水泥混凝土桥面铺装材料与技术研究

段振东 倪宏伟 韦志鹏

（1、杭州市萧山区交通规划设计研究院，浙江 杭州 310000 2、杭州萧山城市建设发展有限公司，浙江 杭州 310000 3、浙江登峰交通集团有限公司，浙江 杭州 311201）

目前，国内外对于桥面铺装的研究大多集中在铺装材料施工技术的研究，且主要是针对钢桥。对于钢筋混凝土桥梁的桥面铺装世界各国研究很少，尤其是对刚性铺装(水泥混凝土桥面铺装)研究更少，就钢筋混凝土桥桥面铺装的国内外研究现状及发展动态进行探讨。

1 国外研究

1.1 桥面铺装分类

按桥面铺装材料类型可将桥面铺装分为三类，即：刚性铺装(以钢筋混凝土为主)、柔性铺装(以沥青混凝土为主)和刚柔组合式铺装。国外经过几十年的实践与探索，结合各自国家和地区的具体情况，在混凝上桥桥面铺装方面选用的结构类型不尽相同。日本道路协会《水泥混凝土桥面设计施工纲要》规定钢筋混凝土桥采用如下铺装形式：

沥青层+板状防水材料+沥青橡胶粘结剂+混凝土；沥青层+3层氯丁橡胶型防水材料+氯丁橡胶粘结剂+混凝土；沥青层+乳化沥青(粘结)+沥青层(防水)+沥青橡胶粘结剂印度使用平均75mm厚的钢筋混凝土 (钢筋网格200×200mm2)磨耗层，水泥用量为 350kg/m3，最大水灰比为0.4。磨耗层和路缘石之间的垂直接缝填以沥青。其使用寿命可达4-10年。平均8mm厚的沥青混凝土磨耗层分两层铺设，使用寿命可达5-6年(更换成本为8美元/m2)。

从结构组成上看，铺装层通常由1-3层材料铺筑而成。当桥面不设排水层时，应选用不透水的或极密实的磨耗层，因为渗入面层的水是难以排走的，巨最终会引起面层破坏。如果采用常用的沥青或水泥混凝土而不采用防水层，要使它们的配合比设计满足密实的要求或将其表面处理成防水的。还要特别泣:意磨耗层中的接缝，因为这是水最容易渗入的地方。

1.2 混凝土桥面铺装分类

混凝土桥面铺装一般包括防水层和沥青混凝上面层。桥面防水体系的修筑则是提高桥梁使用寿命的重要保证，不容忽视，它与面层的设计与施工是有机的整体。欧美自20世纪60年代已开始大量采用桥面防水层，其中美国联邦公路局1972年规定应对一桥面采取保护措施以防止钢筋腐蚀和桥面破坏。TRL和OECD及NCHRP等机构从实际应用的角度对桥面防水进行了系统的研究。

1.3 纤维对馄凝土进行改性

纤维混凝土是一种新型复合材料，具有优良的抗裂性、抗弯曲特性、耐冲击、耐疲劳等特点，因而特别适用于公路路面、桥面、机场道面等工程。目前，纤维混凝土材料主要分为金属纤维混凝土、无机纤维混凝土和有机纤维混凝土三大类。其中有机纤维混凝土又分为天然有机纤维混凝土和合成有机纤维混凝土。

金属纤维混凝土首推钢纤维混凝土应用最广，钢纤维混凝土是在素混凝土基体中掺入乱向、不连续短钢纤维组成的复合材料。钢纤维混凝土优良的抗拉、抗弯、抗疲劳、抗冲击以及耐磨耗、韧性高等性能受到国际工程界的普遍重视。自1910年美国H.EPorter发表以短纤维增强混凝土的研究报告以来，钢纤维混凝土的研究与应用已取得了一系列成果。

美国于70年代修建了不少试验工程，以观察钢纤维混凝土路面的实际使用情况。如衣阿华州悉达快速道路于1972年修建了55m的试验路；密执安州瓦伦于1972年修筑了四车道全宽、长334m的钢纤维混凝土试验路；1972年在州际公路9-G桥上使用的钢纤维混凝土桥面铺装层，其铺面厚7.5cm，钢纤维体积掺量1.2%，水泥用量446kg/m3，钢纤维尺寸为0.25mm×0.56mm×25.4mm；衣阿华州格林于1973年修筑了4850m的钢纤维混凝土罩面试验路。关于机场道面方面的试验，最早的试验工程是由美国陆军工程师兵团在1972年修建坦波国际机场时进行的，在滑行道试验段上采用了厚度为10cm与15cm两种罩面层。美国已在许多桥梁行车道的修复工程中成功地采用了钢纤维混凝土罩面层，现正致力于改进施工工艺，降低造价，提高钢纤维混凝土的使用品质和表面平整度等方面的研究。

