一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法

1.本发明涉及道路工程技术领域，具体地说是一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法。


背景技术：

2.目前，桥梁工程建设得到了前所未有的高速发展，由于钢箱梁重量轻，目前被大跨径桥梁广泛采用，钢桥面铺装的质量及铺装结构与钢桥的适配性也决定了桥面铺装的耐久性、使用的舒适性与安全性。桥面铺装常规采用沥青路面，但是沥青铺装层自重大、与钢桥面协同变形能力有限，并且沥青铺装材料温度敏感性高，钢结构传导热量块，在高温重载条件下，钢桥面沥青铺装在较短的时间内出现裂缝、推移、车辙等病害，使用寿命大大降低；此外，钢桥面沥青铺装施工一般在桥梁现场进行施工，施工质量受限制因素较多，极易导致沥青铺装层施工质量不稳定。因此，亟需开发一种轻量化、变形能力强、易施工、安全耐久的钢桥面沥青铺装结构。


技术实现要素：

3.本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法。
4.本发明的技术方案是按以下方式实现的，本发明的一种钢桥面沥青铺装结构，该铺装结构是从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层；
5.自流式粘结隔热层底面和钢桥面之间涂刷界面粘结剂，在自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热层，或撒布铺设隔热陶瓷破碎颗粒层；
6.气凝胶纳米隔热层或隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层。
7.本发明的一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法：钢桥面的铺装结构是从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层；
8.自流式粘结隔热层底面和钢桥面之间涂刷界面粘结剂，在自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热层，或撒布铺设隔热陶瓷破碎颗粒层；
9.气凝胶纳米隔热层或隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层；
10.自流式粘结隔热层的铺装厚度为20mm；装配式承重层的铺装厚度为30～40mm；多功能磨耗层的铺装厚度为15～20mm；
11.其中：
12.装配式承重层采用预制后装配式施工的方法，装配式施工步骤为：
13.(1)将装配式承重层沥青混合料制作成边长3～5m、厚度30～40mm的正方形预制块；
14.(2)装配施工时先在钢桥面上焊接网格长宽3m
×
3m～5m
×
5m的钢筋网，钢筋为直
径10mm的螺纹钢，钢筋网的两端与钢桥面两侧的钢护栏焊接为一体，钢筋网与自流式粘结隔热层顶面的间距为20mm；
15.(3)将预制块安装在钢筋网的网格内部，然后在预制块和钢筋网的搭接位置浇注灌封胶；
16.(4)在沿桥面横断面方向的预制块搭接位置安装宽度和高度均为10mm的钢制横向排水槽；
17.(5)在沿桥面纵断面方向的低侧边缘安装宽度50mm、高度30mm的钢制纵向排水槽，横向排水槽与纵向排水槽连通。
18.所述自流式粘结隔热层的沥青混合料，最大公称粒径为4.75mm，60℃贯入度为3.0～5.0mm，240℃流动度为15.0～35.0s；
19.所述自流式粘结隔热层沥青混合料由低标号复合改性沥青、隔热层矿料和隔热层纤维组成；
20.按照重量份的配比，所述自流式粘结隔热层沥青混合料中低标号复合改性沥青为10～13份，粗集料为25～35份，细集料35～45份，矿粉为15～25份，隔热层纤维为0.3～0.5份；
21.其中，所述低标号复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：30号沥青为90～95份，sbs改性剂为2～4份，天然沥青为3～6份组成；
22.所述隔热层矿料由玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩矿粉组成；
23.所述隔热层纤维为聚合物纤维；
24.装配式承重层的沥青混合料最大公称粒径为9.5mm，空隙率为3.0％～4.0％，矿料间隙率为16.5％～18.0％，沥青饱和度为75.0％～85.0％；
25.所述装配式承重层沥青混合料由高模量复合改性沥青、承重层矿料和承重层纤维组成；
