專利名稱：鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路橋梁，特別涉及一種適用于鐵路鋼橋道砟槽的柔性防護(hù)構(gòu)造。
背景技術(shù)：
鐵路鋼橋的橋面系采用縱橫梁、正交異性鋼橋面板，鐵路荷載通過軌道、道砟傳至 鋼橋面板，位于道砟和鋼橋面板之間的防水保護(hù)層可抵抗荷載沖擊、道砟的磨損并防止水 分浸透至鋼橋面，能對(duì)鋼橋面起到有效的防護(hù)，其構(gòu)造是鐵路鋼橋的重要組成部分，質(zhì)量的 優(yōu)劣直接影響到鋼橋結(jié)構(gòu)的使用耐久性。防護(hù)構(gòu)造在使用過程中長(zhǎng)期承受疲勞荷載作用往 往會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫、破碎等破環(huán)現(xiàn)象。防水保護(hù)層一旦破壞，便會(huì)造成防護(hù)構(gòu)造的破 壞，進(jìn)而直接影響鋼橋的使用耐久性，因此鐵路橋梁要求道砟槽防水保護(hù)層能在長(zhǎng)期疲勞 荷載作用下不破碎、不崩潰，從而能夠有效地保護(hù)鋼橋結(jié)構(gòu)。目前，鐵路鋼橋道砟槽通常采用剛性防護(hù)構(gòu)造即混凝土道砟槽板構(gòu)造，剛性防護(hù) 構(gòu)造由于材料自身的特點(diǎn)，混凝土保護(hù)層的自身韌性低，其抗拉性能和變形協(xié)調(diào)能力較差， 較易產(chǎn)生裂縫類病害而使水分侵入到鋼橋面板。剛性防護(hù)構(gòu)造常見的病害下述兩類混凝 土保護(hù)層損壞；接縫破損?；炷帘Ｗo(hù)層損壞可分為縱向裂縫，橫、斜向裂縫，掉角，交叉裂 縫，破碎板，孔洞，磨耗層脫落等；接縫病害主要包括接縫擠碎、拱起和保護(hù)層底與防水層脫 空、錯(cuò)臺(tái)、填縫料喪失和脫落等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，具有優(yōu)良 的抗水損害性能和耐久性，能適應(yīng)鋼橋面板的反復(fù)變形，與鋼板的變形追從性較好。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，包括正交異性鋼橋面板和由下而上鋪裝 于其板面上的防腐層、防水層和防水保護(hù)層，其特征是所述防水保護(hù)層由至少兩層環(huán)氧浙 青混凝土層和將其粘結(jié)為一體的層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層復(fù)合構(gòu)成。本發(fā)明的有益效果是，與剛性防護(hù)構(gòu)造相比較，具有優(yōu)良的抗水損害性能，能適應(yīng) 鋼橋面板的反復(fù)變形，與鋼板的變形追從性較好，抗疲勞性能優(yōu)越，且具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn) 定性，彌補(bǔ)了剛性防護(hù)構(gòu)造用于鐵路鋼橋橋面系的不足。同時(shí)能夠減小傳統(tǒng)剛性保護(hù)層的 厚度，從而降低橋梁二期恒載，減少主橋用鋼量。


本說明書包括如下兩幅附圖圖1是本發(fā)明鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造的縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中A局部的放大示意圖。圖中示出部位名稱及對(duì)應(yīng)的標(biāo)記正交異性鋼橋面板10、防腐層20、防水層30、防 水保護(hù)層40、第一環(huán)氧浙青混凝土層41、第二環(huán)氧浙青混凝土層42、層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，包括正交異性的鋼橋面 板10和由下而上鋪裝于其板面上的防腐層20、防水層30和防水保護(hù)層40，其特征是所述 防水保護(hù)層40由至少兩層環(huán)氧浙青混凝土層和將其粘結(jié)為一體的層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43 復(fù)合構(gòu)成。