without affixed CFRP were tested in the laboratory for fatigue simulation comparsison under high temperature condition. The strains of steel bar, concrete and CFRP were adopted as parameters to research the influence of high temperature on fatigue crack evolution, deflection increment rule and the CFRP adhesive normal stress. The results show that the armoured concrete girders with affixed CFRP fatigue performance subjected to high temperature has distinctness enhance contrast to that without affixed CFRP, such as the fatigue strength, the stiffness, the resist crack evolution and the limit flexural loading capacity. As example,The limit carrying capacity is increased by 24. 6% , the stiffness is increased by 23. 0% and the mean maximize crack is decreased by 15.2% .%为了研究沥青面层施工时的高温对公铁两用CFRP板加固的箱梁桥顶板疲劳性能的影响,在室内对粘贴CFRP板前后的钢筋混凝土梁进行了高温环境下的疲劳模拟对比试验.从钢筋、混凝土、CFRP应变的角度,开展了高温对粘贴CFRP 板的钢筋混凝土试验梁疲劳裂缝发展、挠度增长规律、黏结胶层及界面应力影响的研究.结果表明:经过高温阶段后粘贴CFRP板的钢筋混凝土梁在疲劳强度、刚度、阻止裂缝发展、抗弯极限承载能力等方面都比未粘贴CFRP板前有所提高.极限承载能力提高了24.6％,刚度提高了23.0％,平均最大裂缝减小了15.2％.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(042)004【总页数】5页(P739-743)【关键词】箱梁桥顶板;CFRP加固;高温作用;界面应力;疲劳性能【作者】袁鑫;张继文;宋守坛【作者单位】东南大学土木工程学院,南京210096;江苏科技大学土木工程与建筑学院,镇江212003;东南大学土木工程学院,南京210096;东南大学土木工程学院,南京210096【正文语种】中文【中图分类】U445.7碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)用于结构加固是一项十分有效的技术［1］.与传统加固材料相比，CFRP具有轻质高强、耐腐蚀及耐久性、施工便捷等优点，受到了工程界日益重视［2-3］.目前已有的研究主要集中在CFRP加固混凝土构件的静力性能方面，而对于结构的动力问题，尤其是对该类加固构件疲劳性能的研究还不够深入和系统，采用纤维增强复合材料(FRP)延长桥梁疲劳寿命的加固技术是目前国内外土木建筑领域的一个前沿课题［4-6］.孟加拉国的Bangabandhu大桥在频繁的旱灾、热带气旋等多种灾害气候影响下，由于表面温度应力和混凝土收缩徐变导致桥面层纵向开裂，随着时间的推移，裂缝的数量、长度和宽度都在不断扩大.针对大桥的顶板、底板、箱形梁腹板及伸缩缝(铰链部分)的裂缝灌注环氧树脂，在桥面横向粘贴CFRP板约束纵向裂缝的发展;对桥面进行找平，设置隔热和防水层后铺设5cm厚的SMA耐磨层.为了研究铺设SMA层高温作用对已粘贴CFRP板的公铁两用箱梁桥的疲劳破坏情况和加固效果，本文在室内对粘贴CFRP板前后的钢筋混凝土模拟试验梁进行高温环境下的疲劳模拟对比试验，考虑了沥青施工高温碾压对胶层黏结和界面应力的影响，研究了施工沥青层高温作用后已加固CFRP板的公铁两用箱梁桥顶板的疲劳性能.研究成果将对南亚及热带地区CFRP板加固桥梁的疲劳性能分析和评价具有重要的指导意义.1 桥梁加固试验方案大桥箱梁顶板宽度为18.5 m，4车道.