26.按照重量份的配比，所述装配式承重层沥青混合料中高模量复合改性沥青为6～8份，粗集料为60～76份，细集料10～20份，矿粉为8～12份，承重层纤维为0.5～0.8份；
27.其中，所述高模量复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为85～91份，sbs改性剂为3～5份，聚烯烃类添加剂为6～10份组成；
28.所述承重层矿料由钢渣粗集料、玄武岩或石灰岩细集料、石灰岩矿粉组成；
29.所述承重层纤维为钢纤维；
30.多功能磨耗层沥青混合料最大公称粒径为7.2mm，空隙率为20.0％～30.0％；
31.所述多功能磨耗层沥青混合料由高黏改性沥青、磨耗层矿料、磨耗层纤维和缓释型抗凝冰剂组成；
32.按照重量份的配比，所述多功能磨耗层沥青混合料中高黏改性沥青为4～6份，粗集料为75～87份，细集料5～10份，消石灰粉为1～3份，磨耗层纤维为0.2～0.4份，缓释型抗凝冰剂为3～6份；
33.其中，所述高黏改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为86～90份，sbs改性剂为4～6份，高黏度添加剂为6～8份组成；
34.所述磨耗层矿料由钢渣粗集料、石灰岩细集料、消石灰粉组成；
35.所述磨耗层纤维为聚酯纤维。
36.装配式承重层的预制块和钢筋网构成胶封的嵌挤结构层。
37.所述的一种钢桥面沥青铺装结构在钢桥面上的应用。
38.所述的一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法在路桥工程施工上的应用。
39.本发明的一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法与现有技术相比所产生的有益效果是：
40.(一)自流式粘结隔热层
41.自流式粘结隔热层底部涂刷界面粘结剂，保证沥青铺装层与钢桥面的粘结性，防止水进入层间锈蚀钢桥面；自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热材料，减小钢桥面向沥青铺装层传递热量，降低沥青铺装层因高温因素产生的病害；采用自流动铺装施工，具有免碾压、变形能力强、粘结性好、隔热等特点，使该结构层具有优异的密实性、平整度。
42.自流式粘结隔热层顶部的气凝胶纳米隔热材料层还可以替换为均匀撒布隔热陶瓷破碎颗粒，减小钢桥面向沥青铺装层传递热量，降低沥青铺装层因高温因素产生的病害；隔热陶瓷破碎颗粒为氧化铝多孔陶瓷颗粒，颗粒形状为碎石状，与自流式粘结隔热层形成嵌挤，防止桥面铺装出现层间滑动。
43.(二)装配式承重层
44.装配式承重层沥青混合料中添加高模量改性剂，优化承重层沥青混合料的级配范围，使其形成嵌挤结构，并在混合料中钢纤维或聚酯纤维，使承重层沥青混合料具有优良的高低温性能和密水性能；并且装配式承重层采用装配式施工方法，保证了沥青铺装层的压实度等质量控制指标，大幅度提升施工效率，缩短工期。装配式承重层采用预制后装配式施工的方法；
45.(三)多功能磨耗层
46.多功能磨耗层具有厚度薄、表面构造大、排水降噪、融雪化冰等优势。降低沥青铺装层整体质量荷载，从而降低超大跨径钢桥的建设难度；在多功能磨耗层沥青混合料中添加了高黏度添加剂、缓释型抗凝冰剂、聚酯纤维等材料，保证表面磨耗层安全耐久等基本性能的同时，实现雨天不打滑、冬天不结冰、表面抗滑性能耐久保持、降低桥面行车噪音的效果。
47.与现有技术相比，本发明中沥青铺装结构可与钢桥面板同步变形，高温抗车辙和抗推移能力大大提高。
48.本发明的一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法，保证了沥青铺装层与钢桥面的层间粘结，解决了沥青铺装层与钢桥面协同变形的问题，降低了沥青铺装层自重，同时该铺筑结构具有抗车辙、抗推移、抗凝冰、抗滑降噪等多种功能，大幅提升沥青铺装结构的耐久性和行车安全性，有效保护钢桥面板，可广泛应用于钢桥的桥面沥青铺装。
49.本发明的一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法设计合理、结构简单、安全可靠、施工方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。
附图说明
50.附图1是本发明实施例一的结构示意图；
51.附图2是本发明实施例二的结构示意图；
52.附图3是本发明的装配式承重层的俯视平面布局结构示意图；
53.附图4是本发明的装配式承重层的立体布局结构示意图；
54.附图5是本发明的装配式承重层的立体结构示意图；
