论文摘要
SMA铺装具有优良的高温稳定性、疲劳性能以及良好的抗滑性能,上世纪末,国内修建的很多大跨径钢桥如虎门大桥、海沧大桥、鹅公岩大桥等都使用了双层SMA作为铺装结构,由于钢桥面铺装严酷的使用条件和本身复杂的受力特点,在使用过程中出现了很多问题,但是随着对SMA铺装研究的不断深入,其技术也逐渐趋于成熟。目前我国大跨径桥梁建设事业正在如火如荼的进行,总结研究SMA铺装技术,对于后期大跨径桥梁桥面铺装建设来说具有重要的理论和现实意义。本文总结了国内几座大跨径钢箱梁桥面SMA铺装材料的试验方法、设计指标及使用材料和路用性能等各个方面的差异,同时在分析结构组合、防水体系以及典型病害的基础上,对于SMA混合料进行了优化。为了对比沥青材料及外掺剂对于混合料路用性能的不同影响,确定了5种不同外掺剂组合的试验方案,并进行了相关的路用性能检验,结果表明使用高粘度改性沥青同时掺加木质素纤维、聚丙烯腈纤维以及抗车辙剂的组合方案具有最佳的高温稳定性,其水稳定性满足要求,复合梁疲劳试验结果表明此方案的疲劳寿命最长,疲劳性能最佳,综合考虑路用性能对比结果,推荐此方案在厦门五石路天圆桥钢桥面铺装工程中使用。针对5种常用钢桥面铺装混合料级配,采用高粘改性沥青,并掺配不同的外掺剂,对比了级配差异对于路用性能的影响,结果表明SMA8级配具有良好的高温性能,小梁疲劳试验结果表明在SMA8级配范围内,级配越细其疲劳性能越好。同时还对钢桥面铺装常用的高粘度改性沥青、湖沥青及环氧沥青等沥青结合料对于路用性能的影响进行了对比,结果表明使用环氧沥青具有最佳的高温及水稳定性,TLA湖沥青与高粘度改性沥青高温性能相差不大,而从小梁疲劳试验的分析结果来看,TLA湖沥青其疲劳性能比高粘度改性沥青优异。为了比较不同因素对于混合料路用性能的影响程度,本文运用统计软件Spss13.0进行了显著性影响分析,结果表明沥青对于钢桥面SMA铺装高温稳定性能影响程度大于级配对于其影响程度;沥青对于铺装层混合料的疲劳性能的影响程度远远大于级配对疲劳性能的影响程度;对于二者对混合料水稳定性的影响,沥青和级配的影响程度相当,其中沥青的影响程度稍大。由方差分析的结论可知,为了提高钢桥面SMA铺装层的高温及疲劳性能,优先考虑使用性能较好的沥青结合料,其次为调整混合料铺装层的级配。对不同的铺装结构组合方案进行了复合梁疲劳试验,结果表明上层使用环氧沥青+SMA级配同时掺加木质素纤维,下层使用美国环氧沥青+美国级配的铺装方案疲劳效果最佳,从复合梁疲劳试验的结果来看使用TLA湖沥青的疲劳效果稍微好于使用高粘度改性沥青的疲劳效果。最后本文针对复合梁试验提出的不同组合方案进行了经济性能对比分析,并最终推荐“上层使用环氧沥青+SMA级配同时掺加木质素纤维,下层使用美国环氧沥青+美国级配”的铺装方案。