根据原桥车辆荷载分析，主要受荷区域可以分为两侧各4 m宽的负弯矩受拉区和中间5 m宽的正弯矩受压区，CFRP在负弯矩受拉区加固才能发挥CFRP的高强抗拉特性.原桥箱梁顶板平均厚度为280 mm，采用试件截面长宽高分别为4 000 mm×650 mm×280 mm的矩形截面梁，模拟大桥箱梁顶板负弯矩受拉区CFRP板的加固情况.CFRP板厚和宽为1.4 mm×100 mm.碳纤维板主要性能指标:抗拉强度大于2.3 GPa，拉伸模量大于150 GPa，断裂伸长率大于1.4%.碳纤维板黏结胶主要性能指标:抗拉强度大于25 MPa，受拉弹性模量大于2.5 GPa，弯曲强度大于30 MPa，抗压强度大于70 MPa.试验板根据原桥参数设计，C45混凝土，受拉、受压区钢筋均为直径12 mm的HRB400螺纹钢筋.模拟原桥面加固方案，在试件横向粘贴碳纤维板，设置隔热和防水层后，铺设5 cm厚的SMA耐磨层.SMA层摊铺时最高温度达到171℃，实测沥青层摊铺施工中的温度见图1.2 疲劳试验图1 沥青面层不同位置温度随时间变化曲线在电液伺服疲劳试验机上进行疲劳试验.首先进行未加固板和碳纤维板加固板静载抗弯承载力计算，然后按理论计算值分10级对板作静载试验以确定该组板的极限承载弯矩M.取Mmax=0.527M以确定疲劳荷载上限.对原桥面铺装加固试验梁进行2 ×106次疲劳加载，加载频率为3 Hz［7］.每一级卸载后量测开裂荷载和极限荷载、裂缝宽度和挠度.疲劳试验加载装置如图2所示.图2 疲劳试验加载装置2.1 裂缝开展在疲劳加载过程中，观察裂缝的发生、开展及延伸情况.经过预定次数加载后，停止疲劳荷载，分级加静载至疲劳荷载上限［8］，在每一级荷载作用下用20倍读数显微镜观察裂缝的宽度，梁的疲劳裂缝分布见图3.由图可见，加载初期裂缝增加比较快，加载后期裂缝增加相对缓慢，在2×106次疲劳加载后，荷载等级为120 kN时，最大裂缝达到0.3 mm.跨中弯矩较大区域，裂缝出现较早，在原损伤开裂位置最先开展.由于经过高温作用后受CFRP板的约束，裂缝扩展相对缓慢，而且卸载后裂缝基本闭合，裂缝间距较小，但数量较多.随加载荷载和加载次数的增加，裂缝开展逐渐加大，且初期数量增加比较快;后期增加比较慢，数量基本保持稳定，经过2×106次疲劳荷载后，裂缝基本趋于稳定.加固后试验梁的平均最大裂缝宽度0.3 mm比未加固试验梁的平均最大裂缝宽度0.346 mm减小了15.2%.试验梁的正常使用疲劳寿命有一定程度的提高.这是因为CFRP板的抗拉作用约束了混凝土的开裂和裂缝的开展，说明施工沥青层高温作用后CFRP板对裂缝开展仍有较好的抑制作用，对梁体的抗裂性能也有较好的改善.图3 裂缝开展图及裂缝-加载次数曲线2.2 挠度在跨中和支座处布置百分表测量梁的变形.在相同疲劳荷载上限作用时，施工沥青层高温作用后已加固CFRP板的试验梁的变形明显小于未加固CFRP板的试验梁的变形.由图4可见，加载初期挠度增加较快，加载后期挠度增加相对缓慢，施工沥青高温作用后已加固CFRP板试验梁的平均最大挠度在2×106次疲劳加载后荷载等级为120 kN时达到10.83 mm，比未加固实验梁的平均最大挠度 12.86 mm减小18.7%，刚度增加了23.0%，这表明施工沥青层高温作用后CFRP板参与工作，在一定程度上仍旧可以制约混凝土跨中挠度的增长.当疲劳荷载达到2×106次时，跨中截面挠度基本稳定，其主要原因是在疲劳加载初期，裂纹发展较快，而后期裂纹逐渐趋于稳定.其次，在疲劳加载初期，混凝土弹性模量减小相对较快，导致梁体跨中截面挠度增长速度相对较快，当疲劳次数达到一定后，混凝土的弹性模量逐渐趋于相对稳定，梁体的跨中截面挠度和刚度也趋于稳定.图4 挠度-加载次数曲线2.3 钢筋应变在跨中受拉侧钢筋粘贴应变片，测量钢筋应变.钢筋荷载-应变曲线见图5(a).由图可见，加载初期阶段钢筋应变增加相对缓慢，加载后期钢筋应变增加相对较快.随着荷载循环次数的增加，加固梁钢筋的应变也在增大.由于经过施工沥青层高温作用后的CFRP板参与受拉，加固梁钢筋实际承受的疲劳应力幅值较小，因此达到相同的钢筋应变值时加固梁承受的疲劳荷载次数要大于未加固梁.卸载回零时，加固梁此时的应变主要是残余应变，在此荷载作用下，主要由钢筋承受拉力，碳纤维板还没有参与受拉.随着荷载的增大，底部混凝土开裂，梁体发生较大变形，碳纤维板承受的拉力越来越大，在2×106次疲劳加载后荷载为120 kN时，CFRP板跨中最大应变达到1.599×10－3.图5 荷载-材料应变曲线2.4 梁底混凝土应变在若干万次疲劳荷载作用后，混凝土应变呈线性分布，即混凝土梁开裂后虽然经多次重复荷载作用，截面平均应变仍符合平截面假定.