浇注式沥青混凝土现状与发展

为进一步确定浇注式沥青混凝土科学合理的性能评价指标及要求,全面梳理了国内外浇注式沥青混凝土相关规范,对比评价了不同规范中的技术指标要求及级配范围,系统地调查了大量实体工程及研究动态,厘定了浇注式沥青混凝土钢桥面铺装结构层组合、原材料类型和技术指标要求及级配类型,为浇注式沥青混凝土规范完善与质量控制奠定了基础。结果表明:推荐钢桥面铺装结构层组合为30~35mm GA-10+35~40mm SMA-10,GA基础沥青为SBS改性沥青+TLA(15%~30%),采用2%降粘剂;推荐性能评价指标要求范围为油石比7.9%~8.5%、流动度10~17s、贯入度1.4~2.5mm、贯入度增量不超过0.25mm、弯拉应变不小于7 000με、动稳定度不小于1 000次/mm(参考指标);疲劳性能试验以控制应变模式进行,结果以实测为准。     

循环荷载作用下钢桥面铺装疲劳损伤失效行为研究

针对钢桥面铺装工程中普遍采用的改性沥青(Stone Matrix Asphalt,SMA)、浇筑式沥青(Guss asphalt,GA)、环氧沥青(Epoxy asphalt,EP)混合料双层铺装结构,进行了循环车载作用下钢桥面与沥青混凝土铺装疲劳损伤特性理论分析与试验研究。基于疲劳损伤度,研究了钢桥面铺装疲劳损伤失效行为和疲劳开裂过程中损伤场、应力和应变场动态演变机制,推导出疲劳失效时的损伤场、应力和应变场计算表达式,并给出钢桥面铺装疲劳寿命理论公式。以三座钢箱梁桥桥面铺装(润扬长江大桥2005,南京长江三桥2005,苏通大桥2008)为例,对不同铺装结构组合方案下的复合梁进行疲劳试验分析和使用寿命理论预测。实例研究结果表明,钢桥面铺装疲劳损伤失效行为预估模型合理可行;相较于改性沥青、浇筑式沥青,环氧沥青混合料具有较强高的强度低变形能力,更适合于大跨径钢桥面铺装抗疲劳的设计要求;由环氧沥青混合料组合而成的“双层环氧沥青混凝土”和“浇注式沥青混凝土(下层)+环氧沥青混凝土(上层)”的抗疲劳性能优于其它沥青混合料铺装结构组合方案,同等厚度组合情况下疲劳使用寿命可延长1倍~2倍以上;“双层环氧沥青混凝土”已应用于润扬长江大桥、南京长江三桥和苏通长江大桥钢桥面工程,并已成功运行10年以上,其跟踪观测结果良好。     

浇筑式沥青混凝土性能影响因素研究

浇筑式沥青混凝土具有较高的变形随从性而在钢桥面铺装上得到了很多的应用,为研究浇筑式沥青混凝土的性能影响因素,采用4种合成级配、3种沥青用量,系统评价了各因素对浇筑式沥青混凝土性能的影响。通过流动度试验和贯入度试验确定最佳含油量,由高温车辙试验和低温弯曲试验进行路用性能检验。研究表明,级配形式和沥青含油量变化对混合料的性能指标的影响较大,因此,实际施工时应严格控制混合料的级配和沥青用量。     

无损状态下钢桥面沥青铺装材料变形恢复特性

钢桥面铺装用高性能材料的组成及性能差异较大,目前对钢桥面铺装材料性能的研究主要集中在加载阶段的强度规律及损伤行为,而对卸载阶段材料的变形恢复特性研究甚少.为评价钢桥面铺装材料在卸载阶段的变形恢复能力,针对蠕变逐级加载试验方法存在的不足,提出了重复蠕变逐级加载恢复试验,对浇注式沥青混合料、环氧沥青混合料、沥青玛蹄脂碎石混合料三种典型钢桥面铺装材料,在卸载阶段不同时刻的内应力及对应时刻的残余应变进行测试.根据恢复模量的定义,计算三个不同蠕变应力水平下的恢复模量,依次来评价三种材料驱动变形恢复的能力.同时,基于粘弹性基本理论,确定蠕变柔量的拟合参数,并计算不同间隔时间下三种材料的应变恢复率,评价其变形恢复的速度.试验结果表明:无损状态下材料的恢复模量不同于内应力,不随蠕变荷载大小的变化而变化,环氧沥青混合料的恢复模量最大,约为沥青玛蹄脂碎石混合料、浇注式沥青混合料的7倍和4倍,环氧沥青混合料材料自身驱动变形恢复的能力优于浇注式沥青混合料和沥青玛蹄脂碎石混合料;但在相同时间间隔时间下,浇注式沥青混合料的应变恢复率最快,在3.6 s内,应变恢复率即可达到82％.     

