【正文】 本文按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ0522000）規(guī)定的輪碾法成型大車轍板，尺寸為40cm30cm10cm ，待車轍板冷卻、脫模后，采用雙面鋸切割成小梁，50mm400mm。（3）。界面試驗(yàn)方法溫度SBS瀝青環(huán)氧瀝青乳化SBS瀝青改性雨虹防水水泥混凝土之間剪切試驗(yàn)20℃拉拔試驗(yàn)20℃鋼板之間剪切試驗(yàn)20℃拉拔試驗(yàn)20℃環(huán)氧瀝青的性能均優(yōu)于其它防水粘結(jié)材料。根據(jù)水泥混凝土橋面鋪裝的實(shí)際使用條件，本課題組進(jìn)行了0℃、23℃、60℃的粘結(jié)層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。本研究中采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)環(huán)氧瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。車轍試驗(yàn)在60℃溫度條件下進(jìn)行。表61 環(huán)氧瀝青鋪裝層材料技術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目單位技術(shù)要求試驗(yàn)方法拉伸強(qiáng)度（20℃，MPa）≥ASTMD638斷裂時(shí)的延伸率（20℃，%）≥50ASTMD638熱固性（300℃）不熔化小試件放在熱鋼板上（2）礦料 采用河北易縣生產(chǎn)的玄武巖礦料，礦料的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法如表62。 試件成型模具抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：p——抗拉強(qiáng)度（MPa）； P——斷裂時(shí)的負(fù)荷（N）； S——試件的截面積（mm2）斷裂延伸率按下式計(jì)算：式中：ε——斷裂延伸率（％）； L1——試件斷裂時(shí)的標(biāo)距（mm）； L——試件初始標(biāo)距（mm）。（3）不同荷位下的整橋鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)要略大于局部模型的計(jì)算結(jié)果。 網(wǎng)格加密后的均布荷載作用位置沿橋面橫向的布置、縱向拉應(yīng)力及鋪裝與橋面板層間剪應(yīng)力的應(yīng)力分布云圖。（三）整橋到鋪裝體系的邊界條件轉(zhuǎn)換，首先，采用“一維”桿系單元建立三維整橋有限元模型，鋪裝結(jié)構(gòu)質(zhì)量考慮在主梁二期恒載上，在單位移動(dòng)荷載作用下確定針對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)的最不利梁段；其次，采用“二維”板殼建立最不利梁段有限元模型，將整橋結(jié)構(gòu)分析的力學(xué)響應(yīng)作為邊界條件施加在局部梁段模型上，鋪裝結(jié)構(gòu)質(zhì)量作為均布荷載布設(shè)在局部梁段鋼板上，計(jì)算得出受力集中區(qū)域；最后，在局部梁段模型上截取受力集中區(qū)域，采用“三維”實(shí)體單元建立局部鋪裝體系模型，將局部梁段力學(xué)響應(yīng)作為邊界條件施加在鋪裝體系模型上，計(jì)算得出鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)[25]。（1）鋪裝上面層混合料鋪裝上面層有如下功能要求：在橋面鋪裝中，較高的路表拉應(yīng)力會(huì)路面內(nèi)部拉應(yīng)力會(huì)使輪跡帶附近出現(xiàn)裂縫，這就要求鋪裝上層瀝青混合料的石料和瀝青之間必須有良好的粘結(jié)性能；同時(shí)，力學(xué)分析表明上面層（車輛荷載作用位置下方1cm7cm的范圍內(nèi)）是高剪應(yīng)力區(qū)域，要求鋪裝上層材料的高溫穩(wěn)定性必須得到重視；此外，橋面鋪裝上面層還應(yīng)滿足抗滑、耐磨、防水等要求。同時(shí)，在鋪裝耐久性方面有很多關(guān)鍵的地方值得研究，例如，何種鋪裝材料與結(jié)構(gòu)組合能實(shí)現(xiàn)耐久性鋪裝；哪些設(shè)計(jì)指標(biāo)能有效控制鋪裝病害的產(chǎn)生；如何讓鋪裝層層間穩(wěn)定性滿足耐久性鋪裝的要求等。目前，現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)橋面瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要從所用材料、工藝及厚度等方面作了指導(dǎo)性的說明，沒有具體的設(shè)計(jì)理論與方法。如果橋面鋪裝體系的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，滲入的水分無法及時(shí)排出，加劇了鋪裝層的損壞。顯然，在交通量大、重型車、超載車輛增多的現(xiàn)實(shí)情況下，橋面鋪裝還停留在過去經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的道路交通需要。（4）表面損壞表面損壞主要包括瀝青混凝土本身設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的泛油、集料磨光等破壞形式。④橋面耐久性影響因素分析。