基于高韧性轻集料混凝土钢箱梁桥面铺装研究与应用

摘要

钢箱梁桥具有自重轻、经济、架设方便、跨越能力大等优点，在城市立交桥、大型跨江海桥梁工程中应用广泛。桥面铺装层材料的设计是钢箱梁桥建设中的一项关键技术。钢箱梁桥面在荷载作用下，弹性变形大、频率高，要求铺装层材料具有高强、高韧性和抗疲劳性；同时，大跨径钢箱梁桥都为交通枢纽，具有交通流量大、坡度大、荷载密集和噪声集中等特点，对桥面的抗滑、耐磨与降噪性能提出了较高的要求。 本文在深入分析了钢桥面铺装特点、功能要求、破坏形态及原因，以及钢箱梁桥跨径对铺装层的影响，提出了新型钢桥面铺装材料与结构设计方案：a）以“剪力件+钢筋网+高强高韧性轻集料混凝土”为下面层，以防滑、降噪多功能沥青混凝土为上面层基于材料梯度设计的新型钢箱梁桥面铺装技术；b）以“剪力件+钢筋网+高强高韧性轻集料混凝土”为铺装层，以防滑、降噪、耐磨多功能玄武岩混凝土进行表面粗糙化处理的防滑、降噪、耐磨新型钢箱梁桥面铺装技术。研究了轻集料混凝土的破坏原理，在混凝土破坏过程中，由于轻集料表面有一层坚硬、存在微裂纹或缺陷的壳，而内部多孔，相比普通岩石集料，轻集料抵抗裂纹扩展的能力低，是轻集料混凝土的薄弱环节。针对这一问题，开发出由集料增韧与混凝土复合增韧的混凝土改性技术。用具有能对轻集料孔缝渗透的聚合物乳液进行增韧处理，聚合物在孔中破乳成膜，吸收应力、阻止裂纹扩展；同时采用聚合物与纤维对轻集料混凝土进行复合增韧的方法，使混凝土韧性大幅度提高。研究了纤维种类、掺量、聚合物对轻质混凝土工作性能、容重、强度、韧性、应力应变、抗渗及干缩性能影响规律，制备出与钢箱梁桥面板协同变形的抗压强度为50～70MPa，抗折强度大于7.0MPa，韧性指数η30大于28，90d干缩率小于2.8×10—4，抗渗等级达大于P18，抗冻等级大于F300，疲劳荷载寿命大于300万次的高强、高韧、高耐久轻集料混凝土，并在汉蔡高速公路钢箱梁桥上首次实现了轻集料混凝土水平距离大于300M的超长泵送施工。研究了玄武岩裸石混凝土粗糙化铺装面层对钢箱梁桥面抗滑、耐磨、降噪性能的影响规律，对比当前通用的钢箱梁桥面铺装方法。通过试验确定具有高强、高韧、高耐久的玄武岩裸石混凝土配合比，该配合比综合考虑玄武岩裸石混凝土抗压抗折强度，流动度，收缩率，耐磨性等因素。提出了一套具有抗滑、耐磨、降噪功能的桥面面层施工方案。该方案研究成果先后在中环线西环段立交桥、汉蔡高速公路钢箱梁立交桥、青郑高速公路钢箱梁立交桥的桥面铺装工程中得到成功应用。采用本方案的钢桥面铺装有效解决了钢箱梁桥面铺装层推移、拥包、开裂等技术难题，同时降低了工程造价，取得了显著的经济效益和社会效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究综述

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3研究的主要内容

1.4研究的技术路线

第2章钢桥面铺装层结构分析及铺装层方案优化设计

2.1正交异性钢箱梁桥面铺装病害分析

2.1.1钢桥面铺装病害调查

2.1.2钢桥面铺装病害

2.1.3钢桥面铺装设计要点及我国环境特点

2.1.4钢桥面铺装层的性能要求

2.2新型钢桥面抗滑移铺装方案的提出

2.2.1高强高韧性轻集料混凝土

2.2.2基于材料梯度设计的轻集料混凝土铺装面层方案的设计提出

2.2.3具有降躁、耐磨、抗滑功能的玄武岩裸石混凝土粗糙化处理的设计提出

2.3新型钢箱梁桥面铺装方案可行性分析

2.3.1正交异性钢箱梁桥面铺装结构破坏模式

2.3.2新型铺装方案应力分析

2.3.3铺装层轻集料混凝土材料指标分析

2.4小结

第3章高强高韧性混凝土的性能研究

3.1原材料及实验方法

3.1.1原材料

3.1.2试验方法

3.2轻质混凝土高强高韧性化途径

3.2.1轻集料颗粒增强增韧

3.2.2纤维增强增韧

3.2.3聚合物改性增强增韧

3.3轻集料颗粒增强增韧方法研究

3.3.1聚合物浸渍增韧轻集料

3.3.2纤维增强免蒸养陶粒

3.4钢桥面铺装高韧性轻集料混凝土制备及性能研究

3.4.1纤维和聚合物对高强高韧轻集料混凝土工作性能的影响

3.4.2高强高韧性轻集料混凝土物理力学性能的研究

3.4.3高韧性轻集料混凝土弯曲韧性性能的研究

3.4.4钢纤维聚合物高韧性轻质混凝土耐久性能

3.5本章小结

第4章排水降噪抗滑表层的设计与研究

4.1裸石混凝土铺装面层方案的设计与研究

4.1.1混凝土面层降噪抗滑耐磨性能

4.1.2原材料及面层优化设计

4.1.3降噪抗滑耐磨面层玄武岩裸石混凝土的性能研究

4.1.4施工效果

4.1.5最优配比建议

4.1.6组合试件疲劳试验

4.2沥青混凝土铺装面层方案的设计与研究

4.2.1具有降躁、耐磨、抗滑功能的SMA沥青混凝土面层的结构设计

4.2.2 具有降躁、耐磨、抗滑功能的OGFC沥青混凝土面层的结构设计

4.3本章小结

第5章新型钢桥面铺装的工程应用

5.1工程应用

5.1.1工程简介

5.1.2工程设计要求与原材料

5.1.3施工配合比设计

5.1.3施工控制技术

5.1.4工程应用效果

5.2本章小结

第6章结论

参考文献

硕士期间发表论文及参与研究项目

致谢