钢桥面铺装在行车荷载与环境温度共同作用下疲劳损伤分析

用损伤力学原理及方法,从力学近似法角度分析了环境温度和循环车辆荷载共同作用下钢桥面沥青混合料铺装的疲劳损伤特性,推导出疲劳试验复合梁的损伤场、应力和应变场。以长江一大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装体系复合梁疲劳试验为例,进一步推导出复合梁的疲劳寿命预测公式。实例分析表明,考虑环境温度和车辆荷载共同作用下钢桥面铺装体系的疲劳寿命要小于单一考虑行车荷载的计算结果,二者相差最大可达44%。研究认为温度变化会导致铺装层的劲度不断发生变化,从而直接影响钢桥面沥青混合料铺装的力学行为和疲劳寿命,因此仅考虑交通荷载的作用进行钢桥面沥青混合料铺装体系疲劳损伤的分析是过于简化的,应予以重视。此外,指出了环氧沥青混凝土铺装具有很好的抗疲劳性能。     

环氧沥青混凝土桥面铺装材料研究与应用进展

随着桥梁设计理念、结构分析、施工技术等不断更新发展与完善,目前桥梁正逐渐朝着大跨度、高强度、长寿命、高耐久等方向发展,同时,未来桥梁也将面临更复杂的建设环境、更多的功能需求,因此必须加强研发与新型桥梁设计体系相匹配的特种桥面铺装材料。环氧沥青混凝土桥面铺装材料以高强度、耐高温、抗疲劳、抗老化等优异路用性能脱颖而出,逐渐受到关注。然而,环氧沥青混凝土制备工艺复杂、施工条件严苛、耐久性不足等问题日益凸显,这些缺点使得其在桥面铺装领域的推广受到一定阻碍。为此,研究者们针对如何提升环氧沥青混凝土使用品质及耐久性进行了深入研究并取得了一定成果。这一系列成果先后在大量桥面铺装实体工程中得以应用,良好的使用效果也为环氧沥青混凝土的进一步推广奠定了基础。环氧沥青混凝土在桥面铺装领域的研究成果可以概括为三个方面:铺装结构组合优化、制备工艺优化、混凝土原材料优化。其中铺装结构组合从早期的单质单层结构逐渐过渡到单质双层、异质双层结构,趋于合理的铺装结构组合使环氧沥青混凝土材料的性能得以充分发挥。制备工艺从热拌法发展到温拌甚至冷拌,在保证环氧沥青混凝土使用性能的同时减少了对环境的污染,并且在一定程度上降低了施工难度。而在原材料应用方面,研究者们不断对双组分环氧沥青与三组分环氧沥青的性能进行对比分析;同时,环氧沥青的改性方式趋于多样化,从单独使用改性沥青发展到同步使用改性环氧树脂,改性剂从纤维发展到高分子聚合物、超支化聚合物等。这些措施不仅改善了沥青与环氧树脂的相容性,也增强了环氧沥青混凝土的相关性能。此外,为使环氧沥青混凝土具有更好的稳定性,在级配优化方面也进行了深入研究。然而目前环氧沥青混凝土的一系列研究成果较为散乱,缺乏对其系统的总结与梳理,且环氧沥青混凝土的性能评价指标及要求仍需深入研究与完善。为进一步确定环氧沥青混凝土桥面铺装材料科学合理的性能评价指标及要求,本文全面梳理了国内外环氧沥青混凝土相关规范,系统调查了大量实体工程及研究动态,对比分析了不同主要原材料的环氧沥青混凝土对其路用性能的影响,最终推荐了环氧沥青混凝土桥面铺装结构组合、原材料类型、级配范围和性能评价指标及要求,为环氧沥青混凝土桥面铺装材料规范完善与质量控制奠定了基础。     

钢桥面铺装损伤病害的调查及分析

钢桥面铺装病害产生的原因包括外部因素和铺装自身因素,外部因素主要是铺装温度、交通荷载、桥面板刚度;铺装内部自身因素主要包括混合料的胶结料性能、混合料级配类型、混合料配合比、施工控制质量等因素。本文针对我国典型的钢桥面铺装:双层SMA、浇注式、环氧沥青铺装进行病害调查,分析引起病害的原因,为制定病害处治方案提供依据。     

