一種長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，橋梁頂板和鋪裝層之間噴灑界面粘接劑層，界面粘接劑層上鋪設(shè)柔性纖維混凝土層，沿著鋪裝層縱橫方向布置了鋼筋網(wǎng)片。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了橋面鋪裝的多向增強(qiáng)效應(yīng)、雙重阻裂效應(yīng)，達(dá)到了多重防水、抗?jié)B和抗凍的性能目標(biāo)；新型防脫防水界面粘接劑，確保橋面鋪裝和橋面板的完美粘接、共同協(xié)調(diào)工作，其強(qiáng)抗滑移能力延長(zhǎng)了橋面鋪裝的使用壽命，達(dá)到提高其橋面鋪裝長(zhǎng)壽命的目的，降低了翻修頻率，減少了交通中斷時(shí)間，節(jié)省了大量資金，確保車輛安全通行，滿足可持續(xù)發(fā)展要求，適用于北方重車多、溫差變化大以及多雨雪的使用環(huán)境。
【專利說(shuō)明】一種長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)
[0001] 結(jié)構(gòu)領(lǐng)域
[0002] 本案例屬于橋梁建設(shè)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙重阻裂、隨機(jī)增強(qiáng)、多重防水的長(zhǎng)壽命 鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。
[0003] 背景結(jié)構(gòu)
[0004] 橋面鋪裝即行車道鋪裝，亦稱橋面保護(hù)層，它是橋面系中車輪直接作用的部分，其 作用不僅在于保護(hù)橋面，防止車輛輪胎或履帶直接磨耗行車道板，保護(hù)橋梁免受雨水及其 它有害物質(zhì)的侵蝕，而且還可以起到均衡分布橋面荷載，參與結(jié)構(gòu)受力，確保結(jié)構(gòu)長(zhǎng)壽命的 作用。橋面鋪裝質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)橋梁的外觀質(zhì)量以及行車安全性和舒適性。
[0005] 20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)高等級(jí)公路發(fā)展十分迅速，路橋建設(shè)數(shù)量劇增。隨著公 路等級(jí)的提_，橋梁涵洞等公路構(gòu)造物所占比重越來(lái)越大，而_等級(jí)公路對(duì)路面質(zhì)量要求 較高，合理的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高性能的施工設(shè)備以及完善的施工工藝已使路面質(zhì)量達(dá)到相 應(yīng)的指標(biāo)。如近些年來(lái)我國(guó)所修筑的高速公路，路面質(zhì)量有大幅度提高，行車舒適性得到大 大改善。
[0006] 然而，隨著交通量的增加和荷載等級(jí)的提高，橋面鋪裝層的破壞情況越來(lái)越嚴(yán)重， 有為數(shù)不少的橋梁在通車后不久，橋面就不同程度地出現(xiàn)開裂、剝離、破碎、凹凸不平、塌 陷、橋面磨光、剪切破壞和橋面連續(xù)處破壞等病害。造成了直接和間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失。
[0007] 在以往的橋梁設(shè)計(jì)中，橋面鋪裝一般不作受力計(jì)算，只是作為構(gòu)造層來(lái)考慮?！豆?路橋梁設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004)規(guī)定：裝配式鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋采用 水泥混凝土或浙青混凝土鋪裝，其厚度最小為0. 05-0. 08m，如果在施工中能確保鋪裝層與 行車道板緊密結(jié)合成整體，則鋪裝層的混凝土（除去作為車輪磨耗部分可取〇. 01-0. 〇2m厚 夕卜）還可以計(jì)算在行車道的厚度內(nèi)和行車道板共同受力。為使鋪裝層具有足夠的強(qiáng)度和良 好的整體性（起到聯(lián)系各橋梁共同受力的作用），一般宜在混凝土中鋪設(shè)直徑為8_的鋼筋 網(wǎng)。然而，隨著交通量的增加和荷載等級(jí)的提高，當(dāng)載重車反復(fù)作用時(shí)，由于主要承重結(jié)構(gòu) 的變形，使得橋面鋪裝不能滿足使用荷載及結(jié)構(gòu)變形的要求，導(dǎo)致鋪裝層破壞。