即采用分層壓實(shí)的環(huán)氧浙青混凝土層、層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43構(gòu)成具有一定柔 性的防水保護(hù)層40，具有優(yōu)良的抗水損害性能，能適應(yīng)鋼橋面板的反復(fù)變形，與鋼板的變形 追從性較好。環(huán)氧浙青粘結(jié)層43使各環(huán)氧浙青混凝土層之間的粘結(jié)強(qiáng)度大大提高，能夠改 善正交異性的鋼橋面板10與鋪裝層之間的受力狀況，且具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，有效地 增強(qiáng)性防護(hù)構(gòu)造的疲勞抵抗性能，彌補(bǔ)了剛性防護(hù)構(gòu)造用于鐵路鋼橋橋面系的不足。同時(shí) 能夠減小傳統(tǒng)剛性保護(hù)層的厚度，從而降低橋梁二期恒載，減少主橋用鋼量。在鐵路鋼橋上應(yīng)用的剛性保護(hù)層主要有普通鋼筋水泥混凝土保護(hù)層、纖維混凝土 保護(hù)層等。常用的水泥混凝土道砟槽具有強(qiáng)度高、抑振質(zhì)量大、防水效果好等特點(diǎn)，在鐵路 鋼橋橋面防護(hù)中應(yīng)用比較普遍。但是水泥混凝土是一種單向材料，抗拉能力較差，為防止道 砟槽承受拉應(yīng)力，一般都采取“縱向或橫向切縫+防水材料填縫”的處理方式。盡管理論計(jì) 算表明切縫能有效降低道砟槽承受的拉力，但在荷載、混凝土收縮、溫度梯度的耦合作用下 仍難保證道砟槽不開裂。此外，水泥混凝土道砟槽底板往往為預(yù)制板塊拼裝，其拼接處的連 續(xù)性受施工水平制約。一旦道砟槽底板混凝土開裂，應(yīng)力集中可能導(dǎo)致混凝土與鋼板間的 防水層很快破壞，進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)的耐久性。由于道砟槽底板屬于隱蔽構(gòu)造，其上鋪設(shè)道砟 后，道砟槽底板的開裂在日常巡查中很難被發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)現(xiàn)，在行車條件下對(duì)道砟槽及防水 層進(jìn)行維修也是相當(dāng)困難的。道砟槽這一附屬結(jié)構(gòu)的失效也可能影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。剛性防護(hù)構(gòu)造和柔性防護(hù)構(gòu)造對(duì)比分析如下選擇了兩種典型鐵路鋼橋道砟槽剛性防護(hù)構(gòu)造與環(huán)氧浙青混凝土柔性防護(hù)構(gòu)造， 從性能指標(biāo)方面對(duì)其進(jìn)行綜合對(duì)比分析，三種防水保護(hù)層體系如表1所示。表1三種防護(hù)構(gòu)造 1、溫度應(yīng)力考慮到鐵路鋼橋防水保護(hù)層體系在橋梁所處運(yùn)營環(huán)境下的溫度變化范圍 為_9°C 43°C，而溫度裂縫常常發(fā)生在低溫區(qū)域，將鋼橋面板和防水保護(hù)層作為統(tǒng)一的力 學(xué)分析體系，采用三維有限元方法對(duì)保護(hù)層在低溫極值_9°C溫度條件下的最大主應(yīng)力、最 大剪應(yīng)力進(jìn)行了分析，保護(hù)層溫度應(yīng)力峰值如表2所示。
表2保護(hù)層溫度應(yīng)力 由表2可以看出，剛性保護(hù)層在低溫極值條件下的溫度應(yīng)力要大于環(huán)氧浙青柔性 保護(hù)層，更容易產(chǎn)生低溫裂縫，因此，采用環(huán)氧浙青混凝土作為保護(hù)層材料能夠較為有效的 減少低溫裂縫。2、強(qiáng)度性能(1)劈拉強(qiáng)度三種防水保護(hù)體系材料劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。可見，環(huán)氧浙青混合料劈 拉強(qiáng)度結(jié)果大于C50混凝土的劈拉強(qiáng)度，略小于纖維混凝土，纖維混凝土因?yàn)槔w維的加勁 作用使其劈拉強(qiáng)度較普通混凝土有所提高。三種材料都滿足鐵路鋼橋面柔性保護(hù)層劈拉強(qiáng) 度大于3. 5MPa的要求，同時(shí)高于理論分析結(jié)果最大橫向拉應(yīng)力0. 32MPa。