随着大跨径钢桥的建设,对钢桥面铺装材料的探索研究许多国家投入了大量的人力和物力。总结这近儿十年来钢桥面铺装建设的正反两方面的技术经验,目前最常用的钢桥面铺装层材料主要有以下四类:
相对于一般沥青混凝土高温拌合浇筑式沥青混凝土对板与钢板间的粘结性能以及对钢板的变形随从性要优越的多。并且由于高温拌合浇筑式沥青混凝土孔隙率接近零,因此其具备优良的防水、抗老化、抗裂性能,铺装也就没必要防水层,铺装施工工序简单。但是由于其高温稳定性较差,在高温天气时桥面易形成车辙。这种桥面铺装沥青混凝土以德国和日本代表用的较多。
浇注式沥青混凝土亦可称为注入式沥青混凝土。其主要特点是在高温状态下对其进行拌合,由于其流动性较大,施工中正是利用与其这个特点在进行桥面混合料摊铺时直接依靠摊铺机、整平机等简单的机械直接成型,不需要任何的碾压密实机械。成型后的混合料就能达到规定允许的密实度和平整度。最早研究浇筑式沥青混凝土的国家为德国,最开始浇筑式沥青混凝土是用于建筑物的防水设施。在此之后法国、英国等国也相继开始使用这种铺装材料,由于命名习惯的不同,这些国家将其命名为沥青马蹄脂。
浇注式沥青混凝土由于其施工工序简单,免去了很多施工工序,而且浇注式沥青混凝土具备良好的抗老化、抗疲劳、防水等性能,在钢桥面板发生变形时其能保持和钢板保持良好的变形随从性。浇注式沥青混凝土由于其材料的高流动性,其矿料间空隙被沥青玛蹄脂填充,空隙率几乎为零。因此浇注式沥青混凝土桥面铺装具备良好的密水性,可以有效防止桥面雨水及各种腐蚀性物质渗入桥面铺装内部。在国外被广泛应用于钢桥面铺装。如法国的诺曼底大桥以及日本的明石海峡大桥等。
相对于普通沥青混凝土路面而言改性沥青SMA不仅具有较好的柔韧性、抗松散能力,而且其耐久性和防水性能都较好。因此这种桥面铺装具有抗裂能力强,抗永久变形和抗塑流性能强的特点,而且其表面结构粗糙、不易产生车辙,其抗滑性能也相对好得多。此外对改性沥青SMA的施工周期短,施工要求低,费用也不高。改性沥青SMA的主要缺点为进行桥面铺装施工时铺装层不能太薄,一般厚度要大于6cm,并且对于集料的要求高。改性沥青SMA在德国和日本等国的桥梁建设中得到比较广泛的运用。
SMA是由德国在20世纪60年代中期研究并开发的,一开始沥青SMA只是运用于路面铺装以及普通桥面铺装。普通沥青SMA是一种断级配铺装材料,一般由粗集料、矿粉和沥青组成。普通沥青SMA混凝土具有以下特征:
良好的抗车辙性。在组成中普通沥青SMA混凝土的材料中,由于其粗集料含量很大,细集料相对较少。在车辆荷载的作用下,混合料之间相互作用以粗集料之间的相互嵌挤作用为多,而沥青仅仅填充了在粗集料之间的孔隙中。因此,在高温条件下沥青混合料的抗车辙变形能力非常好。
良好的抗低温开裂性。由于在粗集料表面被沥青所裹覆,因此沥青混凝土拥有较好的柔韧性和粘接性,在低温条件下,铺装层具有良好的抗低温开裂性。
良好的行车效果。由于沥青SMA的级配为断级配,其粗集料含量较高,路面表层集料孔隙率较大,构造深度一般在0.8~1mm之间,这使得沥青SMA表层粗糙度高,抗滑性能较好。并且在雨天行车时不会引起很大的表面溅水。
但是,一般公路上使用的SMA沥青材料不一定能符合钢桥面的技术要求。其主要原因是由于其材料特性路面SMA的表面孔隙较大,构造深度也较大。这样在与钢桥面板接触的底面,也势必形成较大的孔隙,而不一定能与钢板紧密结合,粘结得是否良好就没有充分的保证。为了能够将SMA运用到钢桥面铺装上,必须对普通的SMA作出改进。这样改性沥青也就随之诞生了。其主要的做法有以下几类:
1)适当减小SMA的最大粒径,保证充足的矿粉数量或者增加纤维以提高混合料的柔韧性;
2)适当调整级配,使得级配向密集配方向发展以降低构造深度使得铺装与桥面紧密结合并且采用改性沥青胶砂作联结层;
与普通混凝土铺装相比环氧沥青混凝土不仅具有高温时抗永久变形和塑流能力强,而且其低温抗裂性能也很好。其优点还包括:强度高,抗疲劳性极好,并且抵抗化学物质(燃料、油和溶剂)侵蚀的能力也非常强。虽然环氧混凝土有上述许多优点,但是由于其的配制工艺比较复杂,在施工过程中对湿度和时间要求十分严格,施工难度非常大,并且相关材料费用也非常昂贵。这种铺装材料申请了多项专利,目前在我国只有部分桥梁使用了此种材料。环氧沥青混凝土主要在美国运用的较广。
环氧沥青是由环氧树脂、基质沥青与固化剂添加在一起并经复杂的化学改性之后所得的混合物产物。环氧沥青混合料是由美国在San Mateo-Hayward大桥上首次使用的,与普通混凝土铺装相比环氧沥青混凝土不仅具有高温时抗永久变形和塑流能力强,而且其低温抗裂性能也很好。此外其优点还包括:强度高,抗疲劳性极好,并且抵抗化学物质(燃料、油和溶剂)侵蚀的能力也非常强。因此环氧沥青铺装迅速的在美国、荷兰、澳大利亚和加拿大等国家得到应用。虽然环氧混凝土有上述许多优点,但是由于其的配制工艺比较复杂,在施工过程中对湿度和时间要求十分严格,施工难度非常大,并且相关材料费用也非常昂贵。这种铺装材料申请了多项专利,目前在我国只有部分桥梁使用了此种材料。环氧沥青混凝土主要在美国运用的较广。
热拌沥青混凝土出现的时间相对于其他的铺装材料较早,由于其性能的局限性,这种材料慢慢不适应大跨径钢桥面铺装的技术要求,在近几年很少将其运用于大跨径钢桥面铺装。