[0008] 混凝土梁橋橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)的破壞已經(jīng)成為高等級(jí)公路主要病害之一，嚴(yán)重影響 了行車安全性與舒適性，并由此暴露出一些設(shè)計(jì)與施工中對(duì)鋪裝層工作狀況認(rèn)識(shí)不足的問(wèn) 題。特別是類似于我國(guó)北方地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，礦產(chǎn)資源豐富，公路運(yùn)輸比例大，重車多，溫 差變化大、雨雪多等復(fù)雜的交通環(huán)境，橋面鋪裝使用年限短，嚴(yán)重影響行車舒適性和運(yùn)營(yíng)安 全，迫切需要一種新型的長(zhǎng)壽命橋面鋪裝。
[0009] 為了解決這個(gè)問(wèn)題，本方案發(fā)明了長(zhǎng)壽命橋面。通過(guò)調(diào)查北方地區(qū)鋪裝結(jié)構(gòu)的典 型破壞形式，分析其破壞機(jī)理，提出適應(yīng)北方地區(qū)重載、溫差大、多雨雪等交通環(huán)境的鋪裝 結(jié)構(gòu)思路；在基于破壞力學(xué)的鋪裝結(jié)構(gòu)破壞發(fā)展、演變機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出適應(yīng)于北方 地區(qū)重載交通使用環(huán)境下的鋪裝結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)指標(biāo)（材料、典型結(jié)構(gòu)）；建立基于斷裂 力學(xué)的"柔性聚丙烯纖維混凝土 +鋼筋網(wǎng)+改性聚合界面粘接劑"的阻裂鋪裝結(jié)構(gòu)的裂尖 閉合力阻裂機(jī)理模型，揭示鋪裝結(jié)構(gòu)的阻裂、抗疲勞等機(jī)理，從理論上為鋪裝結(jié)構(gòu)的工程應(yīng) 用奠定基礎(chǔ)；結(jié)合數(shù)值仿真分析和試驗(yàn)研究，優(yōu)化合理可行的長(zhǎng)壽命鋪裝方案，針對(duì)選定的 鋪裝層材料、界面粘結(jié)材料和鋪裝層結(jié)構(gòu)形式開展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，提出典型的鋪裝結(jié)構(gòu) 及合理高效的施工工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種長(zhǎng)壽命橋面，旨在解決傳統(tǒng)橋面鋪裝使用年限短，嚴(yán) 重影響行車舒適性和運(yùn)營(yíng)安全的問(wèn)題。
[0011] 本發(fā)明提供了 一種長(zhǎng)壽命橋面鋪裝，所述長(zhǎng)壽命橋面包括：界面粘接劑層、柔性纖 維混凝土層、鋼筋網(wǎng)層和鋪裝層；
[0012] 橋梁頂板和鋪裝層之間鋪設(shè)界面粘接劑層，界面粘接劑層上鋪設(shè)柔性纖維混凝土 層，沿著鋪裝層縱橫方向布置了鋼筋網(wǎng)層。
[0013] 進(jìn)一步，所述界面粘接劑層采用改性防脫防水聚合界面粘接劑。
[0014] 進(jìn)一步，所述柔性纖維混凝土層采用柔性聚丙烯纖維混凝土，柔性聚丙烯纖維在 混凝土中呈三維亂向分布。
[0015] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用上述長(zhǎng)壽命橋面鋪裝的橋梁。
[0016] 本發(fā)明針對(duì)北方道路的交通和環(huán)境情況，采用具有雙重阻裂、隨機(jī)增強(qiáng)的鋼筋網(wǎng) 柔性纖維混凝土橋面鋪裝，輔助以新型防脫防水界面粘接層的新型橋面鋪裝方案，實(shí)現(xiàn)了 橋面鋪裝的多向增強(qiáng)效應(yīng)、雙重阻裂效應(yīng)，達(dá)到了多重防水、抗?jié)B和抗凍的性能目標(biāo)；新型 防脫防水界面粘接劑，確保橋面鋪裝和橋面板的完美粘接、共同協(xié)調(diào)工作，其強(qiáng)抗滑移能力 延長(zhǎng)了橋面鋪裝的使用壽命，達(dá)到提高其橋面鋪裝長(zhǎng)壽命的目的，降低了翻修頻率，減少了 交通中斷時(shí)間，節(jié)省了大量資金，確保車輛安全通行，滿足可持續(xù)發(fā)展要求，適用于北方重 車多、溫差變化大以及多雨雪的使用環(huán)境；試點(diǎn)研究表明"柔性聚丙烯纖維混凝土 +鋼筋網(wǎng) +改性聚合物界面粘接劑"橋面鋪裝結(jié)構(gòu)可適當(dāng)減小鋪裝厚度2?8cm，二期恒載作用降低， 主體結(jié)構(gòu)承受荷載減小，間接提高了橋梁的承載能力，抗超載能力也得到了一定的提升；同 時(shí)，鋪裝結(jié)構(gòu)使得荷載可均勻分布于整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)上，局部鋪裝層不會(huì)承受過(guò)大的集中 荷載，有效地削減荷載峰值，提升重載交通服務(wù)能力，增強(qiáng)了橋面鋪裝的長(zhǎng)壽命，延長(zhǎng)了結(jié) 構(gòu)使用壽命。