关于合成纤维混凝土的工程应用首先开始于英国。早在30年前，英国在西部海岸工程中就把剁碎的聚丙烯掺到混凝土块体中，并用这些块体砌成防浪堤。从那时起，将聚丙烯纤维作为混凝土掺和料己逐步在世界上60多个国家得到应用，其最大优点是能显著减轻混凝土的塑性龟裂。

1.4 聚合物对馄凝土进行改性

70年代和80年代，美国的许多政府部门都资助聚合物混凝土的研究，至今市场上已有众多的PC预制构件，包括管件、地面排水构件、各种大小的害井及害井盖、公路中央隔离栅及路缘石、电器构件、机床基础等等。60年代中期，美国对聚合物浸渍混凝土(PIC)开始了大规模的研究，但此后PIC一直没有获得商业应用。1971年，美国混凝土协会下面成立了一个聚合物混凝委员会，即548委员会。美国塑料工业协会(SPI)下也有一个聚合物混凝土委员会,它和548委员会一同从事聚合物混凝土材料方面的组织工作。548委员会每隔2-3年召开一次学术讨论会，并出版论文集，同时还出版一些技术说明和使用指南。上述国际会议文献汇集了世界各国有关聚合物混凝土研究及应用的新成就。对世界道路与桥梁工程、房建工程、水利工程等建筑业的发展起到了巨大的推动作用。

2 国内研究动态

近年来，随着交通量和轴载的增大，大桥特大桥日益增多，桥面铺装层的破坏也日趋严重，因而逐渐引起人们的关注。部分学者开始从材料及铺装技术方面进行研究，也有少数学者从结构理论方面进行研究，试图寻找一种计算铺装层厚度的方法。

罗立峰等人进行了这样的研究:将桥梁整个上部结构简化为一块纵向的板体结构。为研究方便，又把这一纵向的板体结构分为两层：一层为桥面铺装，另一层为主梁、桥面板等简化成的板，在此称为主板，这样整个结构变为叠合板。根据主板的受力及变形特性将其简化为正交各向异性小挠度弹性薄板，符合弹性薄板理论的有关假设和要求，按照板壳理论进行了理论推导，并提出了桥面铺装设计一的控制指标：竖向变形、疲劳开裂、推移、缩裂;通过系数修正等方式将应变综合起来，以竖向变形为主来反映。但这一构形是否合理，以及如何实现等问题，还有待进一步理论分析和试验验证。

针对钢筋混凝土桥面板与沥青铺装层之间的粘结力不足，容易发生剪切破坏这一问题，一些学者还进行了桥面铺装基底粘连结材料性能的研究[5]。通过对实验数据的分析，得到了抗剪强度较高的粘结材料及其最佳用量，使铺装面粘结力达到最大。试验结果表明，粘结剂的最佳用量在1.0kg/m2左右，改性沥青的抗剪强度高于普通沥青。

结束语

现在对于水泥混凝土桥桥面铺装层的研究大多集中于柔性铺装层，对水泥混凝土刚性铺装研究很少，且多致力于材料方面，试图提高材料的性能或寻找更优良的材料;有的研究侧重分析结构内部的受力情况，通过有限元计算，来确定各个部分的应力水平。但其假定的构形是否合理，以及如何实现等问题，还有待检验。本课题是交通部西部项目桥面铺装材料与技术研究的分项目之一，主要针对水泥混凝土桥面刚性铺装层材料展开研究。

[1]王秉纲，胡长顺跨构造物路面结构修筑技术研究综述[J].西安公路交通大学学报，1998，18(3B):143-147.

[2]罗立峰，钟鸣，黄成造.桥面铺装设计方法探讨[J].中南公路工程，1999，24(2):20-22.

[3]罗立峰，钟鸣，黄成造.水泥混凝土桥面铺装设计方法的研究 [J].华南理工大学学报，2002，30(3):61-71.

[4]罗立峰，钟鸣，黄成造.桥面铺装设计理论的研究[J].华南理工大学学报，2002，30(4):61-71.

[5]罗晓辉，高金岐，傅裕寿.桥面铺装基底粘连结材料性能研究[J].北京建筑工程学院学报，1999，15(2):62-68.