55.附图6是本发明的装配式承重层的接缝断面结构示意图。
56.附图中的标记分别表示：
57.1、多功能磨耗层；2、装配式承重层；3、气凝胶纳米隔热层；4、自流式粘结隔热层；5、粘结层；6、钢桥面；
58.7、隔热陶瓷破碎颗粒层，
59.8、预制块，9、钢筋网，10、螺纹钢，11、搭接缝，12、灌封胶，
60.13、横向排水槽，14、横向排水槽上盖，15、透水孔，16、纵向排水槽。
61.下面结合附图对本发明的一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法作以下详细说明。
62.实施例一：
63.如附图1所示，钢桥面沥青铺装施工前，钢桥面需要进行除锈处理，然后涂刷界面粘结剂。
64.进一步施工自流式粘结隔热层，施工厚度为20mm。
65.其中,自流式粘结隔热层沥青混合料中低标号复合改性沥青为12份，粗集料为27.5份，细集料40份，矿粉为20份，纤维为0.5份。经检测，自流式粘结隔热层沥青混合料贯入度为4.2mm，240℃流动度为27.8s。
66.进一步在自流式粘结隔热层顶部铺设一层气凝胶纳米隔热材料。
67.进一步施工装配式承重层，施工厚度为40mm，采用的高模量沥青混合料预制板块，采用由高模量复合改性沥青、矿料和纤维组成的高模量沥青混合料预制而成。
68.高模量沥青混合料配比见表1，其中对比例一采用常规sbs改性沥青。
69.表1高模量沥青混合料配比
[0070][0071]
通过马歇尔体积指标及路用性能试验进行检测，检测结果见表2。
[0072]
表2试验检测结果
[0073][0074]
从表2试验结果可以看出：
[0075]
实施例一与对比例一的马歇尔体积指标空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度试验结果相差不大，均符合相关设计要求，但动稳定度、冻融劈裂强度比和低温弯曲破坏应变相差较大，说明高模量复合改性沥青能够大幅度提高沥青混合料的高低温性能以及水稳定性。
[0076]
采用实施例一材料比例进行装配式承重层沥青混合料预制板块装配，包括以下步骤：
[0077]
(1)将承重层沥青混合料制作成边长3～5m、厚度30～40mm的正方形预制块；
[0078]
(2)装配施工时先在钢桥面上焊接3m
×
3m～5m
×
5m钢筋网，钢筋为直径10mm的螺纹钢，钢筋网的两端与两侧的钢护栏焊接为一体，钢筋网与自流式粘结隔热层顶面的间距为20mm；
[0079]
(3)将预制块安装在钢筋网内部，然后在搭接位置的搭接缝浇注灌封胶；
[0080]
(4)在沿桥面横断面方向的预制块搭接位置安装宽度和高度均为10mm的钢制横向排水槽13；
[0081]
横向排水槽13上扣接有横向排水槽上盖14，横向排水槽上盖14上等距间隔的开设有透水孔15；
[0082]
(5)在沿桥面纵断面方向的低侧边缘安装宽度50mm、高度30mm的钢制纵向排水槽16，横向排水槽13与纵向排水槽16连通。
[0083]
装配式承重层上层的多功能磨耗层渗透水从透水孔15进入到横向排水槽13内，趋于各层或钢桥面的侧坡倾向，渗透水从各个汇流到横向排水槽13汇流到钢桥面低位边缘的纵向排水槽16内收集并导流出桥面。
[0084]
进一步施工多功能磨耗层，施工厚度为20mm。
[0085]
其中多功能磨耗层沥青混合料中高黏改性沥青为5份，钢渣粗集料为80份，石灰岩细集料8份，消石灰粉为2份，聚酯纤维为0.3份，缓释型抗凝冰剂为4.3份。
[0086]
实施例二：
[0087]
从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层。
[0088]
实施例二与实施例一方式基本相近似，但其区别是：
[0089]
钢桥面沥青铺装施工前，钢桥面需要进行除锈处理，然后在钢桥面上涂刷界面粘结剂，之上铺设自流式粘结隔热层，在自流式粘结隔热层上均匀撒布隔热陶瓷破碎颗粒。
[0090]
隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层。
[0091]
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护。

技术特征：
