基于防水粘结应力吸收的桥面铺装技术研究

论文摘要

随着我国交通事业的不断发展,桥梁跨径不断增大,拱桥、悬索桥、斜拉桥、钢-混凝土组合梁等桥梁得到了快速发展,但是新建的桥梁在建成不久或未到使用年限就出现了一些问题,如桥面铺装出现严重的破损,开裂,坑槽,拥包,滑移等,严重影响了桥梁的行车舒适性。同时,这些早期破坏会让桥面的表层水分渗入桥面板,造成桥面脱粘、桥面板冻融破坏、钢筋锈蚀等结构性破坏,严重影响桥梁的安全性和使用寿命。本文依托广东省科技攻关项目“基于防水粘结应力吸收层的组合梁桥面铺装技术研究”项目,针对目前钢-混凝土组合梁结构桥梁铺装过程中普遍存在的桥面反射裂缝、铺装层界面脱粘、推移以及拥抱问题,从材料与结构角度出发,对桥面铺装层进行系统研究：通过ANSYS有限元模拟分析,研究钢-混凝土组合梁结构桥梁桥面铺装层厚度、应力吸收层厚度以及应力吸收层模量对桥面铺装结构最大主应力、等效应力、剪应力以及弯沉的影响规律,提出在SMA桥面铺装层下增设利用高粘高弹改性沥青制备的、厚度为13.2mm、弹性模量为100MPa、泊松比为0.35的集防水、粘结、应力吸收于一体中间层的新型桥面铺装结构,通过模拟仿真分析,较双层SMA铺装结构可降低铺装层底面最大主应力64.28%、等效应力40.96%、最大剪应力33.82%,具有良好的防止反射裂缝效果。根据材料弹性力学理论,提出SBS-胶粉复合改性沥青制备技术,分析SBS改性主剂、增粘组分、增韧组分、增容稳定组分以及活化橡胶粉对沥青高温性能、低温性能、温感性能、老化性能的影响规律,制备防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青,其60℃粘度高达71000Pa·S,软化点达97.4℃,5℃延度达52.4cm,粘韧性达到31.2N·m,韧性达20.1N·m,弹性恢复99%,成本较日本TPS改性沥青降低40%以上。研究不同应力吸收层厚度、高粘高弹沥青洒铺量以及碎石洒铺量对桥面铺装结构的界面粘结性能、抗车辙性能、疲劳性能以及防水性能的影响规律,制备防水粘结应力吸收桥面铺装材料。该材料与混凝土桥面的拉拔强度达到0.67MPa,剪切强度达到1.35MPa,全厚式车辙为5850次/mm,弯拉疲劳破坏次数达到31500次,剪切疲劳破坏次数达到35500次,水压0.3MPa下1小时以上不渗水。具有优良的功能性以及结构使用性能。系统研究了防水粘结应力吸收桥面铺装材料制备、摊铺、碾压等工程施工工艺与质量控制方法。研究成果成功应用于莞深高速三期东江大桥,取得显著的经济及社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 桥面防水材料的研究与应用现状
• 1.1.2 基于应力吸收的桥面铺装材料的研究与应用
• 1.2 问题的提出
• 1.3 选题意义与背景
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 选题背景
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 基于防水粘结应力吸收的桥面铺装结构分析
• 2.1 材料的强度理论
• 2.1.1 脆断破坏理论
• 2.1.2 屈服失效理论
• 2.1.3 摩尔-库伦理论
• 2.2 基于防水粘结应力吸收的桥面铺装结构应力分析
• 2.2.1 桥面有限元计算模型与材料参数
• 2.2.2 沥青铺装层厚度对铺装层底面应力影响分析
• 2.2.3 应力吸收层厚度对铺装层底面应力影响分析
• 2.2.4 应力吸收层模量对铺装层底面应力影响分析
• 2.2.5 几种典型桥面铺装结构荷载应力对比分析
• 2.3 防水粘结应力吸收层作用机理分析
• 2.3.1 沥青与混凝土桥面和矿料的交互作用
• 2.3.2 沥青粘弹性变形力学模型
• 2.3.3 沥青蠕变疲劳性能力学模型
• 第3章 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的制备
• 3.1 防水粘结应力吸收层用高粘度改性沥青母液的制备
• 3.1.1 原材料的选择
• 3.1.2 实验装置及测试方法
• 3.1.3 高粘度改性沥青母液的配合比优化设计
• 3.1.4 防水粘结应力吸收层用高粘度改性沥青的使用性能对比
• 3.2 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的制备
• 3.2.1 橡胶沥青的作用机理分析
• 3.2.2 原材料的选择
• 3.2.3 废旧橡胶粉取代SBS改性主剂可行性分析
• 3.2.4 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的性能优化
• 3.3 防水粘结应力吸收层用高粘高弹改性沥青的生产工艺
• 第4章 防水粘结应力吸收层材料的制备
• 4.1 原材料的选择
• 4.2 防水粘结应力吸收材料的优化设计
• 4.2.1 防水粘结应力吸收材料的设计思路
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 防水粘结应力吸收材料的组成优化研究
• 4.3 小结
• 第5章 防水粘结应力吸收组合结构与铺装技术研究
• 5.1 基于防水粘结应力吸收的桥面铺装结构设计
• 5.2 不同应力吸收桥面铺装结构性能对比分析
• 5.2.1 原材料及实验方法
• 5.2.2 不同桥面铺装结构粘结性能对比分析
• 5.2.3 不同桥面铺装结构抗车辙性能对比分析
• 5.2.4 不同桥面铺装结构抗疲劳性能对比分析
• 5.2.5 不同桥面铺装结构防水性能对比分析
• 5.3 不同桥面铺装结构经济效益分析
• 5.3.1 不同种类沥青经济对比分析
• 5.3.2 不同桥面铺装方案经济对比分析
• 5.4 防水粘结应力吸收层铺装技术
• 5.4.1 混凝土桥面预处理工作
• 5.4.2 防水粘结应力吸收层的施工
• 5.4.3 防水粘结应力吸收层铺装注意事项
• 5.4.4 防水粘结应力吸收层质量控制
• 5.5 工程应用
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 有待进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及参研项目