澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的比較分析.doc

澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的比較分析2009年4月目錄1我國鋼橋面鋪裝的研究歷程32澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土簡介32.1澆注式瀝青混凝土簡介32.1.1定義32.1.2分類32.1.3 特點32.2環(huán)氧瀝青混凝土簡介32.2.1定義42.2.2特點43澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的發(fā)展歷程43.1澆注式瀝青混凝土的發(fā)展歷程43.1.1澆注式瀝青混凝土在國外的應(yīng)用溯源43.1.2澆注式瀝青混凝土在我國的發(fā)展歷程53.2環(huán)氧瀝青混凝土的的發(fā)展歷程63.2.1環(huán)氧瀝青混凝土在國外的應(yīng)用溯源63.2.2環(huán)氧瀝青混凝土在我國的發(fā)展歷程64澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的路用性能比較74.1兩種瀝青混合料的強度形成原理74.2兩種瀝青混合料的路用性能比較84.3環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝體系須改進之處及破壞形式84.3.1環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝體系須改進之處84.3.2環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝體系破壞形式85澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的實際應(yīng)用效果比較95.1應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)說明95.2 GA與EA在中國的應(yīng)用案例分析95.2.1 GA在國內(nèi)的應(yīng)用案例分析95.2.2 EA在國內(nèi)的應(yīng)用案例分析106澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制比較126.1施工設(shè)備126.2環(huán)境要求126.3質(zhì)量控制126.3.1澆注式瀝青混凝土的施工質(zhì)量控制126.3.2環(huán)氧瀝青混凝土的施工質(zhì)量控制126.4開放交通要求136.4.1澆注式瀝青混凝土開放交通要求136.4.2環(huán)氧瀝青混凝土開放交通要求137澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的經(jīng)濟性比較137.1鋪裝體系造價分析137.2橋面鋪裝的后期維護要求138我們的結(jié)論141我國鋼橋面鋪裝的研究歷程第一階段（1995-2002年）：引進、消化吸收國外橋面鋪裝技術(shù)；第二階段（2002-2006年）：結(jié)合我國鋼橋面鋪裝的一階段經(jīng)驗和教訓，開始進行創(chuàng)新性探索，以解決鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為標志，現(xiàn)在仍在進行；第三階段（2006年至今）：重載交通鋼橋面鋪裝瀝青砼技術(shù)研究，以江蘇江陰長江大橋的維修進行科研為標志，仍任重道遠！2澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土簡介2.1澆注式瀝青混凝土簡介2.1.1定義澆注式瀝青混凝土是瀝青混凝土按照施工工藝作為分類標準確定的一種瀝青混凝土，膠結(jié)料主要是高性能的改性瀝青與天然瀝青進行復合改性的瀝青。澆注式瀝青混凝土屬于懸浮式密實型結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土。2.1.2分類澆注式瀝青混凝土分為以英國等國家外代表的單層澆注式瀝青混凝土瀝青瑪蹄脂MA（ Mstic Asphalt）及以德國、日本等國家為代表的澆注式瀝青混凝土GA（Guss Asphalt）。2.1.3 特點1）自流性澆注式瀝青混凝土的特點是在較高施工溫度（220250）下具有較好的流動性和施工和易性，由于瀝青混合料有一定的流動性，只需要用攤鋪整平機即可完成施工，不需碾壓，并能達到規(guī)定的密實度和平整度。1）密水性澆注式瀝青混合料本身具有細集料含量高、礦粉含量高、瀝青含量高等特點，較多的瀝青及礦粉含量使骨料處于懸浮狀態(tài)。