1.一种钢桥面沥青铺装结构，其特征在于该铺装结构是从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层；自流式粘结隔热层底面和钢桥面之间涂刷界面粘结剂，在自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热层，或撒布铺设隔热陶瓷破碎颗粒层；气凝胶纳米隔热层或隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层。2.根据权利要求1所述的一种钢桥面沥青铺装结构，其特征在于：自流式粘结隔热层的铺装厚度为20mm；装配式承重层的铺装厚度为30～40mm；多功能磨耗层的铺装厚度为15～20mm；装配式承重层的铺装采用预制后装配式施工的方法，装配式施工步骤为：(1)将装配式承重层沥青混合料制作成边长3～5m、厚度30～40mm的正方形预制块；(2)装配施工时先在钢桥面上焊接网格长宽3m
×
3m～5m
×
5m的钢筋网，钢筋为直径10mm的螺纹钢，钢筋网的两端与钢桥面两侧的钢护栏焊接为一体，钢筋网与自流式粘结隔热层顶面的间距为20mm；(3)将预制块安装在钢筋网的网格内部，然后在预制块和钢筋网的搭接位置浇注灌封胶；(4)在沿桥面横断面方向的预制块搭接位置安装宽度和高度均为10mm的钢制横向排水槽；(5)在沿桥面纵断面方向的低侧边缘安装宽度50mm、高度30mm的钢制纵向排水槽，横向排水槽与纵向排水槽连通。3.根据权利要求1所述的一种钢桥面沥青铺装结构，其特征在于：自流式粘结隔热层的铺装厚度为20mm；所述自流式粘结隔热层的沥青混合料，最大公称粒径为4.75mm，60℃贯入度为3.0～5.0mm，240℃流动度为15.0～35.0s；所述自流式粘结隔热层沥青混合料由低标号复合改性沥青、隔热层矿料和隔热层纤维组成；按照重量份的配比，所述自流式粘结隔热层沥青混合料中低标号复合改性沥青为10～13份，粗集料为25～35份，细集料35～45份，矿粉为15～25份，隔热层纤维为0.3～0.5份；其中，所述低标号复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：30号沥青为90～95份，sbs改性剂为2～4份，天然沥青为3～6份组成；所述隔热层矿料由玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩矿粉组成；所述隔热层纤维为聚合物纤维。4.根据权利要求1所述的一种钢桥面沥青铺装结构，其特征在于：装配式承重层的铺装厚度为30～40mm；装配式承重层的沥青混合料最大公称粒径为9.5mm，空隙率为3.0％～4.0％，矿料间隙率为16.5％～18.0％，沥青饱和度为75.0％～85.0％；所述装配式承重层沥青混合料由高模量复合改性沥青、承重层矿料和承重层纤维组成；按照重量份的配比，所述装配式承重层沥青混合料中高模量复合改性沥青为6～8份，粗集料为60～76份，细集料10～20份，矿粉为8～12份，承重层纤维为0.5～0.8份；
其中，所述高模量复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为85～91份，sbs改性剂为3～5份，聚烯烃类添加剂为6～10份组成；所述承重层矿料由钢渣粗集料、玄武岩或石灰岩细集料、石灰岩矿粉组成；所述承重层纤维为钢纤维。5.根据权利要求1所述的一种钢桥面沥青铺装结构，其特征在于：多功能磨耗层的铺装厚度为15～20mm；多功能磨耗层沥青混合料最大公称粒径为7.2mm，空隙率为20.0％～30.0％；所述多功能磨耗层沥青混合料由高黏改性沥青、磨耗层矿料、磨耗层纤维和缓释型抗凝冰剂组成；按照重量份的配比，所述多功能磨耗层沥青混合料中高黏改性沥青为4～6份，粗集料为75～87份，细集料5～10份，消石灰粉为1～3份，磨耗层纤维为0.2～0.4份，缓释型抗凝冰剂为3～6份；其中，所述高黏改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为86～90份，sbs改性剂为4～6份，高黏度添加剂为6～8份组成；所述磨耗层矿料由钢渣粗集料、石灰岩细集料、消石灰粉组成；所述磨耗层纤维为聚酯纤维。6.一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法，其特征在于：钢桥面的铺装结构是从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层；自流式粘结隔热层底面和钢桥面之间涂刷界面粘结剂，在自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热层，或撒布铺设隔热陶瓷破碎颗粒层；气凝胶纳米隔热层或隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层；自流式粘结隔热层的铺装厚度为20mm；装配式承重层的铺装厚度为30～40mm；多功能磨耗层的铺装厚度为15～20mm；其中：装配式承重层采用预制后装配式施工的方法，装配式施工步骤为：(1)将装配式承重层沥青混合料制作成边长3～5m、厚度30～40mm的正方形预制块；(2)装配施工时先在钢桥面上焊接网格长宽3m
