一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构及其施工方法
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，涉及一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构及其施工方法。
背景技术
正交异性钢桥面板自上世纪问世以来，以其重量轻、运输架设方便、施工速度快等特点，而被广泛用于大中跨径桥梁。但是，在桥梁的运营期间，钢桥面铺装普遍出现了开裂、拥包、车辙、层间滑移等病害。主要原因是：(1)正交异性钢板的纵横加劲肋等构造特点使得其刚度变化较大，这导致铺装层受力复杂，局部受力过大；(2)常用的沥青质铺装材料刚度较低，温度稳定性差，高温下易变形。
一般情况下，工程技术人员可以通过优化正交异性钢板构造细节、提高铺装层材料性能、治理超载等手段来减少病害的发生。但正交异性钢桥面板是典型的钢结构，沥青混凝土面层为无机非金属材料，如两者之间的过渡层材料特性不满足梯度匹配原理，很难从根本上治理病害。
如果在钢-沥青混凝土材料之间铺设模强比适当、膨胀系数合理的轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层，并在轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层内部设置协同抗剪体系和钢筋网等构件，可以达到刚度平稳过渡、铺装结构各层协同变形的效果，从而有效提高铺装结构的稳定性、舒适性和耐久性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明拟提供一种低收缩、高韧性、温度稳定性好、耐久性好、经济性好的协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构及施工方法，有效解决目前钢桥面铺装病害多，使用寿命短的难题。
本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构，其特征在于：包括钢桥面板1、混凝土层2、梯度匹配界面应力吸收层3和高粘高弹SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)面层4，所述混凝土层2铺设在钢桥面板1之上，并通过协同抗剪体系5与钢桥面板1连接，所述混凝土层2包括混凝土和嵌入混凝土层内部的方格钢筋网；所述梯度匹配界面应力吸收层3设置在混凝土层2和高粘高弹SMA面层4之间，用于使两者之间产生有效粘结，并具有防水和阻止混凝土层2裂缝扩展及向上反射等功能。
所述混凝土层2的厚度为40～60mm，所述混凝土层2中使用的轻质高耐久低收缩超高性能混凝土材料包括如下组分：水泥：水泥应符合GB 175的规定，宜选用P·O 52.5水泥或P·II 52.5水泥，其用量建议750～850kg/m3；陶砂：陶砂应符合《轻骨料及其试验方法》(GB/T 17431.1)的要求，宜采用900级整形后近似球型陶砂，筒压强度大于6.0MPa，细度模数2.3～3.5，其用量建议650～750kg/m3；粉煤灰微珠：粉煤灰微珠应符合GB/T 1596的规定，需水量比小于92％，其用量建议150～200kg/m3；硅灰：硅灰应符合GB/T 27690的规定，7d活性指数不小于105％，其用量建议150～200kg/m3；膨胀剂：膨胀剂宜采用符合《混凝土膨胀剂》(GB/T 23439-2017)要求的II型膨胀剂，其用量建议60～80kg/m3；微细镀铜钢纤维和PVA纤维混掺：体积率2.5％～3.0％；减水剂：其用量建议25～40kg/m3；水胶比：0.16～0.18。
所述混凝土层2的28天轴心抗压强度R≥100MPa，极限拉应变δ≥2％，360天收缩s<300με，容重ρ<2100kg/m3，韧性指数I20>20(应力水平0.7)，可现浇或者预制，常温免蒸汽养护。