施工沥青高温作用后，已加固CFRP板试验梁的混凝土应变有所减小，经过施工沥青层高温作用后CFRP板仍可极大地改善受压区混凝土的压力，这对于以混凝土受压破坏的混凝土结构来说有着很大的意义［9］.2.5 CFRP 应变在碳纤维板跨中粘贴应变片，测试不同疲劳加载次数作用后跨中CFRP板应变随荷载变化的规律，梁跨中CFRP平均应变如图5(b)所示.由图看出，加固梁的跨中CFRP应变随荷载的变化曲线接近平行，为一条直线，可见此时碳纤维板处于弹性阶段［10］.经过施工沥青层高温作用后，CFRP板应变随荷载循环次数变化的速率基本相同.这也进一步反映了经过施工沥青层高温作用后CFRP板仍旧可以保持良好的弹性性能.3 理论计算分析CFRP板通过绑定(tie)方式与混凝土板建立相互作用，横向钢筋和纵向钢筋通过嵌入(embed)方式和混凝土板建立相互作用.约束板底中间垫块的自由度U2，U3，UR1，建立铰支支座.梁端通过参考点(RP)耦合(coupling)上部加载处的垫块，分每级10 kN施加竖向荷载.整体加固计算模型如图6所示.图6 有限元加固分析模型在疲劳荷载作用下，平截面假定仍然成立，梁内钢筋和混凝土的应力远低于其屈服强度，受压区混凝土采用三角形应力分布，计算时可以忽略截面上受拉区混凝土应力.在弹性理论的基础上，假定沿胶层厚度黏结应力为常数，并考虑了钢筋混凝土梁剪切变形的影响，设水平坐标轴x的原点位于胶层中平面端点，黏结界面正应力σ(x)计算式为式中，下标符号c，p，a分别指RC梁、粘板和胶层;E，I，G和t分别为弹性模量、惯性矩、剪切模量和厚度;αs为剪切系数;b1为CFRP板长度;s为梁支座至板端的距离;q为单位梁宽上作用的换算均布荷载;αEc和αEp为抗弯刚度系数.随着疲劳荷载循环次数及受压区混凝土和受拉区钢筋应变的不断增加，加固梁挠度的上限值和下限值都在增加.静载抗弯承载力有限元、理论和试验极限承载力计算结果见表1.施工沥青高温作用后已加固CFRP板试验梁的静力极限承载能力比加固前对比梁的静力极限承载能力提高了24.6%.用解析刚度法求解施工沥青层高温作用后已加固CFRP板的试验梁的疲劳刚度，加固后疲劳刚度理论分析结果和试验结果对比见表2.可以看出，加固后疲劳刚度试验结果与理论计算结果吻合度较好.表1 静力极限承载力计算结果试验梁类型/%对比梁DB1 159.60 150.18 －5.90 154.00 －3.51弯矩试验值/(kN·m)弯矩理论值/(kN·m)理论与试验偏差/%弯矩有限元值/(kN·m)有限元与试验偏差加固梁SDB1 198.82 187.31 －5.79 192.00 －3.43表2 加固后疲劳刚度理论结果和试验结果加载次数/104 理论值84 10 1.79 1.82 30 1.75 1.79 50 1.69 1.75 100 1.63 1.71 150 1.54 1.62 200 1.46 1.53试验值1 1.83 1.4 结论1)施工沥青高温碾压作用后，已加固CFRP板试验梁的静力极限承载能力比加固前对比梁的静力极限承载能力提高24.6%，平均最大挠度减小18.7%，刚度增加23.0%.施工沥青层高温碾压作用，CFRP板已加固的试验梁强度、刚度都比未加固前有明显提高.2)经过施工沥青层高温碾压阶段后，已加固CFRP板的钢筋混凝土试验梁满足2×106次的疲劳加载而未破坏.裂缝初期数量增加较快，后期增加较慢，裂缝数量基本保持稳定.已加固CFRP板试验梁的平均最大裂缝宽度比加固前对比梁的平均最大裂缝减小15.2%，经过施工沥青层高温作用后CFRP板对梁体的抗裂性能仍有较好改善.3)在梁体受拉区粘贴CFRP板，施工过程中经过SMA高温碾压作用，梁体混凝土应变有所减小，说明经过施工沥青层高温碾压作用后CFRP板仍可极大地改善受压区混凝土的压力，提高了梁体疲劳加载后的抗弯极限承载能力.参考文献(References)［1］张磊，滕锦光，Hollaway L C，等.一种快速FRP加固钢结构的新技术［J］.土木工程学报，2008，41(10):6-14.Zhang Lei，Teng Jinguang，Hollaway L C，et al.A fast FRP strengthening technique for steel structures［J］.ChinaCivil Engineering Journal，2008，41(10):6-14.