浇注式导电沥青混凝土组合结构热传导效应预估模型

为进一步确定浇注式导电沥青混凝土组合结构热传导效应及融雪化冰工作时间,系统研究了浇注式导电沥青混凝土组合结构传导热基本原理,建立了浇注式导电沥青混凝土组合结构上面层热传导效应预估模型,分别实测和预估了不同环境温度、结构层厚度及通电时间等条件下组合结构上面层的表面温度,确定了浇注式导电沥青混凝土融雪化冰工作时间,并采用pearson相关性检验方法,对比分析及验证了浇注式导电沥青混凝土组合结构的热传导效应预估模型的准确性,为浇注式导电沥青混凝土在桥面铺装领域的推广应用奠定基础。结果表明:浇注式导电沥青混凝土组合结构传导热过程是一种瞬态非稳态导热过程,不同环境条件下,组合结构上面层表面温度在初期上升、中期转折、后期下降等三阶段的预估误差分别维持在0.2～0.8℃、0.3～1.2℃和0.7～5.5℃,其融雪化冰工作时间预估误差则维持在16 min左右;不同环境温度、结构层厚度和通电时间等条件下,预估模型得出的组合结构上面层表面温度的预测值与实测值相关系数介于0.974 0～0.989 0之间,相应P值均小于0.01,判定系数R~2介于0.948 7～0.978 1之间,两者为显著相关,拟合优度较高,预估结果较为准确。     

浇注式沥青混合料(GMA)标准化施工工艺控制研究

钢桥面的施工环境较为严苛且对施工质量的要求较高,为了保证施工工艺寿命以及质量,对钢桥面的标准化施工工艺控制至为重要。本文研究了浇注式沥青混合料的最佳拌和施工工艺,以拌和速率、温度和时间作为主要考察指标,测试不同条件下浇注式沥青混合料的性能。     

基于冲击韧性的钢桥面铺装环氧沥青混凝土疲劳性能设计研究

针对钢桥面铺装环氧沥青混凝土出现的疲劳开裂问题,分析现有设计理论和方法的不足之处。基于断裂力学和能量法原理基础上,提出以冲击韧性作为环氧沥青混凝土配合比设计的评价指标,通过试验验证了该指标的可行性;采用剩余劲度模量比来反映环氧沥青混凝土的疲劳性能,并建立起冲击韧性和剩余劲度模量比之间的关系。研究结果表明,冲击韧性和疲劳性能之间有良好的线性相关性,采用冲击韧性指标能够有效地评价环氧沥青混凝土的配合比设计和疲劳性能,该方法操作简单、快捷、准确,为环氧沥青混凝土的设计理论和方法提供一种新的思路。     

胶粉改性沥青桥面防水层界面抗剪性能试验研究

利用剪切试验机对不同防水层厚度、不同温度及不同铺装层厚度下的防水层界面进行了动态剪切模型试验,研究胶粉改性沥青防水层与桥面水泥混凝土及其上沥青混凝土铺装层间的抗剪工作机理,分析了防水层厚度、温度、桥面铺装层厚度对界面抗剪性能的影响,并与其他防水材料进行了对比。试验分析结果表明:最佳胶粉改性沥青防水层厚度为1.5cm;随温度的升高,界面抗剪能力下降;桥面铺装层厚度对界面抗剪能力影响不大;在几种防水材料中,胶粉改性沥青防水材料效果最佳。     

浇注式导电沥青混凝土传导热效果

为实现浇注式沥青混凝土钢桥面铺装融雪化冰的目的,制备了浇注式导电沥青混凝土,提出了其传导热效果的测试方法,全面研究了电极布设方式、碳纤维撒布量、导电相材料掺量对浇注式导电沥青混凝土传导热效果的影响规律,对比评价了不同类型浇注式导电沥青混凝土单层板传导热效果,并回归拟合了浇注式导电沥青混凝土温度随通电时间变化的曲线。结果表明:浇注式导电沥青混凝土电极材料宜采用铝电极,电压输出方式为交流电源,输出大小宜为54 V;浇注式导电沥青混凝土最佳电极布设方式为竖向、碳纤维撒布量为170 g/m²、导电相材料掺量为0.8%;五种浇注式导电沥青混凝土中,竖向置入铜丝网混凝土传导热效果最优,铺设碳纤维带混凝土次之;在同一环境温度条件下,各类型混凝土中部的温度变化趋势与面层温度相同,基本呈线性变化。从而为浇注式导电沥青混凝土的工程应用奠定基础。     

Effect of pavement design parameters on the behaviour of orthotropic steel bridge deck pavements under traffic loading

This study evaluated the effect of the pavement design parameters on the behaviour of orthotropic steel bridge deck pavements under traffic loading using a three-dimensional finite element model. Four types of paving materials were considered in this analysis: polymer concrete, epoxy asphalt concrete, polymer-modified stone mastic asphalt concrete and mastic asphalt concrete. The maximum transverse tensile strain was developed at the bottom of the pavement under a tyre of dual tyres or on top of the pavement between two tyres. From the sensitivity analysis, better interface bonding between the deck plate and pavement led to a significant enhancement of bottom-up fatigue cracking resistance, especially for 40-mm-thick pavements. As pavement temperature increased from ? 20 to 60°C, critical tensile strain increased significantly, and corresponding locations moved from the bottom to the top of the deck pavement.     