所述梯度匹配界面应力吸收层3沥青洒布量为1.4±0.2kg/m2，所述梯度匹配界面应力吸收层3采用纤维改性乳化沥青，60℃动力粘度v≥60000Pa·s；所述梯度匹配界面应力吸收层3表面热撒玄武岩碎石，所述碎石粒径为4.75～9.5mm，覆盖率为65～75％。
所述高粘高弹SMA面层4的厚度为30～50mm，采用高粘高弹SMA-10制成。
所述协同抗剪体系5高度为35～55mm，协同抗剪体系5包括一端焊接在钢桥面板1上表面，另一端浇筑在混凝土层2内部的剪力钉和剪力板，剪力板包括平行设置的沿纵桥向呈条带状分布的两块，剪力板厚度为10mm或12mm，剪力板上方开设若干圆孔，孔径为20～40mm，供钢筋网的钢筋穿过，相邻剪力板之间的间距为500mm，剪力钉设置在两块剪力板之间，相邻剪力钉之间的间距为300～400mm，呈梅花状分布。
所述钢筋网6是由纵横向呈“井”字形排列的若干钢筋经由焊接或绑扎形成，所述钢筋的直径为10mm或12mm，所述相邻钢筋之间的间距为100～200mm。
本发明另一方面提供一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装的施工方法，包括以下步骤：
S1：在钢桥面板1上焊接协同抗剪体系5；
S2：在协同抗剪体系5上绑扎或焊接钢筋网6；
S3：在钢桥面板1上浇筑轻质高耐久低收缩超高性能混凝土，使其覆盖协同抗剪体系和钢筋网，从而形成轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层2；
S4：在混凝土层2的顶面铺设梯度匹配界面应力吸收层3；
S5：在梯度匹配界面应力吸收层3上铺设高粘高弹SMA面层4。
所述步骤S1之前还包括：对钢桥面板1表面喷砂除锈。
所述步骤S1和步骤S2之间还包括：对钢桥面板1和协同抗剪体系5的焊接部位进行防腐涂装。
本发明具有如下优点：
1.本发明提供的组合式铺装结构及其施工方法，采用性能优异的轻质高耐久低收缩超高性能混凝土材料，能够有效控制裂缝的产生，能够有效改善钢桥面板因与沥青混凝土层直接接触而承受的极端温度作用，能够有效的实现铺装结构各层的刚度过渡，能够和正交异性钢板组成“钢-超高性能混凝土”组合结构共同承担车辆荷载，采用纤维改性乳化沥青制成的的梯度匹配界面应力吸收层，粘结性能好，并具有防水和阻止轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层裂缝扩展及向上反射等功能，因此该协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构收缩小、韧性高、温度稳定性好、耐久性好，并能够有效提升钢桥面板的疲劳性能；
2.本发明提供的组合式铺装结构及施工方法，LUHPC基层可现场浇筑亦可工厂预制、免蒸养，施工方便、性价比高。
附图说明
图1为本发明钢桥面铺装结构整体示意图；
图2为本发明协同抗剪体系和钢筋网布置立体示意图；
图3为本发明协同抗剪体系和钢筋网布置平面示意图；
图4为本发明协同抗剪体系和钢筋网布置剪力板示意图；
图5为本发明钢桥面铺装结构的施工方法流程图。
附图标记：1-钢桥面板；2-混凝土层；3-梯度匹配界面应力吸收层；4-高粘高弹SMA面层；5-协同抗剪体系；6-钢筋网。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-5所示：
一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构，包括钢桥面板1、混凝土层2、梯度匹配界面应力吸收层3和高粘高弹SMA面层4，混凝土层2铺设在钢桥面板1之上，并通过协同抗剪体系5与钢桥面板1连接，混凝土层2包括混凝土和嵌入混凝土层内部的方格钢筋网；梯度匹配界面应力吸收层3设置在混凝土层2和高粘高弹SMA面层4之间，用于使两者之间产生有效粘结，并具有防水和阻止混凝土层2裂缝扩展及向上反射等功能。