[0017] 鋼筋網(wǎng)柔性聚丙烯纖維混凝土輔助以高強(qiáng)防脫型界面粘接劑的橋面鋪裝方案在 高速公路工程中的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，明顯地減少了橋面鋪裝層的開裂、剝落等病害現(xiàn)象，提高 了鋪裝層使用壽命，確保具有更長(zhǎng)時(shí)間的行車舒適性，減少橋梁的行車沖擊效應(yīng)，間接地提 高了橋梁的安全性，由此帶來(lái)顯著的社會(huì)效益；該結(jié)構(gòu)適用于北方重車多、溫差變化大以及 多雨雪的使用環(huán)境，提高橋面鋪裝長(zhǎng)壽命，降低了翻修頻率，減少了交通中斷時(shí)間，節(jié)省了 大量資金，確保車輛安全通行，必將取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，相關(guān)的 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成果全部實(shí)現(xiàn)社會(huì)共享，提高了基層結(jié)構(gòu)人員的專業(yè)技能，對(duì)加速科研成果向生 產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化以及保證科研成果在工程實(shí)際中應(yīng)用的成功率起到良好的示范作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明提供的長(zhǎng)壽命橋面發(fā)明流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明提供的長(zhǎng)壽命橋面方案結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施案例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施案例僅僅用以解釋本發(fā) 明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種長(zhǎng)壽命橋面鋪裝，如圖2所示，該結(jié)構(gòu)包括：界面粘接 劑層1、柔性纖維混凝土層2、鋼筋網(wǎng)層3和鋪裝層4。橋梁頂板和鋪裝層4之間鋪設(shè)界面粘 接劑層1，界面粘接劑層1上鋪設(shè)柔性纖維混凝土層2,沿著鋪裝層4縱橫方向布置了鋼筋 網(wǎng)層3。
[0022] 圖1示出了本案例提供的長(zhǎng)壽命橋面的發(fā)明過(guò)程：
[0023] 1、在步驟SlOl中，通過(guò)調(diào)查北方地區(qū)鋪裝結(jié)構(gòu)的典型破壞形式，分析其破壞機(jī) 理，提出適應(yīng)北方地區(qū)重載、溫差大、多雨雪等交通環(huán)境的鋪裝結(jié)構(gòu)思路。
[0024] 2、在步驟S102中，在基于破壞力學(xué)的鋪裝結(jié)構(gòu)破壞發(fā)展、演變機(jī)理研究的基礎(chǔ) 上，提出適應(yīng)于北方地區(qū)重載交通使用環(huán)境下的鋪裝結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)壽命結(jié)構(gòu)指標(biāo)（材料、典型 結(jié)構(gòu)）。
[0025] 3、在步驟S103中，建立基于斷裂力學(xué)的"柔性聚丙烯纖維混凝土 +鋼筋網(wǎng)+改性 聚合界面粘接劑"的阻裂鋪裝結(jié)構(gòu)的裂尖閉合力阻裂機(jī)理模型，揭示鋪裝結(jié)構(gòu)的阻裂、抗疲 勞等機(jī)理，從理論上為鋪裝結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
[0026] 4、在步驟S104中，在"裂尖閉合力"阻裂機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，建立橋面鋪裝層的數(shù) 值分析方法，模擬北方地區(qū)重載、溫度等效應(yīng)作用，驗(yàn)證鋪裝結(jié)構(gòu)的有效性。
