水泥混凝土橋面鋪裝材料與技術(shù)研究

段振東 倪宏偉 韋志鵬

（1、杭州市蕭山區(qū)交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310000 2、杭州蕭山城市建設(shè)發(fā)展有限公司，浙江 杭州 310000 3、浙江登峰交通集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311201）

目前，國內(nèi)外對(duì)于橋面鋪裝的研究大多集中在鋪裝材料施工技術(shù)的研究，且主要是針對(duì)鋼橋。對(duì)于鋼筋混凝土橋梁的橋面鋪裝世界各國研究很少，尤其是對(duì)剛性鋪裝(水泥混凝土橋面鋪裝)研究更少，就鋼筋混凝土橋橋面鋪裝的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行探討。

1 國外研究

1.1 橋面鋪裝分類

按橋面鋪裝材料類型可將橋面鋪裝分為三類，即：剛性鋪裝(以鋼筋混凝土為主)、柔性鋪裝(以瀝青混凝土為主)和剛?cè)峤M合式鋪裝。國外經(jīng)過幾十年的實(shí)踐與探索，結(jié)合各自國家和地區(qū)的具體情況，在混凝上橋橋面鋪裝方面選用的結(jié)構(gòu)類型不盡相同。日本道路協(xié)會(huì)《水泥混凝土橋面設(shè)計(jì)施工綱要》規(guī)定鋼筋混凝土橋采用如下鋪裝形式：

瀝青層+板狀防水材料+瀝青橡膠粘結(jié)劑+混凝土；瀝青層+3層氯丁橡膠型防水材料+氯丁橡膠粘結(jié)劑+混凝土；瀝青層+乳化瀝青(粘結(jié))+瀝青層(防水)+瀝青橡膠粘結(jié)劑印度使用平均75mm厚的鋼筋混凝土 (鋼筋網(wǎng)格200×200mm2)磨耗層，水泥用量為 350kg/m3，最大水灰比為0.4。磨耗層和路緣石之間的垂直接縫填以瀝青。其使用壽命可達(dá)4-10年。平均8mm厚的瀝青混凝土磨耗層分兩層鋪設(shè)，使用壽命可達(dá)5-6年(更換成本為8美元/m2)。

從結(jié)構(gòu)組成上看，鋪裝層通常由1-3層材料鋪筑而成。當(dāng)橋面不設(shè)排水層時(shí)，應(yīng)選用不透水的或極密實(shí)的磨耗層，因?yàn)闈B入面層的水是難以排走的，巨最終會(huì)引起面層破壞。如果采用常用的瀝青或水泥混凝土而不采用防水層，要使它們的配合比設(shè)計(jì)滿足密實(shí)的要求或?qū)⑵浔砻嫣幚沓煞浪摹＿€要特別泣:意磨耗層中的接縫，因?yàn)檫@是水最容易滲入的地方。

1.2 混凝土橋面鋪裝分類

混凝土橋面鋪裝一般包括防水層和瀝青混凝上面層。橋面防水體系的修筑則是提高橋梁使用壽命的重要保證，不容忽視，它與面層的設(shè)計(jì)與施工是有機(jī)的整體。歐美自20世紀(jì)60年代已開始大量采用橋面防水層，其中美國聯(lián)邦公路局1972年規(guī)定應(yīng)對(duì)一橋面采取保護(hù)措施以防止鋼筋腐蝕和橋面破壞。TRL和OECD及NCHRP等機(jī)構(gòu)從實(shí)際應(yīng)用的角度對(duì)橋面防水進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

1.3 纖維對(duì)餛凝土進(jìn)行改性

纖維混凝土是一種新型復(fù)合材料，具有優(yōu)良的抗裂性、抗彎曲特性、耐沖擊、耐疲勞等特點(diǎn)，因而特別適用于公路路面、橋面、機(jī)場(chǎng)道面等工程。目前，纖維混凝土材料主要分為金屬纖維混凝土、無機(jī)纖維混凝土和有機(jī)纖維混凝土三大類。其中有機(jī)纖維混凝土又分為天然有機(jī)纖維混凝土和合成有機(jī)纖維混凝土。

金屬纖維混凝土首推鋼纖維混凝土應(yīng)用最廣，鋼纖維混凝土是在素混凝土基體中摻入亂向、不連續(xù)短鋼纖維組成的復(fù)合材料。鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗疲勞、抗沖擊以及耐磨耗、韌性高等性能受到國際工程界的普遍重視。自1910年美國H.EPorter發(fā)表以短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告以來，鋼纖維混凝土的研究與應(yīng)用已取得了一系列成果。

美國于70年代修建了不少試驗(yàn)工程，以觀察鋼纖維混凝土路面的實(shí)際使用情況。如衣阿華州悉達(dá)快速道路于1972年修建了55m的試驗(yàn)路；密執(zhí)安州瓦倫于1972年修筑了四車道全寬、長334m的鋼纖維混凝土試驗(yàn)路；1972年在州際公路9-G橋上使用的鋼纖維混凝土橋面鋪裝層，其鋪面厚7.5cm，鋼纖維體積摻量1.2%，水泥用量446kg/m3，鋼纖維尺寸為0.25mm×0.56mm×25.4mm；衣阿華州格林于1973年修筑了4850m的鋼纖維混凝土罩面試驗(yàn)路。關(guān)于機(jī)場(chǎng)道面方面的試驗(yàn)，最早的試驗(yàn)工程是由美國陸軍工程師兵團(tuán)在1972年修建坦波國際機(jī)場(chǎng)時(shí)進(jìn)行的，在滑行道試驗(yàn)段上采用了厚度為10cm與15cm兩種罩面層。美國已在許多橋梁行車道的修復(fù)工程中成功地采用了鋼纖維混凝土罩面層，現(xiàn)正致力于改進(jìn)施工工藝，降低造價(jià)，提高鋼纖維混凝土的使用品質(zhì)和表面平整度等方面的研究。