與熱碾壓瀝青混凝土不同，其空隙率很小，而且內(nèi)部空隙不連續(xù)，因而成型的澆注式瀝青混凝土不透水，耐凍融、耐油、抗老化。3）優(yōu)良的抗開裂性澆注式瀝青混凝土變形能力強，整體性優(yōu)良，瀝青含量高，具有優(yōu)良的抗低溫開裂與抗疲勞開裂性能。2.2環(huán)氧瀝青混凝土簡介2.2.1定義環(huán)氧瀝青混凝土（EA）是由環(huán)氧瀝青膠結(jié)料和級配集料經(jīng)拌合而成的一種強度高、剛性大的瀝青混凝土，具有良好的耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性和抗疲勞特性。作為膠結(jié)料的環(huán)氧瀝青，一般是通過在瀝青中添加熱固性環(huán)氧樹脂和固化劑，經(jīng)固化反應(yīng)而形成一種不可逆的固化物。由于環(huán)氧瀝青具有優(yōu)良的路用性能，被廣泛的應(yīng)用于鋼橋面鋪裝和重交通道路上，并適用于水泥混凝土橋面鋪裝上。2.2.2特點1） 高強度環(huán)氧瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度是普通瀝青混凝土穩(wěn)定度的58倍，而流值卻大致相同，這說明環(huán)氧瀝青混凝土不僅具有較高的強度，而且還具有一定的柔韌性。2）良好的溫度穩(wěn)定性環(huán)氧瀝青是一種熱固性材料，在高溫下會變軟但不會流動。用環(huán)氧瀝青混凝土攤鋪的橋面鋪裝層具有良好的高溫穩(wěn)定性。而在低溫下它也不過分脆硬，強度反而低于普通瀝青混凝土。3） 良好的耐久性環(huán)氧瀝青混凝土的抗燃油腐蝕、抗水害性能優(yōu)越。3澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的發(fā)展歷程3.1澆注式瀝青混凝土的發(fā)展歷程3.1.1澆注式瀝青混凝土在國外的應(yīng)用溯源國外澆注式瀝青混凝土的應(yīng)用主要以英國為代表的MA的應(yīng)用研究，以及德國、日本等國家的GA應(yīng)用研究。德國于1917年開始研究開發(fā)澆注式瀝青混凝土，并將澆注式瀝青混凝土大量應(yīng)用于建筑物防水層和鋪面工程中。世界上最早采用特立尼達湖瀝青修筑澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝的是1929年修建的德國蘇丹尼羅河大橋。英國道路運輸研究協(xié)會在20世紀50年代早期時就對鋼橋面鋪裝作了廣泛的研究，目的是為了尋找一個合適的鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，英國TRRL（運輸與道路研究實驗室）進行大量試驗研究后，結(jié)論是采用約38mm厚的單層瀝青瑪蹄脂鋪裝是最合適的，并將結(jié)論寫入路橋施工手冊（1964年）。日本使?jié)沧⑹綖r青混合料及其技術(shù)得到了長足和全面深入的發(fā)展及推廣。1950年日本著手研究鋼橋面鋪裝并于1955年首先在東京都的新六橋完成兩層的瀝青混凝土鋪裝，1956年日本在從德國引進相應(yīng)的技術(shù)后，以多田宏行先生為代表的鋪裝專家根據(jù)日本本國的特點，對德國澆注式瀝青混凝土的材料組成及相應(yīng)的技術(shù)標準作了較大的調(diào)整，逐步形成了符合日本國情的一整套技術(shù)，并且在1961年瀝青鋪裝綱要中公布了相關(guān)的鋼橋面鋪裝技術(shù)規(guī)范。3.1.2澆注式瀝青混凝土在我國的發(fā)展歷程第一階段澆注式瀝青混凝土鋪裝主要是MA（ Mastic Asphalt）結(jié)構(gòu)，如香港青馬大橋及江蘇江陰長江大橋。但江陰長江大橋通車后即出現(xiàn)大量的車轍、開裂，調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，江陰長江大橋出現(xiàn)病害的原因主要是江陰橋鋼板厚度小、夏季高溫、超載嚴重以及施工過程控制等因素。 江陰大橋橋面MA病害 香港青馬大橋第二階段，對澆注式瀝青混合料進行了改進，根據(jù)我國鋼橋的使用條件，與日本和德國的澆注式瀝青混合料相比，提高了混合料的高溫性能，即提高了貫入度及貫入度增量的試驗溫度；提高了混合料的動穩(wěn)定度要求，適當降低了澆注式瀝青混合料的低溫性能。第二階段澆注式瀝青混凝土應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)主要是下層GA+上層SMA的組合，根據(jù)防水體系的不同，典型橋梁有：山東勝利黃河大橋（維修）、重慶石板坡長江大橋、天津子牙河大橋、安徽安慶長江大橋、長沙三汊嘰大橋、重慶菜園壩長江大橋、貴州北盤江大橋、沈陽尚小橋、重慶朝天門大橋等。