[0027] 荷載條件：主要考慮以下幾種工況：⑴工況一：堅(jiān)向荷載，依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通 用規(guī)范》（JTG D60-2004)，采用550kN重車的車輛后軸140kN，荷載作用面積單側(cè)雙輪接地 面積0. 6mX0. 2m ;⑵工況二：堅(jiān)向荷載和水平荷載共同作用，其中堅(jiān)向力大小與⑴的相同， 作用于鋪裝層表面的水平荷載僅考慮車輪與鋪裝層間的摩擦力，取摩擦系數(shù)為〇. 3,并考慮 沖擊；⑶工況三：溫度荷載，由表層向底層以遞減的梯度方式施加。
[0028] 模型用結(jié)點(diǎn)耦合的方法來(lái)模擬橋面鋪裝層4和橋面板兩層之間的結(jié)合，將兩層間 所有結(jié)點(diǎn)的三個(gè)方向全部耦合來(lái)模擬界面粘結(jié)良好，即橋面鋪裝與橋面板之間沒(méi)有缺陷， 共同受力；通過(guò)放松兩層之間一部分結(jié)點(diǎn)的耦合來(lái)模擬橋面鋪裝之間存在裂縫、脫空等缺 陷。
[0029] 由于邊界條件（支撐條件）不同、荷載條件不同，受力會(huì)有很大的不同。在建立模 型時(shí)考慮了不同位移邊界條件的模型，并計(jì)算了不同形式荷載作用下的受力狀況，以便更 全面、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)橋面鋪裝層4與橋面板共同受力、變形的狀況。
[0030] 通過(guò)計(jì)算可知，鋪裝層4內(nèi)的最大剪應(yīng)力隨厚度的改變有時(shí)出現(xiàn)在鋪裝層4表面， 有時(shí)出現(xiàn)在接觸層，有時(shí)出現(xiàn)在鋪裝層4內(nèi)部。水泥混凝土橋面鋪裝在行車荷載作用下經(jīng) 常發(fā)生剪切破壞，一般來(lái)說(shuō)破壞有兩種情況：一是水泥混凝土鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生較大的剪應(yīng) 力而引起無(wú)確定破壞面的剪切變形；二是水泥混凝土鋪裝層與橋面層間發(fā)生剪切破壞。
[0031] 當(dāng)混凝土橋面鋪裝層4與橋面板之間存在缺陷時(shí)，由于缺陷區(qū)域的影響，橋面鋪 裝層4的受力在局部位置有很大影響，當(dāng)設(shè)置微小的一個(gè)缺陷區(qū)域時(shí)，鋪裝層內(nèi)的最大剪 應(yīng)力就可能急劇增加幾十倍，甚至更多倍。這就會(huì)在缺陷區(qū)域周圍造成應(yīng)力集中，主拉應(yīng)力 很容易超過(guò)材料的抗拉極限值，從而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載受力。因此，只有保證鋪裝層4與 橋面板的良好結(jié)合，選擇物理及力學(xué)性能更適合鋪裝層受理要求的材料，才可以使結(jié)構(gòu)承 受更大的荷載，由此提出了鋪裝材料和鋪裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)指標(biāo)。
[0032] 5、在步驟S105中，提出了鋪裝材料和鋪裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)指標(biāo)。
[0033] 6、在步驟S106中，結(jié)合數(shù)值仿真分析和試驗(yàn)研究，優(yōu)化合理可行的長(zhǎng)壽命鋪裝方 案，針對(duì)選定的鋪裝層材料、界面粘結(jié)材料和鋪裝層結(jié)構(gòu)形式開展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，提出典 型的鋪裝結(jié)構(gòu)及合理高效的施工工藝。
[0034] 1)柔性纖維混凝土的物理、力學(xué)性能系統(tǒng)試驗(yàn)研究
[0035] 對(duì)纖維混凝土和普通混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、沖擊性能、抗 疲勞、耐磨性能等進(jìn)行了大量的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，纖維混凝土的力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝 土。
[0036] 2)柔性纖維混凝土抗?jié)B、抗凍性能研究
