【正文】 49 模擬攤鋪碾壓溫度下降對(duì)強(qiáng)度的影響 51 試驗(yàn)研究結(jié)論 51第八章 鋪裝復(fù)合結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn) 52 試驗(yàn)設(shè)備選擇 52 試件制作 53 復(fù)合結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎疲勞試驗(yàn) 54第九章 環(huán)氧瀝青混凝土關(guān)鍵施工工藝研究 56 環(huán)氧瀝青容留時(shí)間研究 56 56 容留時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn) 57 容留時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn) 58 容留時(shí)間的確定 59 混合料出料溫度范圍的確定 59 環(huán)氧瀝青碾壓規(guī)律研究 61 施工中國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料溫度變化規(guī)律 61 碾壓工藝的確定 61 小結(jié) 62第十章 基于全壽命周期理論的經(jīng)濟(jì)性分析 62 全壽命周期成本理論 62 環(huán)氧瀝青材料橋面鋪裝的優(yōu)勢(shì) 64 環(huán)氧瀝青材料橋面鋪裝的經(jīng)濟(jì)性分析 65第十一章 鋪裝技術(shù)研究結(jié)論 66參考文獻(xiàn) 67第一章 概述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 橋面鋪裝是指為了保證車輛安全舒適地通過橋面，在其上鋪筑的防護(hù)面層，是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分。在剪切荷載作用下，橋面鋪裝容易在這一層產(chǎn)生推移。 國外對(duì)水泥混凝土橋的橋面鋪裝層設(shè)計(jì)（包括鋪裝材料選擇和厚度、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)）主要是基于材料性能試驗(yàn)之上的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。（2）需要結(jié)合橋面鋪裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究驗(yàn)證橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法。于是本研究將開展水泥混凝土橋面耐久性鋪裝研究。（1）開裂類開裂破壞的主要原因，一方面是施工中結(jié)構(gòu)縫處理不當(dāng)，留下隱患，在車輛荷載的反復(fù)作用下，導(dǎo)致瀝青混凝土鋪裝層中產(chǎn)生反射裂縫；另一方面是由于橋面系中加勁部件的作用，使鋪裝層中出現(xiàn)負(fù)彎矩區(qū)域或?qū)е落佈b層中出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，在車輛荷載作用下出現(xiàn)疲勞裂縫。對(duì)于連續(xù)梁橋、拱橋及懸臂梁橋等橋型結(jié)構(gòu)，由于荷載的作用主梁上部產(chǎn)生負(fù)彎矩或拉應(yīng)力，使橋面鋪裝層受到拉應(yīng)力的作用而產(chǎn)生負(fù)彎矩并產(chǎn)生裂縫，從而造成橋面鋪裝的損壞。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，鋪裝層施工的壓實(shí)總是存在這樣那樣的問題。s R 。在橋梁工程中，我國對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工都十分重視，但對(duì)橋面鋪裝技術(shù)沒有引起足夠的關(guān)注，為此交通部正在對(duì)問題較多、數(shù)量較大的水泥混凝土橋面上的瀝青混凝土鋪裝技術(shù)進(jìn)行研究，以提高橋面的行車使用性能和使用壽命。一旦出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，橋面鋪裝層將很快發(fā)生破壞，橋面鋪裝層與橋面板之間脫層可以認(rèn)為是橋面鋪裝的完全破壞。因此，合理的鋪裝結(jié)構(gòu)才能使各部分發(fā)揮最大的功能效用。