滬瑞高速公路貴州北盤江大橋 重慶朝天門大橋GA第三階段以江陰長江大橋的維修科研課題為依托，進行重載交通鋼橋面鋪裝瀝青混凝土技術(shù)研究“江陰長江大橋重交通鋼橋面改性瀝青澆注式混凝土鋪裝技術(shù)研究”。3.2環(huán)氧瀝青混凝土的的發(fā)展歷程3.2.1環(huán)氧瀝青混凝土在國外的應(yīng)用溯源國外環(huán)氧瀝青的應(yīng)用研究主要以美國的雙層環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝為代表，環(huán)氧改性瀝青混凝土由殼牌石油公司最初開發(fā)用于機場道面以抵抗飛機燃油和噴氣的侵害，1967年首次用于美國San Mateo-Hayward大橋正交異性鋼板橋面的鋪裝層。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。將這種材料用作鋼橋面鋪裝的國家主要有美國、加拿大和澳大利亞，其中以美國應(yīng)用最為廣泛。3.2.2環(huán)氧瀝青混凝土在我國的發(fā)展歷程第一階段環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝應(yīng)用于南京長江二橋（南京長江二橋?qū)Τ捃囘M行嚴格限制），這一階段的環(huán)氧瀝青還只是停留在進口環(huán)氧瀝青。第二階段環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝分為進口環(huán)氧鋪裝與國產(chǎn)環(huán)氧鋪裝，進口環(huán)氧鋪裝典型橋梁主要有南京長江三橋、蘇通大橋、杭州灣大橋、潤揚大橋以及江陰長江大橋的維修等，國產(chǎn)環(huán)氧鋪裝的典型橋梁主要有天津富民橋、武漢天興洲長江大橋等。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查顯示，潤揚大橋橋面已出現(xiàn)明顯病害。江陰長江大橋采用進口環(huán)氧修補后，橋面亦出現(xiàn)大量病害，但該橋受客觀原因（鋼板厚度薄、夏季高溫、超載嚴重等因素）影響大。除此之外，第二階段的其他橋梁橋面鋪裝狀況良好。第二階段環(huán)氧瀝青混凝土的研究還在進行對鋪裝結(jié)構(gòu)防水層的改善，在鋼橋面板上加鋪23mm的復合反應(yīng)性防水層，以增強鋪裝層的抗裂性，目前正在進行。 武漢天興洲大橋橋面 重慶魚嘴長江大橋橋面 江陰長江大橋采用進口環(huán)氧修補出現(xiàn)的病害 武漢陽邏大橋病害 潤揚大橋橋面鋪裝病害 杭州灣大橋橋面鋪裝病害4澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的路用性能比較4.1兩種瀝青混合料的強度形成原理澆注式瀝青混合料本身具有細集料含量高、礦粉含量高、瀝青含量高等特點，較多的瀝青及礦粉含量使骨料處于懸浮狀態(tài)。懸浮密實結(jié)構(gòu)且小于1%的空隙率造就了澆注式瀝青混合料的高密實度、高強度，優(yōu)良的水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐久性。而造就環(huán)氧瀝青優(yōu)異性能的是環(huán)氧樹脂+瀝青、固化劑發(fā)生的固化反應(yīng)，主要表現(xiàn)為在固化劑的官能團作用下，環(huán)氧樹脂發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，并形成一種不熔的空間網(wǎng)絡(luò)體系。4.2兩種瀝青混合料的路用性能比較 表4.1 GA與EA的路用性能比較項目高溫穩(wěn)定性低溫抗裂性水穩(wěn)定性抗滑能力耐疲勞性能環(huán)氧瀝青混合料熱固性材料；優(yōu)異優(yōu)良優(yōu)良表面較光滑，但實際應(yīng)用中抗滑性能優(yōu)良優(yōu)異澆注式瀝青混合料優(yōu)良；（評價方法建議采用日本鋪裝試驗法便覽優(yōu)良優(yōu)異GA+SMA（GA表面撒小碎石），GA+GA（面層GA撒碎石），因此，總體抗滑能力優(yōu)良優(yōu)良4.3環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝體系須改進之處及破壞形式4.3.1環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝體系須改進之處環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝體系缺乏防水層，鋪裝層一旦開裂，很快發(fā)展到鋼板，使環(huán)氧富鋅漆被氧化，形成粉末狀的氧化鋅或鋅鹽，導致鋪裝脫層。因此，第二階段環(huán)氧瀝青混凝土的研究加強了對鋪裝結(jié)構(gòu)防水層的改善，在鋼橋面板上加鋪23mm的復合反應(yīng)性防水層，以增強鋪裝層的抗裂性，目前正在進行。