[发明专利]一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥面铺装技术，具体地说是一种可应用于极端使用环境的水泥混凝土桥桥面铺装结构。

背景技术

桥面铺装是一个极其复杂的多向受力结构，影响因素错综复杂，宏观表现也各不相同。桥面铺装的破坏归因为铺装层材料在荷载及环境的耦合作用下，力学特性（应力、应变）的变异或功能的弱化，主要表现为四个方面：①粘塑性永久变形；②疲劳开裂；③剪切破坏；④局部冲击破碎及断裂。尤其是在夏季高温多雨、冬季严寒冰冻、海水盐溶腐蚀及重载交通等极端环境条件下，上述破坏形式更容易出现。

上述桥面铺装破坏形式的出现，既与运营过程中汽车荷载与水的综合作用有关，又与混合料的集料特性及级配设计有关，更重要的是，铺装层设计的思路及施工控制的力度与体系健全程度对桥面铺装层的使用状况具有根本性的决定作用：

（1）荷载及气候条件对桥面铺装破坏的影响

调查发现，桥面铺装设计荷载与实际通行荷载的差异巨大，目前桥面沥青混凝土面层设计采用轴载100kN的单轴双轮组为标准荷载，而实际通行过程中，车辆大型化及超载重载车辆的比例不断增加，单轴轴重达200kN～300kN的车辆不在少数，这无疑加重了原设计铺装的应力负担，层内及层间剪应力成倍增长，加速了铺装层的破坏。

气候条件对桥面铺装有直接的影响，其中温度与降水的作用最为重要。

（2）材料设计对桥面铺装破坏的影响

水分的渗入是造成桥面铺装发生早期损坏的一个主要因素，水分沿铺装层裂缝或混合料联通空隙渗入后，会破坏沥青与石料、混合料与混合料之间的粘附作用，渗入到沥青面层内部及水泥混凝土桥面与铺装层界面时，会使界面联结强度降低，使铺装层失去强度和防水能力。从现有铺装规范中不难看出，对铺装层结构的论述主要是对所用材料、做法及厚度等作了较原则的规定和指导性的说明，而关于具体的设计理论与方法如铺装层的力学计算分析、排水体系设置等未予阐述，系统、规范的桥面铺装设计及施工技术指南的指定制定迫在眉睫。

（3）未设置防水体系或防水粘结层整体性能薄弱

对于混凝土桥面板来说，由于在施工及养护过程中温度的不易控制性及施加预应力张拉，桥面板往往会出现一定程度的微裂缺陷。通过对大量桥梁破坏成因的分析发现，我国桥面铺装的设计经历了一个无防水粘结层—乳化沥青粘结层—热沥青、涂料及卷材类防水粘结层—多样化防水粘结体系的过程，特别是2000年以前的桥面铺装设计，铺装层间多不设防水层或只在铺装层与桥面板结合界面处洒布一层普通沥青或乳化沥青粘层, 用油量难以控制且容易偏高，软化点偏低，高温极易软化而变成润滑层，同时乳化沥青水稳定性差，近年国内也有研究单位研究开发了一些如聚合物改性沥青类（溶剂型或胶乳类），聚氨酯或环氧树脂沥青类（溶剂型）等柔性防水粘结材料，施工厚度多为1.0～1.5mm，该类材料以柔性薄膜的型式存在于铺装层与桥面板之间，对有裂缝存在的桥面部位的防水仍然无太明显效果。而且极其容易被后续施工破坏（如被混合料料车车轮带走）。

（4）施工控制对桥面铺装破坏的影响

桥面处理方式不当，未能提供良好的界面条件。

界面处理方式是保证铺装层和桥面板之间联结良好的基础，当前常用的桥面处理方式主要有铣刨、凿毛、喷砂、抛丸等，这些施工工艺的可操作性、机械化程度、环境因素等方面各有不同的特点，处理后的桥面状况也有所不同，当前桥面铺装施工过程中，对桥面的处理方式、处理工艺、检测标准（构造深度、粗糙度、均匀性）缺乏针对性和系统性的规定，导致桥面处理质量良莠不齐，影响了与上层防水层的附着力和摩阻力。

（5）防排水体系不完善造成细部构造积水或渗水严重

水是桥面铺装损坏的主要诱因之一，铺装层发生开裂后诱发水分进入。现行公路沥青路面设计规范及施工技术规范等仅对桥面铺装的防水体系提出了原则性要求，该防水体系主要指底涂层和防水层的设置，侧重外界水“进入后”的“防护”问题，对防止外界水进入前的“疏导”，缺乏相应的细节设计。如果桥面的排水系统设置不当，进入的水分未能及时排出，产生“浴缸效应”，势必会加剧铺装层的破坏。因此，完善的桥面铺装系统及防水、排水系统是确保桥面铺装层服务性能的关键措施。

设计一种具有长寿命强耐久高舒适优良复合服务性能的桥面铺装材料与结构及健全的桥面控制体系是今后极端环境下混凝土桥面铺装工程领域必须解决的关键技术问题。

发明内容