表41 鋪裝體系計(jì)算參數(shù)項(xiàng)目厚度（cm）模量（MPa）泊松比鋪裝上層1800鋪裝下層2000橋面板36000 雙輪均布荷載。 局部梁段鋪裝體系模型不同荷位下的整橋鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)與局部鋪裝體系模型的對(duì)比結(jié)果見表43。測(cè)得的主要指標(biāo)為環(huán)氧瀝青的抗拉強(qiáng)度和破壞時(shí)的應(yīng)變。(2) 粘度溫度變化規(guī)律對(duì)比上三圖可以看出，隨著試驗(yàn)溫度的提高，5210型國產(chǎn)環(huán)氧瀝青的粘度時(shí)間曲線漸陡。mm1≥3000凍融劈裂試驗(yàn)TSR /%≥70 路用性能試驗(yàn)研究 固化馬歇爾強(qiáng)度%、%、%制作馬歇爾試件，并將成型好的試件放入120℃烘箱中固化4小時(shí)、6小時(shí)與8小時(shí)，然后測(cè)定其物理指標(biāo)及馬歇爾強(qiáng)度，用于模擬橋面環(huán)氧瀝青混凝土養(yǎng)護(hù)后及長期強(qiáng)度。小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表710。第七章 防水粘結(jié)層材料性能試驗(yàn)鋪裝層與橋面板之間的良好結(jié)合是橋面鋪裝與橋面板協(xié)同工作的關(guān)鍵，它直接影響到鋪裝的耐久性。具體試驗(yàn)結(jié)果如下表71。②在模擬面層攤鋪碾壓溫度下降情況下，剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在面層攤鋪碾壓后，防水層已具有滿足通車要求的剪切強(qiáng)度(公路工程質(zhì)量檢測(cè)規(guī)程要求剪切強(qiáng)度≥）。 小梁加載示意圖 試件制作為能準(zhǔn)確反映加鋪層復(fù)合結(jié)構(gòu)的疲勞性能，需對(duì)“下層環(huán)氧瀝青混凝土+上層SMA”復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。表81 不同瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)變水平（微應(yīng)變）SMA16+AC20EA+SMA13600180770700108820132500800760401065009005782067760分別繪出了本試驗(yàn)研究中2種組合結(jié)構(gòu)的小梁彎曲實(shí)驗(yàn)疲勞壽命和應(yīng)變水平的雙對(duì)數(shù)直線圖。試驗(yàn)控制和數(shù)據(jù)采集利用為試驗(yàn)專門開發(fā)的CDAS系統(tǒng)，在微機(jī)上運(yùn)行。表74 不同粘結(jié)層的層間粘結(jié)強(qiáng)度界面試驗(yàn)方法SBS瀝青環(huán)氧瀝青乳化SBS瀝青改性環(huán)氧瀝青砼和SBS砼之間剪切試驗(yàn)（20℃）拉拔試驗(yàn)（20℃） 模擬攤鋪碾壓溫度下降對(duì)強(qiáng)度的影響 在面層攤鋪碾壓過程中，因面層混合料攤鋪溫度約在120℃，混合料溫度降至60℃一般約需1～，故有必要研究防水粘結(jié)層在面層混合料攤鋪溫度作用下的強(qiáng)度增長規(guī)律，以便研究防水層的路用性能檢測(cè)指標(biāo)。待試件完全冷卻固化后，用鉆芯機(jī)鉆孔，孔徑為φ50mm，直鉆孔到水泥混凝土梁板位置取出鉆頭，用快凝環(huán)氧樹脂將拉頭粘在瀝青混凝土表面，養(yǎng)護(hù)12h后，將芯樣放于拉力試驗(yàn)儀中，以加載速度為50mm/min對(duì)拉桿加力，直至芯樣破壞。試驗(yàn)時(shí)試件首先在25℃下浸水20min，隨后在18℃低溫箱中放置16h，60℃水浴中恒溫24h，再在25℃水中浸泡2h后測(cè)試，試驗(yàn)如表614所示。2mm) 30mm(177。③馬歇爾試驗(yàn)%條件下制作馬歇爾試件，放置室溫次日脫膜，然后測(cè)試其相關(guān)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表67。、℃、115℃、120℃時(shí)的粘度隨時(shí)間變化曲線（粘時(shí)曲線）。環(huán)氧瀝青由這兩組分經(jīng)復(fù)雜的化學(xué)改性而成。