4.3.2環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝體系破壞形式對已有的幾座環(huán)氧瀝青混凝土橋梁橋面鋪裝使用狀況的調(diào)查情況來看，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層表現(xiàn)出一些細微的表面缺陷, 根據(jù)表面缺陷出現(xiàn)的時間段、出現(xiàn)的位置與缺陷的規(guī)模將其劃分為表4.2中的幾個部分。表4.2 環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害劃分時間分段病害成因病害體現(xiàn)早期損壞機械設(shè)備因素表面魚尾狀裂紋鋪裝層異物鼓起鋪裝層表面皮料鋪裝表面混合料剝落鋪裝層透水人為因素死料人為離析環(huán)境因素水分溫度、風使用期損壞鼓包初期鼓包開裂中期鼓包擴展晚期鼓包塌陷開裂鋪裝層表面不規(guī)則裂紋外傷鋪裝層表面劃痕、凹坑潛在病害鋪裝與鋼板粘附性鋼板清潔影響鋪裝層粘結(jié)強度粘結(jié)料灑布量控制粘結(jié)料灑布過多鋪裝層抗滑問題密級配鋪裝層抗滑性能變化5澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的實際應(yīng)用效果比較5.1應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)說明澆注式瀝青混凝土（GA）作為鋪裝下層的鋪裝結(jié)構(gòu)如圖5.1所示，環(huán)氧瀝青混凝土（EA）鋪裝體系圖圖5.2所示。圖5.1 GA作為鋪裝下層的鋼橋面鋪裝方案圖5.2 環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝方案5.2 GA與EA在中國的應(yīng)用案例分析5.2.1 GA在國內(nèi)的應(yīng)用案例分析表5.1 澆注式瀝青混凝土在中國序號時間地點工程名稱鋪裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果備注11997年臺灣臺灣苗栗市新東大橋澆注式瀝青混凝土運營20多年，橋面狀況仍然完好21997年香港香港青馬大橋單層澆注式瀝青混凝土優(yōu)良31999年臺灣臺灣高屏溪大橋單層澆注式瀝青混凝土優(yōu)良42002年江蘇江蘇揚瓜公路上的凍青橋維護單層澆注式瀝青混凝土優(yōu)良52004年重慶重慶渝合高速公路西山坪隧道工程GA+SMA優(yōu)良62004年山東山東平陰黃河公路大橋GA+SMA優(yōu)良72004年重慶重慶渝鄰高速李子林隧道GA+SMA優(yōu)良82004年云南云南昆石高速公路的清水溝1號和2號隧道GA+SMA優(yōu)良92004年天津天津子牙河大橋GA+SMA優(yōu)良102004年安徽安慶長江大橋GA+SMA優(yōu)良112005年吉林國道203線松原至肇源松花江特大橋GA+SMA優(yōu)良122005年上海上海東海大橋GA+SMA優(yōu)良混凝土橋面132005年江蘇江蘇省潤揚長江大橋環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝該橋梁中央分隔帶采用澆注式瀝青混凝土142006年江蘇江蘇省S342鳳翔路立交A匝道GA+SMA優(yōu)良152006年江蘇江蘇省S342主線上跨西互通鋼箱梁橋面GA+SMA優(yōu)良162006年湖南長沙環(huán)線三汊磯大橋GA+SMA優(yōu)良172006年云南云南省昆明市朱家村立交跨線橋GA+SMA優(yōu)良182006年重慶重慶石板坡長江大橋GA+SMA優(yōu)良192007年廣東廣東汕頭礐石大橋（翻修）GA+SMA優(yōu)良202007年重慶重慶菜園壩長江大橋GA+SMA優(yōu)良212008年四川四川省成都市某市政立交橋GA+SMA剛通車222008年廣州廣州珠江黃埔大橋環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝該橋梁中央分隔帶采用澆注式瀝青混凝土232008年江西江西省貴溪大橋GA+SMA剛通車242008年貴州貴州省滬瑞高速公路北盤江大橋GA+SMA剛通車252008年遼寧遼寧沈陽尚小橋GA+SMA剛通車262008年山東山東省青島海灣大橋（實驗段）GA+SMA未開放交通272008年重慶重慶嘉華嘉陵江大橋GA+SMA剛通車282008年湖北武漢天興洲長江大橋國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝剛通車該橋梁中央分隔帶采用澆注式瀝青混凝土292009年江西江西省南昌洪都大橋GA+SMA剛通車302009年江西江西省南昌英雄大橋GA+SMA剛通車312009年重慶重慶朝天門長江大橋GA+SMA剛通車322009年上海上海長江大橋GA+SMA剛通車混凝土橋面332009年山西太原漪汾橋GA+SMA剛通車342009年江蘇南京過江隧道右汊夾江大橋GA+SMA剛通車352009年遼寧沈陽北海高架橋單層GA剛通車混凝土橋面，維護362009年江西贛州飛龍島大橋GA+SMA剛通車372010年福建福州鼓山大橋GA+SMA5.2.2 