【摘 要】
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大跨径钢桥在国家公路网中起着重要的作用,而钢桥面铺装的整体性及耐久性是保障大桥通行能力的基本条件。受我国特殊交通及气候条件的限制,钢桥面铺装使用效果欠佳。经过20余年的研究及实践,钢桥面铺装使用寿命大幅提升。然而,对于早期建成通车的大桥,钢桥面顶板厚度多为12mm,受厚度的影响正交异性钢桥面板刚度不足,导致在桥面板上施工的桥面铺装病害突出,且较多钢桥面系出现了裂缝。针对该问题,我国研究学者开发了适
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大跨径钢桥在国家公路网中起着重要的作用,而钢桥面铺装的整体性及耐久性是保障大桥通行能力的基本条件。受我国特殊交通及气候条件的限制,钢桥面铺装使用效果欠佳。经过20余年的研究及实践,钢桥面铺装使用寿命大幅提升。然而,对于早期建成通车的大桥,钢桥面顶板厚度多为12mm,受厚度的影响正交异性钢桥面板刚度不足,导致在桥面板上施工的桥面铺装病害突出,且较多钢桥面系出现了裂缝。针对该问题,我国研究学者开发了适用于钢桥面系的超高性能水泥混凝土,实现结构补强,加铺单层沥青磨耗层以满足车辆行驶的需求,结构功能设计合理。但不同结构层模量差异大,加之材料及工艺特点形成的潜在缺陷,使得钢板-UHPC-磨耗层层间联接成为该铺装体系的薄弱界面,也成为影响该技术推广应用的最大障碍,所以本文针对钢板-UHPC-磨耗层层间进行研究。首先,选用水性无机富锌漆、水性环氧富锌漆、环氧富锌漆和无机富锌漆四种类防腐漆,通过测试其与钢板之间的黏结强度,分析不同防腐漆与钢板之间的黏结强度,确定防腐漆材料类型。之后选取环氧树脂黏结剂、聚氨酯黏结剂和水性环氧树脂黏结剂,制备钢板-防腐层-防水黏结层组合结构,测试25℃与50℃条件下的黏结强度,确定不同温度条件下防水黏结剂与防腐漆组合形式并分析变化规律。同时,测试环氧树脂黏结剂、聚氨酯黏结剂和水性环氧树脂黏结剂与干燥、潮湿、新拌UHPC之间的黏结强度,选定受界面水影响较小的防水黏结剂材料类型;制作钢板-防腐漆-防水黏结剂-UHPC组合结构试件,开展不同温度条件下黏结强度与剪切强度试验,确定材料与结构的最佳组合形式,对界面利用表面能与SEM扫描电镜进行微观分析,和宏观试验结果联系。其次,采用喷砂、拉毛、嵌入碎石等不同工艺后对UHPC进行糙化处理,再测试其表面构造深度与摩擦系数,确定UHPC表面处治工艺,并通过UHPC-SMA组合试件黏结强度与剪切强度进行验证。采用确定的UHPC表面处治工艺,选用环氧树脂黏结剂、高黏改性沥青黏结剂和溶剂型沥青黏结剂作为黏层,制作UHPC-黏层-SMA组合结构试件,在10℃、25℃、40℃和60℃条件下测试其黏结强度和剪切强度,分析不同UHPC-黏层-SMA组合结构黏结强度和剪切强度随温度变化规律及温度敏感性,提出UHPC-SMA层间联接性能良好的黏层材料。最后,通过五点弯曲复合梁疲劳加载试验,对所选定的防腐层、防水黏结层和黏层构成的复合梁进行路用性能评价,并与传统钢板表面焊接高密度剪力钉的结构进行对比分析。通过复合车辙动稳定度试验,评价所选UHPC-SMA组合结构高温稳定性,与工程常用双层SMA结构进行对比。研究结果表明,水性环氧富锌漆与水性环氧黏结剂组合形式界面黏结强度最高,且与潮湿或新拌的UHPC黏结效果最优,以此形成的钢板-水性环氧富锌漆-水性环氧黏结剂-UHPC组合结构在50℃高温下黏结强度为1.35MPa,剪切强度为5.65MPa。UHPC表面采用嵌石处治工艺效果优秀,构造深度和摩擦系数均较高,而采用粒径范围为9.5～13.2mm的碎石,按满铺质量60%进行撒布所得黏结性能最佳。UHPC-环氧树脂黏结剂-SMA组合结构的黏结性能与剪切性能在所选组合结构中表现十分优异,且温度敏感性低。对推荐界面黏结材料成型复合梁试件进行五点弯曲试验,发现选择性能优良防腐层与防水黏结层材料,可替代部分剪力钉,其它性能均满足使用要求。通过钢板-UHPC-沥青磨耗层之间功能材料筛选与联接性能、路用性能等试验分析,形成性能优良、且可替代部分剪力钉的刚性铺装方案,这对指导钢桥面刚性铺装结构设计及应用具有一定的工程价值。
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