經(jīng)過計(jì)算得出三種橫向荷位作用下鋪裝結(jié)構(gòu)最大橫向拉應(yīng)力和最大縱向拉應(yīng)力出現(xiàn)的位置均為跨中35m段1/4跨處，而鋪裝與橋面板之間的剪應(yīng)力峰值出現(xiàn)在每跨的一端附近。整橋兩端根據(jù)設(shè)計(jì)資料邊界設(shè)為固結(jié)，每跨兩端底部橋墩處設(shè)為固結(jié)，體現(xiàn)連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 國產(chǎn)環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料集防水與粘結(jié)功能于一體，它具有高粘結(jié)強(qiáng)度的同時(shí)還有良好的適應(yīng)變形能力。(2)應(yīng)具備優(yōu)良的抗疲勞性能：橋面鋪裝在周期性荷載作用，及較高的變形作用下疲勞破壞現(xiàn)象較為明顯，因此要求橋面鋪裝材料具有較強(qiáng)的抵抗疲勞破壞的能力。另外，在歐洲如法國等采用高模量瀝青混合料基層也取得了良好的功效。由于橋面板與鋪裝層材料不同，且施工時(shí)間有先后，這樣在兩者之間必然存在著界面，而界面連接的好壞將直接影響兩者的共同受力和協(xié)調(diào)變形；鋪裝層的厚度與設(shè)計(jì)方式存在一定的隨意性和認(rèn)識(shí)上的不足，很多橋面鋪裝層的破壞起源于界面的缺陷以及鋪裝層的薄弱的設(shè)計(jì)構(gòu)造[14]。橋面板上的鋪裝層一經(jīng)開裂，在車輪的動(dòng)力荷載作用下，彼此間的縫隙越來越大，直到松散剝落。其三是在所調(diào)查的氣候區(qū)內(nèi)的瀝青混凝土橋面鋪裝，存在各種類型的裂縫，有發(fā)生在橋梁或橋面連續(xù)部位、伸縮縫附近、橋梁腹板、支座附近、濕接縫處等各種結(jié)構(gòu)性裂縫，也有位于行車帶的縱向或龜裂狀疲勞裂縫，和橫向溫度收縮裂縫或其它不規(guī)則裂縫等瀝青混凝土鋪裝裂縫[9]。（5）實(shí)體工程及鋪裝體系施工工藝與控制研究結(jié)合以上研究成果，在實(shí)體工程上進(jìn)行防水層和鋪裝層施工，檢驗(yàn)防水材料性能、鋪裝層實(shí)際使用效果，研究合理的施工工藝及質(zhì)量控制措施。在這幾種瀝青鋪裝層中，環(huán)氧瀝青混凝土具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，環(huán)氧瀝青鋪裝在美國、加拿大、荷蘭和澳大利亞等國家得到大量應(yīng)用，國內(nèi)的一些橋面鋪裝也多是采用進(jìn)口的環(huán)氧瀝青，價(jià)格高，隨著我國橋梁工程建設(shè)的不斷發(fā)展，自主開發(fā)環(huán)氧瀝青技術(shù)和環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。橋面鋪裝已經(jīng)成為水泥混凝土橋梁建設(shè)工程中的工程人員關(guān)注的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。環(huán)氧瀝青一般由A和B組分混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)固化而成，其化學(xué)反應(yīng)是不可逆的。防水粘結(jié)材料主要包括熱熔型防水粘結(jié)材料、溶劑型防水粘結(jié)材料和熱固性防水粘結(jié)材料[4] 。由于瀝青混凝土鋪裝能大大緩和行車對(duì)橋面板的沖擊，較易達(dá)到平穩(wěn)舒適的要求，因此國內(nèi)外絕大部分水泥混凝土橋均采用瀝青混凝土柔性鋪裝。乳化瀝青粘結(jié)層在國內(nèi)使用較多，如西陵長江大橋。目前常用的橋面防水粘結(jié)材料主要有乳化瀝青、改性乳化瀝青、涂料、SBS卷材、APP卷材等，隨著國產(chǎn)環(huán)氧瀝青材料的研發(fā)成功，該高性能防水粘結(jié)材料也開始得到應(yīng)用推廣[56]。目前國內(nèi)己明確瀝青橋面鋪裝必須由防水粘結(jié)層和瀝青鋪裝層組成，但對(duì)橋面防水粘結(jié)的研究和試驗(yàn)才剛剛起步。①橋面瀝青混凝土鋪裝層病害調(diào)查；②橋面防水狀況調(diào)查和鋪裝結(jié)構(gòu)調(diào)查；③水泥混凝土橋面板病害及腐蝕狀況調(diào)查。鋪裝層表面的松散集料會(huì)降低抗滑能力，并被行車輪胎帶起甩在行車道上，引起其他問題，嚴(yán)重地影響了行車的安全性和舒適性。實(shí)際上，由于橋面系的加勁部件的存在，使得剛?cè)徜佈b層體系的受力狀態(tài)更加復(fù)雜，使用條件更為苛刻。