表3劈拉試驗(yàn)結(jié)果 (2)抗彎強(qiáng)度對(duì)環(huán)氧浙青混合料采用浙青混合料的小梁彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)其強(qiáng)度特性和彈性性 能，同時(shí)與C50混凝土和纖維混凝土 28d時(shí)的抗彎強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。 可見，環(huán)氧浙青混合料的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)高于C50混凝土和纖維混凝土，滿足理論分析結(jié)果最 大橫向拉應(yīng)力0. 32MPa和鐵路鋼橋面柔性保護(hù)層抗彎強(qiáng)度不小于5. OMPa的要求。表4彎曲試驗(yàn)結(jié)果(15°C ) (3)抗壓強(qiáng)度對(duì)環(huán)氧浙青混合料進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示?？梢姡h(huán)氧浙青混合料的抗壓強(qiáng)度值在常溫下與C50混凝土 28d的強(qiáng)度值55. 3MPa相差I(lǐng)OMPa左右，同時(shí)滿足 力學(xué)計(jì)算分析結(jié)果最大壓應(yīng)力0. 23MPa的要求。表5抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 (4)抗裂性能環(huán)氧浙青混凝土有較好的延性，較小的彈性模量(1. 0xl03MPa)，與C40混凝土彈 性模量比為1/34，在列車動(dòng)活載作用下，環(huán)氧浙青混凝土表面最大拉應(yīng)力為0. 32MPa，小于 其常溫下的抗拉強(qiáng)度4. 77MPa,而混凝土表面最大拉應(yīng)力達(dá)到3. 77MPa,大于其抗拉強(qiáng)度 2. 7MPa,故通常情況下環(huán)氧浙青混凝土保護(hù)層不會(huì)開裂，而普通水泥混凝土卻難避免開裂。3、耐久性能鐵路鋼橋保護(hù)層的物理、力學(xué)性質(zhì)受氣候因素與時(shí)間因素的影響，為了確保保護(hù) 層提供穩(wěn)定、耐久的服務(wù)，保護(hù)層材料必須具有足夠的耐久性性能。耐久性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)主 要有氯離子侵入性、抗?jié)B性能、抗凍性能、耐磨性能、抗疲勞性能和環(huán)氧浙青混凝土柔性保 護(hù)層所特有的耐老化性能等，三種保護(hù)層材料的耐久性能比較如下。、(1)抗氯離子侵入性氯鹽環(huán)境下混凝土劣化的主要形式是由氯離子侵入所引起的鋼筋銹蝕，由于橋面 系采用正交異性鋼橋面板，因此氯離子的侵入對(duì)鋼橋面板也有一定的威脅性。該環(huán)境下混 凝土的耐久性評(píng)價(jià)主要是針對(duì)混凝土抗氯離子侵入的能力。美國AASHT0T277和ASTMC1202 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所采用的是電通量法。三種材料的電通量如表6所示。表6電通量試驗(yàn)結(jié)果 由表6可以看出，普通混凝土的電通量大于規(guī)范值，纖維混凝土的電通量比普通 混凝土的要小，但也未滿足規(guī)范值，環(huán)氧浙青混凝土的電通量遠(yuǎn)小于規(guī)范值，所以環(huán)氧浙青 混凝土的抗氯離子滲透性能優(yōu)于普通混凝土和纖維混凝土。
(2)抗?jié)B性能研究表明，材料的抗?jié)B性能與材料的耐久性能密切相關(guān)，三種混合料的滲水性能和抗?jié)B等級(jí)如表7所示。表7抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果
