湿热地区钢桥面铺装质量控制关键技术研究

1 项目来源

广东省交通运输厅2016年度科技计划项目(编号：科技-2016-02-004)。

2 主要完成单位

广东华路交通科技有限公司

港珠澳大桥管理局

东南大学

南京理工大学

3 主要技术内容

3.1 技术原理及特点

湿热地区钢桥面铺装质量控制关键技术研究课题的研究成果是基于理论与实践相结合的具有一定创新性的研究成果。本技术以“湿热多雨、大交通量、重载车辆比例高等使用条件”为关键点，分析广东省及国内外钢桥面铺装主要破坏型式及其劣化趋势，研究铺装材料配合比设计的体积指标合理范围、典型铺装沥青结合料的工艺参数等，提出了一套点、线、面、体全方位的钢桥面铺装质量控制及评价体系，形成湿热多雨地区的钢桥面铺装质量控制标准，并基于养护需求研发了高强柔韧性常温型热固性改性沥青材料，解决了钢桥面热拌环氧沥青铺装养护工艺复杂、交通组织困难等的难题，形成了能够满足湿热地区钢桥面铺装需求的快速养护新技术。

3.2 性能指标

(1)根据Griffith断裂理论，建立了鼓泡形成扩展过程机理方程，解释了鼓泡扩展过程，为铺装材料的优化设计提供了参考。

(2)采用Abaqus有限元软件，建立层间脱层病害下双层环氧沥青铺装的三维有限元模型，提出了脱层病害的评价指标与方法，建立了脱层开裂病害的判定标准。

(3)基于动水压力破坏机理的研究，研发了一种多功能沥青混合料动态渗水试验仪，提出动态渗水试验方法和评价标准，建立了动力渗水系数划分等级。

(4)提出了空隙率不大于4.5%作为桥面铺装混合料设计的主要体积控制指标。

(5)提出了不同温、湿度下防水粘结层粘结性能的评价方法及施工控制指标。

(6)提出了聚合物复合改性沥青的储存时间范围、浇注式沥青混合料的最佳拌和工艺。

(7)采用AIMS集料的形态特征测试，提出了一种集料-集料粘结性能定量评价方法，基于该方法提出钢桥面铺装混合料用集料的最佳形态特征(棱角性2 500～3 000，球度0.65～0.75)。

(8)提出了湿热地区热拌环氧沥青混合料的最佳出厂温度范围(165℃～185℃)、最长容留时间(2.5h)。

(9)对热拌环氧沥青混合料的疲劳性能进行了分析，并运用外延法原理确定环氧沥青混合料的疲劳耐久极限应变为578με，对应的疲劳耐久极限接地压强为1.59MPa

(10)基于环氧树脂中的羟基和酸酐化学反应固化机理，研发了一种性能优良、适用于湿热地区钢桥面铺装养护需求的常温型热固性环氧改性沥青。

(11)基于固化动力学，建立了不同温度下热拌环氧沥青的转化率α和固化时间的关系，并通过计算得到：165℃时，环氧沥青的转化率为0.5时，环氧沥青的固化时间为180min。

(12)采用国产 PVA 纤维，基于微观力学和断裂力学设计原理，探讨了微观结构与宏观性能的内在联系，研制出了能够满足湿热地区钢桥面铺装需求的、成本较低、性能良好的大掺量粉煤灰ECC 材料。

(13)基于在港珠澳大桥、南沙大桥、虎门大桥钢桥面铺装施工质量的检测与评价，提出了一套点、线、面、体全方位和无损、快速、准确的钢桥面铺装质量控制及评价体系。

3.3 技术创新

(1)建立鼓泡变形控制方程，建立了鼓泡形成扩展过程机理方程，准确有效地解释了鼓泡形成、扩展机理，为铺装层结构和材料优化设计提供了理论基础。

(2)研发了一种多功能沥青混合料动态渗水试验仪，提出动态渗水试验方法和评价标准，建立了动力渗水系数划分等级，得到了对动力渗水系数与混合料空隙率、水压力值进行量化回归方程，并依托工程验证了该方法的准确性、可靠性。

(3)基于养护需求研发了高强柔韧性常温型热固性改性沥青材料，解决了钢桥面热拌环氧沥青铺装养护工艺复杂、交通组织困难等问题，形成了能够满足湿热地区钢桥面铺装需求的快速养护新技术。

(4)研究了温度变化情况下底漆与钢板、底漆与防水层、防水层与粘结层、粘结层与沥青层拉拔强度的变化规律，建立了拉拔强度与温度的关系。

(5)提出了一套点、线、面、体全方位和无损、快速、准确的钢桥面铺装质量控制及评价体系，在港珠澳大桥、南沙大桥、虎门大桥钢桥面铺装中得到成功应用。

3.4 成果水平

2020年12月18日,广东省交通运输厅在广州组织了“湿热地区钢桥面铺装质量控制关键技术研究”课题成果评审，认为：项目成果具有创新性、实用性,社会效益和经济效益显著,推广应用前景广阔。

4 效益分析

采用本课题的研究成果有效解决了钢桥面铺装存在的难题，较大地提高了钢桥面铺装的使用寿命，提升了桥面铺装的使用性能；研发的铺装新材料在钢桥面铺装养护项目中使用，可节省建设和养护工程造价，经济效益和社会效益显著。

5 成果应用

本课题部分研究成果已应用于港珠澳大桥、南沙大桥等钢桥面铺装工程，技术经济效果良好。研究成果将进一步推广及应用。

《湿热地区钢桥面铺装质量控制关键技术研究》课题组

联系人：王志祥

E-mail:dqxiang2012@163.com