水是導(dǎo)致瀝青鋪裝層損壞的主要原因之一，設(shè)計(jì)合理的橋面排水系統(tǒng)并保證其暢通顯得非常必要[12]。鋪裝層質(zhì)量和使用耐久性直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁的耐久性及投資效益。運(yùn)用國內(nèi)外的長壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念，結(jié)合己有的水泥混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法，借鑒其合理的方面，改進(jìn)其不足，將力學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)合起來，相互驗(yàn)證，得到能使鋪裝使用壽命大幅度提高的研究方法，將是一件對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)非常有意義的事情[19]。 耐久性鋪裝材料優(yōu)選與結(jié)構(gòu)確定保證鋪裝層與水泥混凝土板的良好結(jié)合是減少鋪裝層病害的重要前提，必須重視防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)。（二）局部梁段鋪裝體系模型，考慮整橋某一典型梁段，采用板殼單元模擬，鋪裝采用實(shí)體單元離散，通過剛性連接實(shí)現(xiàn)兩種剛度結(jié)構(gòu)共同承受外荷載作用[24]。 集中荷載作用在跨中段 鋪裝結(jié)構(gòu)受力控制荷位用公路I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)車的單后軸雙輪均布荷載代替集中荷載，進(jìn)行跨中段加密后的鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的受力控制荷位為荷位2。每組6個(gè)試件，抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率取其均值。 第六章 耐久性鋪裝下面層混合料試驗(yàn)研究（1）環(huán)氧瀝青本工程采用水泥混凝土橋面用環(huán)氧瀝青作為環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)合料使用，其具體的技術(shù)指標(biāo)見表61。%，利用輪碾成型法制作標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)試件，車轍板試件在120℃條件下固化6小時(shí)。評(píng)價(jià)混合料水穩(wěn)定性的方法分為兩類：一類是瀝青礦料的粘附性試驗(yàn)；另一類是瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)，測(cè)定瀝青混合料在浸水前后力學(xué)性能的變化，以浸水后的力學(xué)性質(zhì)與原性質(zhì)的對(duì)比作為對(duì)水穩(wěn)定性能的間接量度。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)(1) 剪切試驗(yàn) 進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)的目的是為了確定防水粘結(jié)層抵抗剪切的能力，評(píng)價(jià)瀝青混凝土與防水粘結(jié)層、水泥混凝土面板與防水粘結(jié)層之間的粘結(jié)力。 不同防水材料性能研究按規(guī)定用量將配好的粘結(jié)材料涂刷于水泥板表面（成型標(biāo)號(hào)不低于C50的水泥板）或鋼板表面（經(jīng)除銹、防銹涂裝處理）進(jìn)行不同防水材料的剪切與拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表72。在各種試驗(yàn)情況下均符合材料性能指標(biāo)與規(guī)范要求。關(guān)于試件尺寸和集料最大粒徑的關(guān)系，AASHTO規(guī)定：切制試件，長度不小于公稱最大粒徑的4倍，厚度或?qū)挾炔恍∮诠Q最大粒徑的1～；碾壓成型的試件，厚度不小于公稱最大粒徑的1～。加工好的試件要在室溫下冷卻4h，然后在試驗(yàn)前夕將小梁試件放入保溫箱中保溫養(yǎng)護(hù)6h。