濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

1 項(xiàng)目來源

廣東省交通運(yùn)輸廳2016年度科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：科技-2016-02-004)。

2 主要完成單位

廣東華路交通科技有限公司

港珠澳大橋管理局

東南大學(xué)

南京理工大學(xué)

3 主要技術(shù)內(nèi)容

3.1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究課題的研究成果是基于理論與實(shí)踐相結(jié)合的具有一定創(chuàng)新性的研究成果。本技術(shù)以“濕熱多雨、大交通量、重載車輛比例高等使用條件”為關(guān)鍵點(diǎn)，分析廣東省及國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝主要破壞型式及其劣化趨勢(shì)，研究鋪裝材料配合比設(shè)計(jì)的體積指標(biāo)合理范圍、典型鋪裝瀝青結(jié)合料的工藝參數(shù)等，提出了一套點(diǎn)、線、面、體全方位的鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)體系，形成濕熱多雨地區(qū)的鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，并基于養(yǎng)護(hù)需求研發(fā)了高強(qiáng)柔韌性常溫型熱固性改性瀝青材料，解決了鋼橋面熱拌環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護(hù)工藝復(fù)雜、交通組織困難等的難題，形成了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的快速養(yǎng)護(hù)新技術(shù)。

3.2 性能指標(biāo)

(1)根據(jù)Griffith斷裂理論，建立了鼓泡形成擴(kuò)展過程機(jī)理方程，解釋了鼓泡擴(kuò)展過程，為鋪裝材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。

(2)采用Abaqus有限元軟件，建立層間脫層病害下雙層環(huán)氧瀝青鋪裝的三維有限元模型，提出了脫層病害的評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法，建立了脫層開裂病害的判定標(biāo)準(zhǔn)。

(3)基于動(dòng)水壓力破壞機(jī)理的研究，研發(fā)了一種多功能瀝青混合料動(dòng)態(tài)滲水試驗(yàn)儀，提出動(dòng)態(tài)滲水試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立了動(dòng)力滲水系數(shù)劃分等級(jí)。

(4)提出了空隙率不大于4.5%作為橋面鋪裝混合料設(shè)計(jì)的主要體積控制指標(biāo)。

(5)提出了不同溫、濕度下防水粘結(jié)層粘結(jié)性能的評(píng)價(jià)方法及施工控制指標(biāo)。

(6)提出了聚合物復(fù)合改性瀝青的儲(chǔ)存時(shí)間范圍、澆注式瀝青混合料的最佳拌和工藝。

(7)采用AIMS集料的形態(tài)特征測(cè)試，提出了一種集料-集料粘結(jié)性能定量評(píng)價(jià)方法，基于該方法提出鋼橋面鋪裝混合料用集料的最佳形態(tài)特征(棱角性2 500～3 000，球度0.65～0.75)。

(8)提出了濕熱地區(qū)熱拌環(huán)氧瀝青混合料的最佳出廠溫度范圍(165℃～185℃)、最長(zhǎng)容留時(shí)間(2.5h)。

(9)對(duì)熱拌環(huán)氧瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行了分析，并運(yùn)用外延法原理確定環(huán)氧瀝青混合料的疲勞耐久極限應(yīng)變?yōu)?78με，對(duì)應(yīng)的疲勞耐久極限接地壓強(qiáng)為1.59MPa

(10)基于環(huán)氧樹脂中的羥基和酸酐化學(xué)反應(yīng)固化機(jī)理，研發(fā)了一種性能優(yōu)良、適用于濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)需求的常溫型熱固性環(huán)氧改性瀝青。

(11)基于固化動(dòng)力學(xué)，建立了不同溫度下熱拌環(huán)氧瀝青的轉(zhuǎn)化率α和固化時(shí)間的關(guān)系，并通過計(jì)算得到：165℃時(shí)，環(huán)氧瀝青的轉(zhuǎn)化率為0.5時(shí)，環(huán)氧瀝青的固化時(shí)間為180min。

(12)采用國(guó)產(chǎn) PVA 纖維，基于微觀力學(xué)和斷裂力學(xué)設(shè)計(jì)原理，探討了微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的內(nèi)在聯(lián)系，研制出了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的、成本較低、性能良好的大摻量粉煤灰ECC 材料。

(13)基于在港珠澳大橋、南沙大橋、虎門大橋鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，提出了一套點(diǎn)、線、面、體全方位和無損、快速、準(zhǔn)確的鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)體系。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新

(1)建立鼓泡變形控制方程，建立了鼓泡形成擴(kuò)展過程機(jī)理方程，準(zhǔn)確有效地解釋了鼓泡形成、擴(kuò)展機(jī)理，為鋪裝層結(jié)構(gòu)和材料優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

(2)研發(fā)了一種多功能瀝青混合料動(dòng)態(tài)滲水試驗(yàn)儀，提出動(dòng)態(tài)滲水試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立了動(dòng)力滲水系數(shù)劃分等級(jí)，得到了對(duì)動(dòng)力滲水系數(shù)與混合料空隙率、水壓力值進(jìn)行量化回歸方程，并依托工程驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性、可靠性。

(3)基于養(yǎng)護(hù)需求研發(fā)了高強(qiáng)柔韌性常溫型熱固性改性瀝青材料，解決了鋼橋面熱拌環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護(hù)工藝復(fù)雜、交通組織困難等問題，形成了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的快速養(yǎng)護(hù)新技術(shù)。

(4)研究了溫度變化情況下底漆與鋼板、底漆與防水層、防水層與粘結(jié)層、粘結(jié)層與瀝青層拉拔強(qiáng)度的變化規(guī)律，建立了拉拔強(qiáng)度與溫度的關(guān)系。

(5)提出了一套點(diǎn)、線、面、體全方位和無損、快速、準(zhǔn)確的鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制及評(píng)價(jià)體系，在港珠澳大橋、南沙大橋、虎門大橋鋼橋面鋪裝中得到成功應(yīng)用。

3.4 成果水平

2020年12月18日,廣東省交通運(yùn)輸廳在廣州組織了“濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究”課題成果評(píng)審，認(rèn)為：項(xiàng)目成果具有創(chuàng)新性、實(shí)用性,社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著,推廣應(yīng)用前景廣闊。

4 效益分析

采用本課題的研究成果有效解決了鋼橋面鋪裝存在的難題，較大地提高了鋼橋面鋪裝的使用壽命，提升了橋面鋪裝的使用性能；研發(fā)的鋪裝新材料在鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目中使用，可節(jié)省建設(shè)和養(yǎng)護(hù)工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

5 成果應(yīng)用

本課題部分研究成果已應(yīng)用于港珠澳大橋、南沙大橋等鋼橋面鋪裝工程，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果良好。研究成果將進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。

《濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究》課題組

聯(lián)系人：王志祥

E-mail:dqxiang2012@163.com