混凝土层2的厚度为40～60mm，混凝土层2中使用的轻质高耐久低收缩超高性能混凝土材料包括如下组分：水泥：水泥应符合GB 175的规定，宜选用P·O 52.5水泥或P·II52.5水泥，其用量建议750～850kg/m3；陶砂：陶砂应符合《轻骨料及其试验方法》(GB/T17431.1)的要求，宜采用900级整形后近似球型陶砂，筒压强度大于6.0MPa，细度模数2.3～3.5，其用量建议650～750kg/m3；粉煤灰微珠：粉煤灰微珠应符合GB/T 1596的规定，需水量比小于92％，其用量建议150～200kg/m3；硅灰：硅灰应符合GB/T 27690的规定，7d活性指数不小于105％，其用量建议150～200kg/m3；膨胀剂：膨胀剂宜采用符合《混凝土膨胀剂》(GB/T 23439-2017)要求的II型膨胀剂，其用量建议60～80kg/m3；微细镀铜钢纤维和PVA纤维混掺：体积率2.5％～3.0％；减水剂：其用量建议25～40kg/m3；水胶比：0.16～0.18。
混凝土层2的28天轴心抗压强度R≥100MPa，极限拉应变δ≥2％，360天收缩s<300με，容重ρ<2100kg/m3，韧性指数I20>20(应力水平0.7)，可现浇或者预制，常温免蒸汽养护。
梯度匹配界面应力吸收层3沥青洒布量为1.4±0.2kg/m2，梯度匹配界面应力吸收层3采用纤维改性乳化沥青，60℃动力粘度v≥60000Pa·s；梯度匹配界面应力吸收层3表面热撒玄武岩碎石，所述碎石粒径为4.75～9.5mm，覆盖率为65～75％。
高粘高弹SMA面层4的厚度为30～50mm，采用高粘高弹SMA-10制成。
协同抗剪体系5高度为35～55mm，协同抗剪体系5包括一端焊接在钢桥面板1上表面，另一端浇筑在混凝土层2内部的剪力钉和剪力板，剪力板包括平行设置的沿纵桥向呈条带状分布的两块，剪力板厚度为10mm或12mm，剪力板上方开设若干圆孔，孔径为20～40mm，供钢筋网的钢筋穿过，相邻剪力板之间的间距为500mm，剪力钉设置在两块剪力板之间，相邻剪力钉之间的间距为300～400mm，呈梅花状分布，。
钢筋网6是由纵横向呈“井”字形排列的若干钢筋经由焊接或绑扎形成，所述钢筋的直径为10mm或12mm，所述相邻钢筋之间的间距为100～200mm。
一种协同抗剪高耐久型钢桥面铺装的施工方法，包括以下步骤：
S1：对钢桥面板1表面喷砂除锈，在钢桥面板1上焊接协同抗剪体系5；对钢桥面板1和协同抗剪体系5的焊接部位进行防腐涂装；协同抗剪体系与钢桥面板1的焊接应进行焊接工艺评定，其结果应符合国家现行有关标准的规定；
S2：在协同抗剪体系5上绑扎或焊接钢筋网6；
S3：在钢桥面板1上浇筑轻质高耐久低收缩超高性能混凝土，使其覆盖协同抗剪体系和钢筋网，从而形成轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层2；
S4：在混凝土层2的顶面铺设梯度匹配界面应力吸收层3；
S5：在梯度匹配界面应力吸收层3上铺设高粘高弹SMA面层4。
本发明提供的协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构及施工方法，采用性能优异的轻质高耐久低收缩超高性能混凝土材料，能够有效控制裂缝的产生，能够有效改善钢桥面板因与沥青混凝土层直接接触而承受的极端温度作用，能够有效的实现铺装结构各层的刚度过渡，能够和正交异性钢板组成“钢-超高性能混凝土”组合结构共同承担车辆荷载，采用纤维改性乳化沥青制成的的梯度匹配界面应力吸收层，粘结性能好，并具有防水和阻止轻质高耐久低收缩超高性能混凝土层裂缝扩展及向上反射等功能，因此该协同抗剪高耐久型钢桥面铺装结构收缩小、韧性高、温度稳定性好、耐久性好，并能够有效提升钢桥面板的疲劳性能；本发明提供的组合式铺装结构及施工方法，LUHPC基层可现场浇筑亦可工厂预制、免蒸养，施工方便、性价比高。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