促柏已蚰杜 初始水壓力耐水壓力護(hù)夾筌紉H等^ 抗?jié)B等級(jí)規(guī) 保護(hù)層材料(Mpa)(Mpa) 抗?jié)B命級(jí)率范值 由表7可以看出，普通混凝土的抗?jié)B性能不能滿足規(guī)范要求，纖維混凝土和環(huán)氧 浙青混凝土的抗?jié)B等級(jí)為普通混凝土 2 3倍，同時(shí)滿足規(guī)范要求，但環(huán)氧浙青混凝土的抗 滲性能更加良好。(3)抗凍性能抗凍性能是表征混合料在反復(fù)低溫條件下持久受力的能力。試驗(yàn)方法按照《普 通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GBJ82-85)中的快凍法進(jìn)行。測(cè)試前將試件在 200C 士3°C的中浸泡4d，每?jī)鋈谘h(huán)25次對(duì)試件檢測(cè)一次質(zhì)量損失和動(dòng)彈性模量，當(dāng)相對(duì) 動(dòng)彈性模量下降至初始值的60%或質(zhì)量損失率達(dá)5%即可停止。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。表8凍融試驗(yàn)結(jié)果
、凍融次相對(duì)動(dòng)彈性模量質(zhì)量損抗凍等I 保護(hù)層材料數(shù)(％)失(％) 級(jí)規(guī)見要求 由表8可以看出，普通混凝土的抗凍等級(jí)不能滿足規(guī)范要求，纖維混凝土和環(huán)氧 浙青混凝土均可滿足規(guī)范要求的F300的抗凍等級(jí)。(4)抗疲勞性能由于鐵路鋼橋保護(hù)層需要長(zhǎng)期承受列車和道砟作用荷載，所以保護(hù)層材料的抗疲 勞性能是反應(yīng)保護(hù)層耐久性能的重要指標(biāo)。三種混合料的疲勞方程如下環(huán)氧浙青混合料的失效概率為20%勞壽命預(yù)估方程為IgNe = 8. 6085-4. 7337 (S)普通混凝土失效概率為20 %的疲勞方程為
LgS = LgO. 7365+0. 0289(I-R)LgNe纖維混凝土失效概率為20%的疲勞方程為L(zhǎng)gS = LgO. 8948-0. 0329(I-R)LgNe式中，S為應(yīng)力水平，R為應(yīng)力比，Ne為預(yù)估疲勞壽命。令S = 0. 75，R = 0. 1得到三種材料的預(yù)估疲勞壽命如表9所示。表9不同防水保護(hù)層疲勞壽命預(yù)估 由表6. 4. 1. 4-8可以看出，應(yīng)力水平為0. 75時(shí)，纖維混凝土的疲勞壽命略優(yōu)于普 通混凝土 ；應(yīng)力水平為0. 85時(shí)，普通混凝土的疲勞壽命表現(xiàn)略優(yōu)于纖維混凝土，但環(huán)氧浙 青混凝土的疲勞壽命優(yōu)于兩種剛性保護(hù)層材料。因此，環(huán)氧浙青混凝土相較于兩種水泥混 凝土具有更良好的抗疲勞性能。在本發(fā)明中，所述防水層30可以采用聚脲彈性體防水層或者環(huán)氧浙青層，在由圖 2示出的優(yōu)選實(shí)施例中，所述防水層30為環(huán)氧浙青層，該環(huán)氧浙青層將防水保護(hù)層40、防腐 層20粘結(jié)為一體。所述防水保護(hù)層40由第一環(huán)氧浙青混凝土層41、第二環(huán)氧浙青混凝土 層42和將其粘結(jié)為一體的層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43復(fù)合構(gòu)成。所述防腐層20為環(huán)氧富鋅 防銹底漆涂層。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)確定如下第一環(huán)氧浙青混凝土層 41、第二環(huán)氧浙青混凝土層42的厚度各為30mm，層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43的厚度為0. 45mm。 環(huán)氧浙青層的厚度為0. 68mm ；環(huán)氧富鋅防銹底漆涂層的厚度為100 μ m。在上述優(yōu)選實(shí)施方案中，將防水保護(hù)層40分為第一環(huán)氧浙青混凝土層41、第二環(huán) 氧浙青混凝土層42兩層，是基于如下兩個(gè)方面的原因考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件以及施工工藝難 以將60mm厚的環(huán)氧浙青混凝土壓實(shí)到空隙率< 3%的要求，如此難以保證其不透水，從而 影響結(jié)構(gòu)的耐久性能。分層壓實(shí)能夠保證環(huán)氧浙青混凝土壓實(shí)到空隙率<3%。