[0037] 抗?jié)B、抗凍性是北方地區(qū)混凝土長(zhǎng)壽命的重要指標(biāo)，對(duì)柔性纖維混凝土層2的抗 凍、抗?jié)B性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：由于纖維在混凝土2中呈現(xiàn)三維亂向分布，使得混 凝土材料失水面積有所減小，水分遷移較為困難，從而使毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張 力、吸附水和分子間力作用等有所減小，可以起到阻斷混凝土內(nèi)毛細(xì)作用的效果，從而抗?jié)B 效果提高；纖維加入到水泥混凝土中后，混凝土中含有大量的亂向的微細(xì)纖維，增加了材料 的抗裂性能，使得混凝土的抗?jié)B、抗凍性能得以提高。
[0038] 3)柔性纖維混凝土的變形性能及裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究
[0039] 完成了柔性纖維混凝土層2的彈性模量和彎拉模量的試驗(yàn)，試驗(yàn)表明柔性纖維混 凝土層2抗裂能力的提高主要體現(xiàn)在在較高的應(yīng)力水平，即在應(yīng)變有一個(gè)較大的增長(zhǎng)后試 件才斷裂破壞，也就是說(shuō)柔性纖維混凝土層2在裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展前有一個(gè)微裂紋的亞臨界擴(kuò) 展過(guò)程，提出基于裂紋控制的配合比研究方法。
[0040] 4) "柔性纖維混凝土 +鋼筋網(wǎng)"橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)研究
[0041] 在柔性纖維混凝土層2材料物理力學(xué)性能研究基礎(chǔ)上，結(jié)合"裂尖閉合力"阻裂機(jī) 理模型，采用具有雙重阻裂、隨機(jī)增強(qiáng)的鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝方案。
[0042] 5)橋面鋪裝柔性纖維混凝土的界面試驗(yàn)
[0043] 在對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理及有限元分析的基礎(chǔ)上，提出的改性聚合物界面粘接劑 保證了鋪裝層4與橋面板的變形協(xié)調(diào)，減少了鋪裝界面和材料的初始缺陷，增強(qiáng)鋪裝結(jié)構(gòu) 的抗病害的能力。項(xiàng)目組在眾多界面劑中選擇并配制出粘結(jié)效果較好的5種界面劑，開展 了新老混凝土界面粘結(jié)試驗(yàn)，得到了具有極好的高強(qiáng)、防水、抗脫、抗凍、抗?jié)B性能的界面粘 接材料。
[0044] 6) "柔性纖維混凝土 +鋼筋網(wǎng)+改性聚合物界面粘接劑"的典型橋面鋪裝方案
[0045] 在大量的試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值分析后，確定如圖2所示的鋼筋網(wǎng)柔性聚丙烯纖維混凝 土輔助以高強(qiáng)防脫型界面粘接劑層的典型橋面鋪裝方案。
[0046] 根據(jù)鋪裝層4的受力特點(diǎn)，通過(guò)大量的試驗(yàn)提出了新型橋面鋪裝方案中的鋪裝材 料與普通混凝土橋面鋪裝的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比，具體參數(shù)對(duì)比參見表1。
[0047] 表1主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，其特征在于橋面鋪裝構(gòu)成，所述 長(zhǎng)壽命橋面鋪裝包括：界面粘接劑層、柔性纖維混凝土層、鋼筋網(wǎng)層和鋪裝層，橋梁頂板和 鋪裝層之間鋪設(shè)界面粘接劑層，界面粘接劑層上鋪設(shè)柔性纖維混凝土層，沿著鋪裝層縱橫 方向布置了鋼筋網(wǎng)層。
2. 如權(quán)利要求1所述長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 界面粘接劑層采用改性防脫防水聚合界面粘接劑。
3. 如權(quán)利要求1所述長(zhǎng)壽命鋼筋網(wǎng)柔性纖維混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 柔性纖維混凝土層采用柔性聚丙烯纖維混凝土，柔性聚丙烯纖維在混凝土中呈三維亂向分 布。
4. 一種應(yīng)用權(quán)利要求1-3所述長(zhǎng)壽命橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的橋。
【文檔編號(hào)】E01D19/12GK104314003SQ201410383853
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】杜柏松, 何小兵, 羅玲 申請(qǐng)人:重慶交通大學(xué)