交通部剛剛頒布實(shí)施的《路橋用水性瀝青基防水涂料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還有很多不完善之處，在橋面防水粘結(jié)材料選擇上存在盲目性。 我國(guó)水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝厚度一般為6~8cm，特殊情況下增至10cm；鋪裝層采用雙層結(jié)構(gòu)，下面層采用3~4cm整平層，采用中粒式瀝青混凝土；表面層的厚度和混合料類型與其相鄰橋頭引線的行車道上的瀝青表面層的厚度、混合料級(jí)配類型相同，以便與橋頭引線部分一起施工，減少接縫?？扇苄詾r青橡膠在日本使用較多，明石海峽大橋鋪裝粘結(jié)層采用的即是這種材料。但由于瀝青材料本身的缺陷，以及對(duì)橋面鋪裝體系認(rèn)識(shí)的不足，目前國(guó)內(nèi)外水泥混凝土橋面鋪裝大多會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的早期病害[23]，其使用耐久性遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而大大降低了橋梁主體結(jié)構(gòu)的使用耐久性，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。歐美自 20 世紀(jì) 60 年代已開始大量采用橋面防水層。熱固性粘結(jié)材料主要指環(huán)氧瀝青。 研究意義及目的 水泥混凝土橋面鋪裝對(duì)橋梁使用功能的發(fā)揮起著重要作用，橋面鋪裝的破壞不但會(huì)影響交通運(yùn)輸，同時(shí)會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于瀝青混凝土橋面具有良好的行駛性能，適合應(yīng)用于大跨徑橋梁，世界各國(guó)的橋面鋪裝多采用瀝青混凝土體系，各國(guó)的研究者結(jié)合本國(guó)的國(guó)情，對(duì)鋪裝層混合料的性能和結(jié)構(gòu)形式分別作出了特殊的規(guī)定，目前常用的橋面鋪裝層材料主要有四類：普通改性瀝青混凝土、澆注式瀝青混凝土、改性瀝青SMA、環(huán)氧瀝青混凝土。①按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)目的，對(duì)不同鋪裝體系進(jìn)行層間剪切、層間拉拔試驗(yàn)等，評(píng)價(jià)鋪裝體系的有效性，并提出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；②對(duì)不同鋪裝體系進(jìn)行各項(xiàng)路用性能試驗(yàn)，提出鋪裝層路用性能技術(shù)要求；③通過與其他類型改性瀝青路用性能比較，分析其提早開放交通的可行性。其二是推移、擁包等的熱穩(wěn)性病害的發(fā)生率也較高，屬于橋面鋪裝的高發(fā)病害類型。由于水泥混凝土橋面板與瀝青鋪裝層材料差異較大，它們之間若不設(shè)置防水粘結(jié)層難以有效形成受力整體。 橋面鋪裝層病害控制指標(biāo)實(shí)際的橋面鋪裝層都要參與橋梁主體結(jié)構(gòu)受力、與橋梁主體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形、直接承受車輛的輪載[13]。控制基層的疲勞開裂成為長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，美國(guó)各州基于這點(diǎn)做了大量的研究工作，基本上可以概括為兩點(diǎn)：采用改性瀝青；增加瀝青層的厚度以降低瀝青層層底的彎拉應(yīng)變。因此對(duì)橋面鋪裝應(yīng)有較高的材料性能要求和結(jié)構(gòu)要求，以適應(yīng)其耐久性的要求，主要有以下幾個(gè)方面的要求： (l)應(yīng)具備良好的高低溫穩(wěn)定性：在夏季高溫季節(jié)，瀝青混凝土鋪裝從上到下溫度都非常高(可高達(dá)70℃) [20]，為了有效防止車轍、推擠、擁包等永久變形，橋面鋪裝必須具備優(yōu)良的高溫抗蠕變和抗剪切性能。（3）防水粘結(jié)層材料通過文獻(xiàn)查閱可知防水粘結(jié)層材料可從以下幾個(gè)方面來考慮： ①具有很好的不透水性，在橋面各種情況下都應(yīng)該是不透水，包括交通荷載造成的空隙水瞬間水壓力； ②在橋面可能遇到的溫度情況下，保證具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性； ③要求防水材料應(yīng)具有優(yōu)良的耐久性能； ④與其他材料的協(xié)調(diào)性； ⑤施工的可操作性。 水泥混凝土梁與鋪裝耦合作用的整橋結(jié)構(gòu)模型為精確計(jì)算鋪裝結(jié)構(gòu)在車載作用下的力學(xué)響應(yīng)，在建立有限元模型時(shí)，對(duì)鋪裝體系模型不進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立含鋪裝結(jié)構(gòu)的整橋三維有限元模型，選取實(shí)體單元對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的三維變形。鋪裝與橋面板之間的層間剪應(yīng)力在三種橫向荷位作用情況下分布規(guī)律類似。兩者都由兩組分組成：其中，組分A為環(huán)氧樹脂和組分B為一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質(zhì)合成物。