第一環(huán)氧 浙青混凝土層41、第二環(huán)氧浙青混凝土層42的之間設(shè)置層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層43，在使用過 程中，如果上層的第二環(huán)氧浙青混凝土層42出現(xiàn)了微小的裂縫，并未及時(shí)修補(bǔ)的情況下， 這一層粘結(jié)層能夠起到阻斷裂縫繼續(xù)向下層的第一環(huán)氧浙青混凝土層41傳遞的作用，其 自身本身也能夠起到防水保護(hù)的作用。本發(fā)明柔性防護(hù)構(gòu)造剪切試驗(yàn)結(jié)果如下表10、表11所示表10正交異性的鋼橋面板與環(huán)氧浙青混凝土防水保護(hù)層層間剪切試驗(yàn)結(jié)果 表11環(huán)氧浙青混凝土防水保護(hù)層層間剪切試驗(yàn)結(jié)果 從表10、表11的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，抗剪切能力滿足最大層間剪應(yīng)力的要求。本發(fā)明柔性防護(hù)構(gòu)造拉拔試驗(yàn)結(jié)果如下表12、表13所示表12正交異性的鋼橋面板與環(huán)氧浙青混凝土柔性保護(hù)層層間拉拔試驗(yàn)結(jié)果 表13環(huán)氧浙青混凝土柔性保護(hù)層層間拉拔試驗(yàn)結(jié)果 由表12、表13可知，常溫時(shí)的粘結(jié)能力滿足理論分析結(jié)果最大橫向拉應(yīng)力 0. 32MPa的要求。
權(quán)利要求
鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，包括正交異性鋼橋面板(10)和由下而上鋪裝于其板面上的防腐層(20)、防水層(30)和防水保護(hù)層(40)，其特征是所述防水保護(hù)層(40)由至少兩層環(huán)氧瀝青混凝土層和將其粘結(jié)為一體的層間環(huán)氧瀝青粘結(jié)層(43)復(fù)合構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，其特征是所述防水層(30)為 環(huán)氧浙青層，該環(huán)氧浙青層將防水保護(hù)層(40)、防腐層(20)粘結(jié)為一體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，其特征是所述防水保護(hù) 層(40)由第一環(huán)氧浙青混凝土層(41)、第二環(huán)氧浙青混凝土層(42)和將其粘結(jié)為一體的 層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層(43)復(fù)合構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，其特征是所述第一環(huán)氧浙青 混凝土層(41)、第二環(huán)氧浙青混凝土層(42)的厚度各為30mm，層間環(huán)氧浙青粘結(jié)層(43) 的厚度為0. 45mm。
5.如權(quán)利要求2所述的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，其特征是所述防水層(30)的 厚度為0. 68mm。
6.如權(quán)利要求1所述的鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，其特征是所述防腐層(20)為 環(huán)氧富鋅防銹底漆涂層，其厚度為100 ym。
全文摘要
鐵路鋼橋道砟槽柔性防護(hù)構(gòu)造，旨在改善防護(hù)構(gòu)造的抗水損害性能和耐久性，使之能適應(yīng)鋼橋面板的反復(fù)變形，且與鋼板的變形追從性較好。它包括正交異性的鋼橋面板(10)和由下而上鋪裝于其板面上的防腐層(20)、防水層(30)和防水保護(hù)層(40)，所述防水保護(hù)層(40)由至少兩層環(huán)氧瀝青混凝土層和將其粘結(jié)為一體的層間環(huán)氧瀝青粘結(jié)層(43)復(fù)合構(gòu)成。
文檔編號(hào)E01D19/08GK101864728SQ20101020428
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者張寧, 戴勝勇, 楊善奎, 王建偉, 童登國, 胡步毛, 艾宗良, 袁明, 錢振東, 陳思孝, 馬庭林 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司