钢桥面铺装材料与技术的研究与现状

田宁宁;陈露一

【摘 要】This article first introduces the characteristics of steel bridge deck pavement and the typical pavement structure at home and abroad.And then introduces the three kinds of common bridge deck pavement materials:Gussasphalt Concrete,Stone Mastic Asphalt and Epoxy Asphalt Concrete,and its performance advantages and disadvantages are compared.At last,the development of the steel bridge deck pavement materials and technology are prospected.%首先介绍了钢桥面铺装的特点及其国内外典型的铺装结构;然后着重介绍了三种常用的桥面铺装材料:浇注式沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石和环氧沥青混凝土,并对其性能优缺点进行比较;最后对钢桥面铺装材料和技术的发展进行了展望. 【期刊名称】《建材世界》 【年(卷),期】2017(038)001 【总页数】4页(P47-50)

【关键词】浇注式沥青混凝土;沥青玛蹄脂碎石;环氧沥青混凝土;技术 【作 者】田宁宁;陈露一

【作者单位】中铁大桥科学研究院有限公司,武汉 430034;中铁大桥科学研究院有限公司,武汉 430034 【正文语种】中 文

桥面铺装是桥面板上的保护层，起到保护梁主体的作用，并为行车提供舒适、安全的路面环境。目前，使用最广泛的桥面铺装材料主要是沥青混合料、水泥混凝土、高分子聚合物等材料。但由于普通水泥混凝土养护期长、维修困难、与钢桥面板粘结性差；而高分子聚合物铺装材料涉及到环保问题，用量也很少。而钢桥面铺装由于一般处于交通要道、通行压力大、受力条件复杂，且长期受风力、日照、水汽等气候条件影响，使得对钢桥面铺装要求比较苛刻。因此，目前钢桥面铺装材料主要是用沥青混合料，并且，随着对钢桥面铺装要求越来越高，也有些新型桥面铺装材料，如高强轻骨料隔热沥青混凝土、纤维增强混凝土等被不断应用于钢桥面铺装。 钢桥面铺装一般由底涂层(提高铺装层与桥面之间的粘结力)、保护层(保护桥面受油、水等物质的侵蚀，并降低上层对桥面的冲击力，厚度约10 mm)、粘结层(为耐磨层与保护层提供足够的粘结力)和磨耗层(双层沥青混凝土铺装，厚度约70 mm)四部分组成。

目前，国际上常用的桥面铺装材料基本上都为沥青混合料，根据材料类型和施工工艺的不同可以分为以下3种：1)以德国、日本为代表的高温拌合浇注式沥青混凝土(分为Gussasphalt，GA和Mastic Asphalt，MA)，通常用于磨耗层的下面层；2)以英国为代表的沥青玛蹄脂碎石(Stone Mastic Asphalt，SMA)，通常用于磨耗层的上面层；3)以美国为代表的环氧沥青混凝土(Epoxy Asphalt，EA)，可以用于耐磨层的上下两层。国外常见的铺装结构如表1所示[1-4]。

从20世纪90年代中期开始，中国钢桥面铺装已经经过了20余年的发展，可以分为三个阶段：1)起步阶段(1995～2002)，主要是引进国外发达国家的先进技术，以双层SMA铺装为主，也有少量的MA铺装和环氧沥青铺装，但使用效果普遍较差；2)改进阶段(2002～2007)，主要针对各大铺装体系存在的问题，提出改进方案；3)发展阶段(2007～至今)，主要是结合我国的桥梁铺装问题，进行重载交通钢桥面铺装以及各大铺装体系进行改进。国内早期钢桥面沥青混凝土铺装如表2所

示。

2.1 浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混凝土(GA)属于热塑性材料，与普通沥青混凝土相比，浇注式沥青混凝土有相对高的粘结剂和填充料浓度，因此具有良好的抗水渗透性和粘结性。由于密实不透水，耐久性好，同时具有良好的粘韧性，与钢桥面有良好的依附性，首先在德国被应用于钢桥面铺装，后广泛用于欧洲、亚洲和美国的大中型桥梁。 英国Forth Road大桥使用单层浇注式沥青混凝土，使用寿命超过30年；青马大桥同样使用了浇注式沥青混凝土，铺装后13年内未发现任何结构问题；日本明石海峡大桥使用浇注式沥青混凝土铺装，自1998年开放通车以来，一直表现出良好的性能。除此之外，日本的广岛大桥、德国的Oberkasseler大桥、英国的Humber大桥、法国的诺曼底大桥、瑞典High Coast大桥以及中国的江阴长江大桥、新东大桥等桥梁均使用了浇筑式沥青混凝土进行桥面铺装[5]。 2.2 沥青玛蹄脂碎石

沥青玛蹄脂碎石(SMA)是在浇注式沥青混凝土基础上为解决车辙问题而发展起来的新型材料，是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂，填充间断级配的粗集料骨架间隙而形成的密实结构混合料[6]。由于增大了粗集料的比例，添加了纤维稳定剂，使得SMA结构具有优异的抗变形能力和高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，SMA的抗变形性能和水稳定性也较好。SMA自20世纪60年代在德国出现后，迅速在欧洲和美国得到应用和推广，主要用于重载道路、机场跑道、桥梁面层等设施的铺装。

1992年，我国在建设首都机场高速公路的过程中首次采用了SMA技术。随着改性沥青SMA路面的不断推广和完善，近几年也逐渐作为桥面铺装材料得到应用。重庆交通科研设计院从1995年起着手开发改性沥青SMA桥面铺装技术。我国采用此技术进行桥面铺装的主要有汕头海湾大桥、厦门海沧大桥、虎门大桥、重庆鹅