EA在國內(nèi)的應(yīng)用案例分析表5.2 環(huán)氧瀝青混凝土在中國序號時間地點工程名稱鋪裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果12001年江蘇南京長江二橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝橋面運營初期效果優(yōu)異，但已出現(xiàn)環(huán)狀裂縫22003年浙江舟山桃夭門大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝良好32005年江蘇潤揚長江大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝目前，橋面出現(xiàn)了較多明顯的病害,本材料中損害的圖片拍攝于2008年42005年江蘇南京長江三橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝良好52006年天津天津大沽橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝良好62006年廣東佛山平勝大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝良好72006年廣東湛江海灣大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝良好82007年湖北武漢陽邏大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝出現(xiàn)裂縫及坑洞病害，圖片拍攝于2009年上半年92007年浙江杭州灣大橋雙層進口+國產(chǎn)環(huán)氧瀝青鋪裝出現(xiàn)坑洞，圖片拍攝于2009年上半年102008年浙江金塘大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中112008年江蘇蘇通大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中122008年天津富民橋雙層國產(chǎn)環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中132008年廣東珠江黃埔大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝鋪裝表面2009年上半年發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了不少油斑142008年湖北武漢天興洲大橋雙層國產(chǎn)環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中152009年重慶魚嘴長江大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中162008年貴州壩凌河大橋雙層進口環(huán)氧瀝青鋪裝觀測中6澆注式瀝青混凝土與環(huán)氧瀝青混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制比較6.1施工設(shè)備澆注式瀝青混凝土施工須Cooker運輸設(shè)備，其余與普通瀝青混凝土相同。環(huán)氧瀝青混凝土所須的特殊設(shè)備有包括環(huán)氧瀝青添加設(shè)備的瀝青混凝土拌和樓，環(huán)氧瀝青儲存罐，環(huán)氧瀝青粘結(jié)層灑布機，環(huán)氧瀝青混合機等。6.2環(huán)境要求澆注式瀝青混合料對施工環(huán)境無特殊要求。環(huán)氧瀝青混合料的施工環(huán)境：氣溫不低于10、風速不大于10m/s、相對濕度不大于90%。6.3質(zhì)量控制6.3.1澆注式瀝青混凝土的施工質(zhì)量控制澆注式瀝青混凝土在國內(nèi)數(shù)十座橋梁橋面鋪裝的應(yīng)用，除江陰橋外（該橋橋面鋪裝采用的是MA，橋面系剛度小，且重載，夏季高溫，各種方案均出問題），尚無失敗案例。因此，澆注式瀝青混凝土施工過程的質(zhì)量控制對其使用性能影響較小。6.3.2環(huán)氧瀝青混凝土的施工質(zhì)量控制造就環(huán)氧瀝青優(yōu)異性能的化學反應(yīng)開始于環(huán)氧樹脂、固化劑改性瀝青和集料在拌制過程中的混合時刻。環(huán)氧瀝青混