沥青混合料合成级配的均匀性评价

为研究不同粒径组成的颗粒状混合物和不同的级配组成的沥青混合料的路用性能,本文中以紧密填充理论为基础,假设不同粒径的颗粒逐级紧密填充,采用均匀指数评价合成级配的均匀性,在最佳沥青含量下进行性能试验。结果表明,沥青混合料在MCA=0.4～0.6之间存在较大的稳定度和流值,最小的压实比值和势能指数值,有良好的稳定性。最大公称粒径为16 mm的合成级配、均匀指数应控制在0.55～0.60之间具有较好的路用性能。     

车桥耦合下钢桥面沥青铺装层动力响应研究

为了研究钢桥面沥青铺装层的动力响应,将车辆车体看成刚体并以匀速进行运动,车辆悬架与车轮均视为由弹簧和阻尼器所组成,将桥面沥青铺装层和钢板视为双层连续粘弹性薄板,并以铺装层表面不平度作为系统的附加激励,车辆和桥面铺装层间采用点接触模型,最终建立车辆-沥青铺装层-钢桥耦合动力学模型,进而采用Wilson-θ法求解系统方程组。在此基础上,应用Fortran语言实现模型的计算,并结合现场测试结果验证程序的准确性和可靠性。研究结果表明:对于钢桥面沥青铺装层,移动车辆产生的动力效应显著,随着后轴轴重的增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力呈线性增加;随着行车速度增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力上下波动变化,但两者均在60 km/h的行车速度下数值达到最大;桥梁跨径和桥面宽度对铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间最大剪应力的影响较为显著,桥梁跨径的影响尤为明显。     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料。由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提。本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能。     

钢桥面铺装用环氧沥青相容性研究进展

环氧沥青是一类具有优异高温、低温及耐疲劳性能的正交异性钢桥面铺装材料.由于石油沥青在溶解度参数、介电常数、密度等方面均与环氧树脂有较大差异,因此解决石油沥青与环氧树脂间的相容性问题是实现高性能钢桥面铺装用环氧沥青国产化制备的前提.本文从对沥青进行顺酐化改性、选择与沥青相容性好的固化剂以及添加增容剂三个方面综述了近年来环氧沥青相容性的研究现状,最后指出了环氧沥青钢桥面铺装中存在的问题并进一步明确了下一阶段应在耐疲劳性、耐候性以及施工便易性等方面提升环氧沥青的综合性能.     

环氧沥青铺装对钢桥面板受力影响试验研究

某悬索桥钢箱梁采用正交异性钢桥面板,运行数年后钢桥面板构件连接部位出现了4种疲劳裂纹,为考察新换环氧沥青混凝土铺装对疲劳敏感部位受力影响,建立了有限元模型,开展了长达6年的现场试验,试验涵盖原铺装、铺装铲除、新铺装三种状态,测试了疲劳敏感部位的受力及构件变形规律,开展了考虑温度影响的疲劳寿命改善效果分析研究。结果表明:6年试验期内环氧沥青混凝土铺装与钢桥面板组合受力处于稳定状态,在低温环境下,疲劳敏感部位1~4应力改善效果分别为80%、14%、32%、46%;4个疲劳敏感部位应力与温度线性关联,线性速率分别为?4.00、0.64、1.89、1.91;将实测应力统一至年均温度后,新铺装对部位1疲劳寿命相对改善较大,约提高了2.95倍,对部位4疲劳寿命改善次之,约提高1.64倍,对于部位2、3疲劳寿命改善效果不明显,高温环境下部位2、3开裂可能性仍较大。     

基于PG的复合改性沥青路用性能对比

沥青路面低温性能是寒区沥青路面设计的主要指标之一,现有的单一改性沥青低温性能不能满足寒区沥青路面PG技术规范的要求。本研究根据黑龙江省常用道路沥青低温性能的PG试验评定结果,研究开发了几种复合改性沥青,以满足黑龙江省寒区沥青路面低温性能的要求。研究内容包括：黑龙江省沥青路面PG分区与PG_m-n标准的确定,黑龙江省道路沥青PG性能评定,复合改性沥青的研究开发与性能评定等。研究结果表明,黑龙江省道路沥青基本满足PG_m-n技术标准的高温性能要求,但均不满足PG_m-n技术标准的低温性能要求。复合改性沥青基本满足或接近黑龙江省道路沥青的PG_m-n低温性能标准。研究结果对改善黑龙江省沥青路面的低温性能具有一定的理论与实用价值。