×
3m～5m
×
5m的钢筋网，钢筋为直径10mm的螺纹钢，钢筋网的两端与钢桥面两侧的钢护栏焊接为一体，钢筋网与自流式粘结隔热层顶面的间距为20mm；(3)将预制块安装在钢筋网的网格内部，然后在预制块和钢筋网的搭接位置浇注灌封胶；(4)在沿桥面横断面方向的预制块搭接位置安装宽度和高度均为10mm的钢制横向排水槽；(5)在沿桥面纵断面方向的低侧边缘安装宽度50mm、高度30mm的钢制纵向排水槽，横向排水槽与纵向排水槽连通。7.根据权利要求6所述的一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法，其特征在于：所述自流式粘结隔热层的沥青混合料，最大公称粒径为4.75mm，60℃贯入度为3.0～5.0mm，240℃流动度为15.0～35.0s；所述自流式粘结隔热层沥青混合料由低标号复合改性沥青、隔热层矿料和隔热层纤维
组成；按照重量份的配比，所述自流式粘结隔热层沥青混合料中低标号复合改性沥青为10～13份，粗集料为25～35份，细集料35～45份，矿粉为15～25份，隔热层纤维为0.3～0.5份；其中，所述低标号复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：30号沥青为90～95份，sbs改性剂为2～4份，天然沥青为3～6份组成；所述隔热层矿料由玄武岩粗集料、玄武岩细集料、石灰岩矿粉组成；所述隔热层纤维为聚合物纤维；装配式承重层的沥青混合料最大公称粒径为9.5mm，空隙率为3.0％～4.0％，矿料间隙率为16.5％～18.0％，沥青饱和度为75.0％～85.0％；所述装配式承重层沥青混合料由高模量复合改性沥青、承重层矿料和承重层纤维组成；按照重量份的配比，所述装配式承重层沥青混合料中高模量复合改性沥青为6～8份，粗集料为60～76份，细集料10～20份，矿粉为8～12份，承重层纤维为0.5～0.8份；其中，所述高模量复合改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为85～91份，sbs改性剂为3～5份，聚烯烃类添加剂为6～10份组成；所述承重层矿料由钢渣粗集料、玄武岩或石灰岩细集料、石灰岩矿粉组成；所述承重层纤维为钢纤维；多功能磨耗层沥青混合料最大公称粒径为7.2mm，空隙率为20.0％～30.0％；所述多功能磨耗层沥青混合料由高黏改性沥青、磨耗层矿料、磨耗层纤维和缓释型抗凝冰剂组成；按照重量份的配比，所述多功能磨耗层沥青混合料中高黏改性沥青为4～6份，粗集料为75～87份，细集料5～10份，消石灰粉为1～3份，磨耗层纤维为0.2～0.4份，缓释型抗凝冰剂为3～6份；其中，所述高黏改性沥青的组分混合配比是按照重量份：70号沥青为86～90份，sbs改性剂为4～6份，高黏度添加剂为6～8份组成；所述磨耗层矿料由钢渣粗集料、石灰岩细集料、消石灰粉组成；所述磨耗层纤维为聚酯纤维。8.根据权利要求6所述的一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法，其特征在于：装配式承重层的预制块和钢筋网构成胶封的嵌挤结构层。9.如权利要求1～5所述的一种钢桥面沥青铺装结构在钢桥面上的应用。10.如权利要求6～8所述的一种钢桥面沥青铺装结构的施工工法在路桥工程施工上的应用。

技术总结
本发明提供一种钢桥面沥青铺装结构及其施工工法，属于道路工程技术领域，该铺装结构是从钢桥面往上依次为自流式粘结隔热层、装配式承重层和多功能磨耗层；自流式粘结隔热层底面和钢桥面之间涂刷界面粘结剂，在自流式粘结隔热层顶面铺设一层气凝胶纳米隔热层，或撒布铺设隔热陶瓷破碎颗粒层；气凝胶纳米隔热层或隔热陶瓷破碎颗粒层之上铺设装配式承重层和多功能磨耗层。装配式承重层的铺装采用预制后装配式施工。本发明保证了沥青铺装层与钢桥面的层间粘结，解决了沥青铺装层与钢桥面协同变形的问题，降低了沥青铺装层自重，同时该铺筑结构具有抗车辙、抗推移、抗凝冰、抗滑降噪等多种功能，大幅提升耐久性和行车安全性，有效保护钢桥面板。护钢桥面板。护钢桥面板。


技术研发人员：李东旭 孙强 孙灿 李夏 黄明明 韦金城 张进 扈惠敏 彭建 江照伟 徐路 韩文扬 朱永润 邵亚会 李增光 张正超
受保护的技术使用者：山东省交通科学研究院 合肥工业大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/21