關(guān)于合成纖維混凝土的工程應(yīng)用首先開始于英國。早在30年前，英國在西部海岸工程中就把剁碎的聚丙烯摻到混凝土塊體中，并用這些塊體砌成防浪堤。從那時(shí)起，將聚丙烯纖維作為混凝土摻和料己逐步在世界上60多個(gè)國家得到應(yīng)用，其最大優(yōu)點(diǎn)是能顯著減輕混凝土的塑性龜裂。

1.4 聚合物對(duì)餛凝土進(jìn)行改性

70年代和80年代，美國的許多政府部門都資助聚合物混凝土的研究，至今市場(chǎng)上已有眾多的PC預(yù)制構(gòu)件，包括管件、地面排水構(gòu)件、各種大小的害井及害井蓋、公路中央隔離柵及路緣石、電器構(gòu)件、機(jī)床基礎(chǔ)等等。60年代中期，美國對(duì)聚合物浸漬混凝土(PIC)開始了大規(guī)模的研究，但此后PIC一直沒有獲得商業(yè)應(yīng)用。1971年，美國混凝土協(xié)會(huì)下面成立了一個(gè)聚合物混凝委員會(huì)，即548委員會(huì)。美國塑料工業(yè)協(xié)會(huì)(SPI)下也有一個(gè)聚合物混凝土委員會(huì),它和548委員會(huì)一同從事聚合物混凝土材料方面的組織工作。548委員會(huì)每隔2-3年召開一次學(xué)術(shù)討論會(huì)，并出版論文集，同時(shí)還出版一些技術(shù)說明和使用指南。上述國際會(huì)議文獻(xiàn)匯集了世界各國有關(guān)聚合物混凝土研究及應(yīng)用的新成就。對(duì)世界道路與橋梁工程、房建工程、水利工程等建筑業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。

2 國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

近年來，隨著交通量和軸載的增大，大橋特大橋日益增多，橋面鋪裝層的破壞也日趨嚴(yán)重，因而逐漸引起人們的關(guān)注。部分學(xué)者開始從材料及鋪裝技術(shù)方面進(jìn)行研究，也有少數(shù)學(xué)者從結(jié)構(gòu)理論方面進(jìn)行研究，試圖尋找一種計(jì)算鋪裝層厚度的方法。

羅立峰等人進(jìn)行了這樣的研究:將橋梁整個(gè)上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一塊縱向的板體結(jié)構(gòu)。為研究方便，又把這一縱向的板體結(jié)構(gòu)分為兩層：一層為橋面鋪裝，另一層為主梁、橋面板等簡(jiǎn)化成的板，在此稱為主板，這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)變?yōu)榀B合板。根據(jù)主板的受力及變形特性將其簡(jiǎn)化為正交各向異性小撓度彈性薄板，符合彈性薄板理論的有關(guān)假設(shè)和要求，按照板殼理論進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并提出了橋面鋪裝設(shè)計(jì)一的控制指標(biāo)：豎向變形、疲勞開裂、推移、縮裂;通過系數(shù)修正等方式將應(yīng)變綜合起來，以豎向變形為主來反映。但這一構(gòu)形是否合理，以及如何實(shí)現(xiàn)等問題，還有待進(jìn)一步理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。

針對(duì)鋼筋混凝土橋面板與瀝青鋪裝層之間的粘結(jié)力不足，容易發(fā)生剪切破壞這一問題，一些學(xué)者還進(jìn)行了橋面鋪裝基底粘連結(jié)材料性能的研究[5]。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到了抗剪強(qiáng)度較高的粘結(jié)材料及其最佳用量，使鋪裝面粘結(jié)力達(dá)到最大。試驗(yàn)結(jié)果表明，粘結(jié)劑的最佳用量在1.0kg/m2左右，改性瀝青的抗剪強(qiáng)度高于普通瀝青。

結(jié)束語

現(xiàn)在對(duì)于水泥混凝土橋橋面鋪裝層的研究大多集中于柔性鋪裝層，對(duì)水泥混凝土剛性鋪裝研究很少，且多致力于材料方面，試圖提高材料的性能或?qū)ふ腋鼉?yōu)良的材料;有的研究側(cè)重分析結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力情況，通過有限元計(jì)算，來確定各個(gè)部分的應(yīng)力水平。但其假定的構(gòu)形是否合理，以及如何實(shí)現(xiàn)等問題，還有待檢驗(yàn)。本課題是交通部西部項(xiàng)目橋面鋪裝材料與技術(shù)研究的分項(xiàng)目之一，主要針對(duì)水泥混凝土橋面剛性鋪裝層材料展開研究。

[1]王秉綱，胡長順跨構(gòu)造物路面結(jié)構(gòu)修筑技術(shù)研究綜述[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(3B):143-147.

[2]羅立峰，鐘鳴，黃成造.橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法探討[J].中南公路工程，1999，24(2):20-22.

[3]羅立峰，鐘鳴，黃成造.水泥混凝土橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法的研究 [J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30(3):61-71.

[4]羅立峰，鐘鳴，黃成造.橋面鋪裝設(shè)計(jì)理論的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30(4):61-71.

[5]羅曉輝，高金岐，傅裕壽.橋面鋪裝基底粘連結(jié)材料性能研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，15(2):62-68.