對(duì)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青5210型選取不同試驗(yàn)溫度，分別測(cè)定國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青的粘度隨時(shí)間變化值，并繪制成曲線，進(jìn)而總結(jié)歸納出國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青的粘度隨溫度、時(shí)間的變化規(guī)律。表66　混合料的合成級(jí)配計(jì)算結(jié)果表篩孔mm16 合成級(jí)配100 設(shè)計(jì)級(jí)配100 96 84 62 43 28 18 12 8 6 100 90 70 53 38 28 21 15 12②最佳油石比的確定%粗估油石比為中心，％為間隔，增大2組，減小2組進(jìn)行最佳油石比的確定，根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，分別測(cè)試密度、穩(wěn)定度、流值、空隙率、瀝青飽和度、礦料間隙率與油石比之間的關(guān)系，利用馬歇爾試驗(yàn)方法，%。，試件尺寸為250mm(177。凍融試驗(yàn)包括真空飽水，低溫凍融、高溫水浴、常溫水浴四個(gè)過程，可用以模擬冬季瀝青混合料路面的實(shí)際工作狀況。與剪切試驗(yàn)同，利用車轍板預(yù)制厚5cm的水泥混凝土試件上，然后按“表面處理——涂刷防水粘結(jié)層——碾壓瀝青混凝土鋪裝”的順序成型試件。結(jié)果見表74。試驗(yàn)中可設(shè)置不同的環(huán)境溫度和加載頻率，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)到試驗(yàn)信號(hào)。如表81所示，分別給出了2種不同組合結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)變水平下的疲勞試驗(yàn)結(jié)果。此外，制作了SMA16+AC20雙層混合料復(fù)合結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。 試驗(yàn)研究結(jié)論東南大學(xué)橋面鋪裝課題組對(duì)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青原材料的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，試驗(yàn)結(jié)果在確保材料優(yōu)良性能的同時(shí)，指導(dǎo)橋面鋪裝的施工工藝的制定。表71 不同固化時(shí)間對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響試驗(yàn)類型0min30min60min270min剪切強(qiáng)度（MPa）拉拔強(qiáng)度（MPa）水泥板斷裂從表71中可以看出： ①國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料的強(qiáng)度性能隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，強(qiáng)度均符合規(guī)范要求。從國(guó)內(nèi)外橋面鋪裝的破壞情況看，粘結(jié)層破壞是鋪裝破壞的主要類型之一。 彎曲試驗(yàn)的小梁試件表612 15℃小梁低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果混合料類型抗彎拉強(qiáng)度/MPa最大彎拉應(yīng)變/10179。試驗(yàn)結(jié)果如表610所示。試驗(yàn)溫度110℃時(shí)，瀝青粘度達(dá)到3000MPaS需要49分鐘；115℃時(shí)，需要44分鐘；120℃時(shí)，只需要42分鐘。，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度應(yīng)為23177?？梢娬麡蜾佈b結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)要略大于局部模型的計(jì)算結(jié)果。 雙輪均布荷載作用下的整橋鋪裝結(jié)構(gòu)模型 鋪裝結(jié)構(gòu)受力控制荷位除了整橋每跨的縱坡變化，兩端及跨中部分的截面尺寸有少許區(qū)別，其他每跨均沒有較大區(qū)別，并且橋面鋪裝在車輛荷載作用下的受力具有明顯的區(qū)域性集中性，因此，沒有必要進(jìn)行移動(dòng)車輛荷載沿整橋橋面縱向運(yùn)動(dòng)的鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析。本研究充分利用國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青粘結(jié)料的優(yōu)良的粘結(jié)性能，以及國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土的追從性、耐久性、防水性特點(diǎn)，以此作為水泥混凝土橋面的防水粘結(jié)層和鋪裝下面層；鋪裝的上面層采用SMA瀝青混凝土，以便能夠迅速開放交通，即環(huán)氧瀝青粘結(jié)層＋+，形成新型耐久性水泥混凝土橋面鋪裝。