(in Chinese)［2］Mohamed Hamdy M，Masmoudi Radhouane.Flexural strength and behavior of steel and FRP-reinforced concrete-filled FRP tube beams ［J］.Engineering Structures，2010，32(11):3789-3800.［3］Zojaji A R，Kabir M Z.Analytical approach for predicting full torsional behavior of reinforced concrete beams strengthened with FRP materials ［J］.Scientia Iranica，2012，19(1):51-63.［4］Täljsten B，Hansen C S，Schmidt J W.Strengthening of old metallic structures in fatigue with prestressed and non-prestressed CFRP laminates ［J］.Construction and Building Materials，2009，23(4):1665-1677.［5］Benachour A，Benyoucef S，Tounsi A，et al.Interfacial stress analysis of steel beams reinforced with bonded prestressed FRP plate［J］.Engineering Structures，2008，30(11):3305-3315.［6］Kim Y J，Wight R G，Green M F.Flexural strengthening of RC beams with prestressed CFRP sheets:development of nonmetallic anchor systems ［J］.Journal of Composites for Construction，2008，12(1):35-43.［7］彭晖，尚守平，张建仁，等.预应力碳纤维板加固受弯构件的疲劳性能研究［J］.土木工程学报，2009，42(8):42-49.Peng Hui，Shang Shouping，Zhang Jianren，et al.Fatigue behavior of reinforced concrete beams strengthened with prestressed carbon fiber reinforced polymer plates ［J］.China Civil Engineering Journal，2009，42(8):42-49.(in Chinese) ［8］邓宗才，李凯.预应力与非预应力AFRP加固腐蚀钢筋混凝土梁疲劳性能研究［J］.土木工程学报，2009，42(9):54-59.Deng Zongcai，Li Kai.Experimental study on fatigue performance corroded reinforced concrete beams strengthened with prestressed AFRP sheets［J］.China Civil Engineering Journal，2009，42(9):54-59.(in Chinese)［9］高皖扬，陆洲导，余江滔.高温下FRP加固钢筋混凝土板非线性分析［J］.哈尔滨工业大学学报，2010，42(8):1311-1316.Gao Wanyang，Lu Zhoudao，Yu Jiangtao.Nonlinear analysis of FRP-strengthened reinforced concrete slabs under fire［J］.Journal of Harbin Institute of Technology，2010，42(8):1311-1316.(in Chinese)［10］Xie J H，Huang P Y，Deng J，et al.Fatigue behavior of RC beams strengthened with prestressed carbon fiber laminates［C］//Advances in Heterogeneous Material Mechanics.Huangshan，China，2008:1229-1233.。