公岩长江大桥、武汉军山长江大桥的上面层等，并取得良好的效果。 2.3 环氧沥青混凝土

环氧沥青(EA)最早出现在20世纪50年代后期，是为抵御航空燃料和喷气尾流对机场跑道的损害而发明的特殊改性沥青产品[7-11]。环氧沥青是一种二相化学体系——热固性环氧树脂(连续相) 和普通沥青(分散相)。在拌合前，分别储存在两个容器中(区分为A组分、B组分，技术要求如表3所示)；一旦两部分混合在一起，环氧树脂和固化剂开始进行不可逆的化学反应，并不断增加刚度和强度；经养护后，环氧树脂形成三维连续相，沥青分散其中。环氧沥青是一种热固性材料，具有强度高，韧性好、高温稳定性和低温抗裂性能、水稳定性能和抗疲劳性能优异、抗化学物质侵蚀的能力极强等性能特点。但也存在配制工艺复杂，施工中时间和温度的要求严格，施工难度大，材料及施工成本较高等问题。

环氧沥青混凝土第一次作为桥面铺装材料是在1967年美国修建的San Mateo-Hayward大桥，至今仍保持良好的使用性能。随后，在美国的Golden Gate大桥、巴西Costa de Silva大桥、澳大利亚West Gate大桥、加拿大Lions Gate大桥等桥梁上得到广泛的应用。

而在中国，自20世纪90年代初开始，中国在长江、黄河上修建了一座又一座大跨度桥梁，正交异性桥面板因其轻质、结构强度高、抗震性能好，被广泛应用于大跨度桥梁。这些桥面多用聚合物改性沥青、SMA或GA进行桥面铺装，由于长期受到荷载、风力、高温(高达70 ℃)等综合作用，使用寿命往往较短，通车后很快便出现了耐久性问题，包括虎门大桥和江阴长江大桥等关键性桥梁。为解决这些早期铺装失效问题，环氧沥青混凝土开始应用于桥面铺装，并在2000年建成的南京长江二桥上首次使用。随后，在舟山桃夭门大桥、上海青浦大桥、江苏润扬大桥、南京长江三桥等也成功使用了环氧沥青路面铺装材料。 2.4 三种沥青铺装材料的比较

不同的桥面铺装材料，在材料性能、技术实现条件、施工工艺、工程造价上都有显著的区别，见表4。

通过比较可以看出，环氧沥青混合料的力学性能、高温稳定性、抗疲劳能力更为优秀，但也存在施工工艺困难、工程造价高等缺点。

随着钢桥面铺装技术的发展，一些新材料和新技术也不断涌现出来，先简要介绍高强轻骨料隔热沥青混凝土铺装材料与纤维增强混凝土铺装材料。 3.1 高强轻骨料隔热沥青混凝土

目前，桥梁工程结构向着轻质、高强、大跨、耐久的方向发展，桥梁自重是影响桥梁极限跨度的重要因素，桥面铺装的隔热/隔冷性能也对桥梁寿命有重大影响，因此集轻质、高强、隔热、抗滑于一身的高强轻骨料隔热沥青混凝土铺装材料应运而生。

为达到轻质、高强、隔热、抗滑的性能要求，高强轻骨料隔热沥青混凝土所用陶粒选用高强页岩陶粒轻骨料。这种混凝土铺装材料主要用于有减轻自重要求的桥面，或有隔热要求的钢桥面铺装层中沥青桥面等。 3.2 纤维增强混凝土

当桥面对抗拉强度或抗弯拉强度有提升要求时，可使用纤维增强混凝土铺装，所用纤维一般为钢纤维、玄武岩纤维、高强度有机合成纤维。纤维增强混凝土除了可以提升抗拉强度或抗弯拉强度外还可以增加疲劳循环次数、提高抗冲击韧性与断裂韧性，延长疲劳使用年限。由于掺入了纤维，这种铺装材料对施工要求比较高。铺装前，需在桥面上设置剪力钉、钢筋网等锚固装置。

近20多年来，钢桥面铺装材料与技术的研究已取得了长足发展，三大沥青铺装材料的性能与施工技术也日趋成熟，新型桥面铺装材料方兴未艾。而桥梁工程不断向着大跨度方向发展，并且从以前的跨河大桥，到现在越来越多的跨海大桥，桥梁使用条件越来越高，使用环境也越来越复杂，桥面铺装技术也面临着一个接一个的挑

战；此外，随着铺装结构投入使用的年限加长，桥面铺装的养护、修复甚至重建的项目越来越多，这也是目前一个亟待解决的问题。

1)钢桥面铺装结构和材料的改进与研发。尽管我国的桥面铺装技术已得到长足的发展，但基本上是引进的国外发达国家的技术，需针对我国环境现状、原材料现状、桥面使用现状改进或研发具有更高耐久性、耐候性的桥面铺装材料。

2)基于车-铺装层-桥协同作用的钢桥面铺装体系设计方法。由于钢桥面是刚性基础，而铺装材料是柔性材料，在受到汽车荷载这个动态荷载作用下，体系的受力状态相当复杂，因此需综合考虑车-铺装层-桥三者的动力学性能，通过系统模拟来进行分析。

3)钢桥面铺装材料的养护修复技术。随着桥面铺装投入使用的时间的延长，面临着养护和修复的问题，其中修复材料、工艺及器械的缺乏是目前钢桥面铺装修复过程中面临的最直接且最迫切的问题，这将直接影响现阶段正在使用的钢桥面铺装的使用性能及使用寿命。

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