对钢桥面磨耗层的研究

1 引言

钢桥具有构件质量轻、运输与架设方便、施工周期短等特点。而钢桥面铺装是钢桥建设的关键技术之一，这是由于铺装层铺设于刚度较小的面板上，在行车荷载与温度变化、风荷载、地震等外界环境因素共同作用下，其受力和变形的十分复杂，致使钢桥面铺装早期病害与损坏现象普遍存在。

目前，钢桥面铺装的结构形式主要有两种：柔性铺装和刚性铺装。柔性材料一般为沥青混合料，采用高温浇注式沥青混凝土、改性沥青混凝土、环氧沥青混凝土。调查研究发现，柔性铺装层容易出现如车辙、脱层、推移、拥包、纵横向裂缝及网状裂缝、坑槽等破坏。究其原因是由于钢桥面通常刚度小，重载作用下局部变形大，应力集中现象严重，再加上铺装层工作条件恶劣，柔性铺装层模量低，不能有效提供桥面刚度、降低各层中的应力，因此难以解决钢桥面板及柔性铺装层的疲劳开裂问题。而刚性铺装由于能大幅提高桥面刚度，大幅度降低应力幅，从而解决钢桥面疲劳开裂和铺装易损的问题，但传统的水泥混凝土厚度较大，约为60cm，自重太大，且易出现裂缝、坑槽、钢筋外露等破坏，有鉴于此，国内外学者提出了几种新型的铺装材料和结构类型，如轻集料混凝土铺装、钢纤维混凝土（SFRC）铺装、高性能混凝土（HPC）铺装等等，然而这些铺装材料在承受反复拉应力时，其力学性能如抗拉强度、受拉极限变形等仍显不足，一旦铺装层开裂，会引起桥面系刚度下降、粘结层失效、钢板腐蚀，桥面系使用寿命降低。

2 薄层磨耗层

现行的超薄磨耗层材料通常采用沥青混合料，厚度为10-25mm，如SMA、AC、OGFC、Superpave和Novachip等，其中Novachip使用效果最好，作为磨耗层寿命一般为7-10年。另外，国内外也开始采用聚合物类混凝土作为磨耗层材料，美国对其进行了深入研究，将其用于钢桥面铺装已有数十年，制订了相应的规范和指标指导设计和施工，根据NCHRP于2011年发布的报告，如果按规定要求正确施工，薄层聚合物罩面（Thin Polymer Overlays，TPO）使用寿命能达15年左右。法国最早开始研究并应用超薄磨耗层作为面层，提出的超薄沥青混凝土磨耗层厚度为15-20mm，主要材料为4-6mm的碎石、0-2mm的砂砾、矿粉和沥青，能够满足路面功能性要求，但对路面结构强度并不会有所增加，所以超薄沥青混凝土磨耗層的结构层应具有足够的强度，并具有完好的结构性能。

3钢桥面磨耗层铺装技术

薄层聚合物铺装材料主要由聚合物粘结剂和撒布骨料组成。聚合物粘结剂与水泥混凝土等基材粘结性能好，常温下环氧的粘结强度达2MPa以上，可阻隔氯离子、抵抗水汽等对桥面侵蚀。粘结剂能提供的层间粘结强度以及层间抗剪切强度直接决定了聚合物铺装结构的路用性能。粘结强度、抗剪切强度不足直接导致早期病害。撒布骨料提供表面抗滑性能。铺装结构可以根据不同的交通需求，采用不同的集料来提供不同抗滑性能的铺装表面。所采用的集料碎石一般粒径为1-5mm，主要起骨料作用。

薄层聚合物混凝土主要有两种铺装方法：撒布法（Broom and Seed）和砂浆法（Slurry）。

撒布法。将聚合物粘结剂按一定用量涂抹在下承层表面，然后根据道路交通需求，将一定级配的耐磨骨料撒布在粘结剂表面，经养生固化后，清除多余的骨料。撒布法可以单层或多层反复施工，达到预期的铺装厚度。美国目前主流的几类铺装材料均是按此工艺进行施工。

砂浆法。与传统沥青类材料施工技术相似，即预先将聚合物粘结剂和集料按一定配比搅拌均匀，然后按一定铺装厚度摊铺在下承层表面。由于聚合物粘结剂的性能不同于沥青类材料，不能使用传统的摊铺机作业，一般仍是采用小型搅拌桨和搅拌桶，再经人工摊铺。摊铺后，仍需撒布集料，确保表面无湿点存在。

4 研究展望

由于TPO与水泥基具有优异的粘结性能、抗剪切性能；厚度薄能有效减轻桥身静载；高低温性能好，无车辙、推移破坏；耐久性能好，使用寿命在15年左右。因此提出将聚合物混凝土作为新型组合桥面结构上的磨耗层，形成“钢桥面板+STC超高韧性混凝土+TPO超薄磨耗层”组合铺装体系，新型铺装体系能减轻桥身自重、提供优异的路用性能、增强桥面的耐久性能。

参考文献

[1]吴迪，张宏超.新型聚合物桥面铺装结构层间剪切性能.北京科技大学学报，2011，33（S1）：193-198.

[2]吴迪.薄型聚合物桥隧加铺系统之性质与行为：[同济大学硕士毕业论文].上海：同济大学，2012，3-15.

[3]赵锋军，李宇峙.钢桥面薄层环氧树脂混凝土铺装材料路用性能试验研究.公路，2010，（2）：74-78.