（4）通過模擬攤鋪碾壓溫度下降對(duì)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)得出在面層攤鋪后，防水粘結(jié)層具有滿足通車要求的剪切與拉拔強(qiáng)度。乳化瀝青、SBS瀝青在20℃的環(huán)境溫度下具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可見環(huán)氧瀝青比其它防水粘結(jié)材料具有更好的粘結(jié)性能。預(yù)制厚5cm的水泥混凝土試件，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，將試件切割成尺寸為5050110mm的長方體，測(cè)試所能施加的最大破壞荷載P。(1) 浸水馬歇爾試驗(yàn)浸水馬歇爾試驗(yàn)方法規(guī)定試件在恒溫水槽中的保溫時(shí)間為48h，其余均與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)方法相同。試驗(yàn)結(jié)果見表611。表62　礦料的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法項(xiàng) 目單位技術(shù)要求試驗(yàn)方法磨耗損失%≤22JTGE422005（T03172005）壓碎值%≤12JTGE422005（T03212005）針片狀含量%≤15JTGE422005（T03122005）視密度g/cm3≥JTGE422005（T030402005）砂當(dāng)量%≥60JTGE422005（T033402005）礦粉的技術(shù)要求見表63。標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下兩種環(huán)氧瀝青拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表53和表54?；▓@路跨線橋的主要受力控制指標(biāo)值如下：。 三種橫向荷位下的鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分布，鋪裝結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下受力集中區(qū)域范圍縱、橫向均為1m左右。第一種模型和第二種模型均沒有考慮整橋變形的影響，邊界條件采用簡單的固結(jié)。 （2）鋪裝下面層混合料鋪裝下面層有如下功能要求：力學(xué)分析表明車輛荷載作用位置下方1cm7cm的范圍內(nèi)都是高剪應(yīng)力區(qū)域且上下層鋪裝的溫度十分接近，所以鋪裝下層材料的高溫穩(wěn)定性也必須得到重視；同時(shí)，下面層還應(yīng)有對(duì)水泥混凝土板的良好追從性；此外，下面層混合料還應(yīng)具有較高的模量、較好的抵抗變形的能力和良好的密水性。 橋面耐久性鋪裝的基本要求我國《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ01497)對(duì)水泥混凝土橋面上設(shè)置瀝青混合料鋪裝層時(shí)，提出了瀝青面層應(yīng)與水泥混凝土橋面板粘結(jié)牢固、防水滲入、抗滑耐磨、低溫抗開裂、高溫抗車轍、抗剝離的性能要求。橋面瀝青鋪裝層的設(shè)計(jì)與施工仍沿用傳統(tǒng)的路用瀝青混合料工藝，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)橋面鋪裝層一般不作專門的計(jì)算分析，為橋面鋪裝的早期損害埋下了隱患，橋面鋪裝一旦破壞，就必須重修或重新鋪設(shè)，所造成的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的損失是不可估量的。但是調(diào)查中發(fā)現(xiàn)很多橋面的泄水孔處于堵塞狀態(tài)，沒有起到排水作用，也造成了鋪裝層在雨季經(jīng)常處于飽水狀態(tài)。橋面鋪裝層材料設(shè)計(jì)有可能因片面強(qiáng)調(diào)材料的某一方面的性能而削弱了其它與其相對(duì)的性能。如果瀝青混合料的礦料級(jí)配不當(dāng)，細(xì)集料偏多，瀝青用量偏大，或者集料質(zhì)地軟弱，缺少棱角，或是在拌合、運(yùn)輸和攤鋪過程中產(chǎn)生離析，在鋪裝層的使用過程中，都容易造成瀝青泛油或者鋪裝層表面集料逐漸磨光，導(dǎo)致鋪裝層表面光滑。⑤橋面鋪裝病害機(jī)理分析及其與鋪裝體系（橋面防水、