因此層間粘結(jié)力是橋面鋪裝正常工作的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)水泥混凝土橋面鋪裝耐久性研究較少，有的學(xué)者僅從級(jí)配設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面進(jìn)行研究[18]；有的研究者致力于材料方面的研究，試圖提高材料的性能或?qū)ふ腋鼉?yōu)良的材料；有的通過試驗(yàn)來測(cè)定結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力情況；有的通過有限元計(jì)算，來確定各個(gè)部分的應(yīng)力水平。 （3）鋪裝層表面在行車道的輪跡帶上出現(xiàn)車轍的破壞。特別在鋪裝層的邊緣壓路機(jī)不易壓到的地方，或者壓路機(jī)的噸位較輕，經(jīng)常出現(xiàn)壓實(shí)不夠，空隙率偏大，在車輛荷載的反復(fù)作用下，容易引起鋪裝層的早期水損[11]。此外，隨著材料工業(yè)的發(fā)展，橋梁承重結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使橋梁主梁能以較柔的結(jié)構(gòu)達(dá)到受力的要求，高等級(jí)公路大跨徑橋梁的橫向越來越寬，在設(shè)計(jì)計(jì)算中側(cè)重于主梁縱向的計(jì)算分析，對(duì)橋梁橫向剛度重視不足，橫向構(gòu)造措施不利也使橋面鋪裝分擔(dān)了過多的次內(nèi)力。（2）變形類 變形類主要包括輪跡帶附近的車轍及推移、擁包等，如圖 所示。擬從力學(xué)分析、鋪裝結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、防水粘結(jié)層設(shè)計(jì)與施工工藝等幾方面進(jìn)行水泥混凝土橋面耐久性鋪裝的研究，把新材料環(huán)氧瀝青和耐久性鋪裝結(jié)構(gòu)有效相結(jié)合，力求大幅提高水泥混凝土橋面的防水、防脫層、鋪裝層的防常見病害等路用性能，并且有效地保護(hù)水泥混凝土橋面板，從而延長(zhǎng)橋面鋪裝層的使用壽命，達(dá)到耐久性鋪裝的目的。在實(shí)際橋梁工程設(shè)計(jì)中，橋面鋪裝只是作為橋梁結(jié)構(gòu)的附屬結(jié)構(gòu)，一般不作專門的計(jì)算分析，現(xiàn)行規(guī)范只是對(duì)橋面鋪裝的做法、材料、厚度做了指導(dǎo)性說明。例如，對(duì)鋪裝層厚度的設(shè)計(jì)，各國(guó)根據(jù)本國(guó)的經(jīng)驗(yàn)而采用不同的厚度值，日本主張采用60~75mm，歐美一些國(guó)家則采用40mm左右；對(duì)瀝青混凝土種類的選擇各國(guó)也不相同，但均盡量采用優(yōu)質(zhì)的瀝青混凝土來提高橋面鋪裝的耐久性能。因此，要求粘結(jié)層材料在鋪裝高溫范圍以內(nèi)較硬，具有足夠的抗剪切能力。耐久性水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)與材料研究東南大學(xué)橋面鋪裝課題組 二 0一0 年三月 第一章 概述 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 4 研究意義及目的 6 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 8第二章 水泥混凝土橋面鋪裝病害調(diào)查及分析 11 水泥混凝土橋面鋪裝病害類型 11 病害成因分析 14 橋面鋪裝層力學(xué)分析 14 鋪裝層結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì) 15 鋪裝層施工 15 鋪裝層養(yǎng)護(hù) 16 17 橋面鋪裝層病害控制指標(biāo) 17第三章 橋面耐久性鋪裝與結(jié)構(gòu)材料研究 18 橋面耐久性鋪裝研究背景 19 橋面耐久性鋪裝的基本要求 20 耐久性鋪裝材料優(yōu)選與結(jié)構(gòu)確定 21第四章 水泥混凝土橋面耐久性鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析 23 考慮整橋結(jié)構(gòu)變形的水泥混凝土橋面鋪裝受力分析 23 水泥混凝土梁與鋪裝耦合作用的整橋結(jié)構(gòu)模型 24 鋪裝結(jié)構(gòu)受力控制荷位 26 整橋集中荷載作用下的最不利鋪裝段 27 鋪裝結(jié)構(gòu)受力控制荷位 28 鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng) 29 小結(jié) 30第五章 環(huán)氧瀝青性能研究 31 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)與要求 31 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青拉伸試驗(yàn) 33 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青粘度試驗(yàn) 35第六章 耐久性鋪裝下面層混合料試驗(yàn)研究 39 41 路用性能試驗(yàn)研究 42 固化馬歇爾強(qiáng)度 42 高溫穩(wěn)定性能 43 低溫性能 43 水穩(wěn)定性能 44 材料試驗(yàn)研究小結(jié) 46第七章 防水粘結(jié)層材料性能試驗(yàn) 46 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 47 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料性能研究 48 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律 48 不同防水材料性能研究