專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋼橋面組合體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于橋梁工程領(lǐng)域，具體涉及一種鋼箱梁橋面組合體。
背景技術(shù)：
鋼橋面由于具有施工方便、自重輕、經(jīng)濟(jì)省等特點(diǎn)而越來(lái)越廣泛的被應(yīng)用于大跨徑橋梁，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大量橋梁使用了這種橋面結(jié)構(gòu)形式。鋼橋面鋪裝一般是指在鋼板上鋪設(shè)10cm厚的瀝青面層，橋面與瀝青面層之間通過(guò)粘結(jié)劑結(jié)合在一起。在夏季高溫條件下，鋼橋面的溫度將達(dá)到60~80℃左右，致使粘結(jié)材料因軟化而失效，瀝青混凝土穩(wěn)定性變差，在車(chē)輛荷載特別是重載車(chē)的作用下極易造成鋼橋面與瀝青面層脫粘，瀝青面層產(chǎn)生推移、擁包、車(chē)轍等病害，最終將降低橋面的路用性能，增加維修費(fèi)用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致交通工程事故的發(fā)生。目前，幾乎所有的鋼箱梁橋都在夏季遇到了上述的嚴(yán)重問(wèn)題，即使有些橋梁在使用年限內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)上述病害，但它們都是在限制重載車(chē)通行的前提下才取得的這種效果。該問(wèn)題已是本領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)者所公認(rèn)的世界性難題。
針對(duì)上述問(wèn)題，目前主要通過(guò)四種鋪裝技術(shù)方案和鋪裝材料來(lái)解決澆筑式瀝青混凝土、瀝青瑪碲脂混合料、改性環(huán)氧樹(shù)脂瀝青和雙層瀝青瑪蹄脂混合料SMA(Stone MasticAsphalt)。這四種鋪裝方案都有各自的特點(diǎn)，但是都沒(méi)有很好的解決目前鋼橋面鋪裝所存在的問(wèn)題。特別是雙層SMA(組合體)鋪裝近年來(lái)在國(guó)內(nèi)使用較多，其破壞都是由于粘結(jié)劑性能不佳，在界面剪切的作用下產(chǎn)生滑移破壞。曾經(jīng)有些設(shè)計(jì)部門(mén)也采取過(guò)其他一些鋪裝材料和技術(shù)，如用混凝土來(lái)取代瀝青混合料層，但是由于這種方式既增加了橋面的自重，同時(shí)普通混凝土彈模高、脆性大，鋪裝層容易在重載和動(dòng)荷載的作用下產(chǎn)生脆斷破壞，進(jìn)而影響橋面的工作性能，因而該種方案沒(méi)有取得預(yù)期的效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上鋼橋面鋪裝中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有路用性能好的鋼橋面組合體。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板4上焊接有栓釘8，鋼橋面鋼板4上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸7下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)2位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1與瀝青混凝土層9之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層5。
本實(shí)用新型在瀝青混凝土層和鋼橋面鋼板4之間設(shè)置摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土(不摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)層，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土具有自重輕、韌性高、抗變形性能好、彈性模量低、抗?jié)B性好、保溫和隔熱等特點(diǎn)，能有效解決鋪裝層的開(kāi)裂、推移、擁抱和防水等問(wèn)題；同時(shí)，在鋼橋面鋼板4上設(shè)置栓釘，在混凝土內(nèi)部施加預(yù)應(yīng)力鋼絲形式來(lái)使鋼板和鋪裝層結(jié)合更牢固，一致變形，抵抗掀起，提高鋼板-混凝土組合層的工作性能和力學(xué)性能，即提高了路用性能，有效地解決了目前存在的問(wèn)題。
本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)(1)在鋼板和瀝青混合料鋪裝層之間鋪設(shè)摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土層，具有自重輕、彈性模量低、韌性高、抗變形性能好、抗?jié)B性能好、隔熱、密實(shí)的高性能輕質(zhì)復(fù)合材料層，有效克服了目前鋼橋面鋪裝普遍存在易推移、開(kāi)裂、擁抱等缺點(diǎn)；現(xiàn)有的1立方重2400公斤，本實(shí)用新型的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土層1立方重1950公斤，與現(xiàn)有相比每立方輕50公斤；(2)在鋼板表面設(shè)置抗剪栓釘，有效的阻止了鋪裝層因重載車(chē)及動(dòng)荷載作用下而產(chǎn)生的推移等問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，栓釘是連接鋼板與混凝土的過(guò)渡單元，有力的保證了鋼板和鋪裝層的一致變形和協(xié)同工作，提高組合層的綜合工作效能；(3)在輕質(zhì)復(fù)合材料中摻入纖維和鋼筋網(wǎng)，提高混凝土的力學(xué)性能、韌性性能和抗變形性能；(4)對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力，提高混凝土抗變形能力。


圖1是本實(shí)用新型鋪裝組合層的施工方法圖圖2是本實(shí)用新型栓釘布置圖圖3是本實(shí)用新型栓釘結(jié)構(gòu)圖圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖中1——摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層，位于中和軸以下；2——預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)，用專(zhuān)用的錨具錨固在張拉臺(tái)座上，鋼筋網(wǎng)綁扎在栓釘上；3——張拉臺(tái)座，采用焊接方式焊接于鋼板上；4——鋼橋面鋼板，正交異性鋼箱梁的頂板，厚度為12cm；5——素輕質(zhì)混凝土層，不摻鋼纖維，位于中和軸以上；6——錨具，專(zhuān)用預(yù)應(yīng)力錨固工具；7——素輕質(zhì)混凝土的中和軸；8——栓釘，采用拉弧式焊接法焊接于鋼板上；9——瀝青混凝土層；H——栓釘?shù)目偢叨?；H0——栓釘冒的高度；H1——栓釘桿身的高度；φ1——栓釘冒的直徑；φ2——栓釘柱身的直徑；L1——栓釘?shù)臋M向間距，600mm≥L1≥6φ2；L2——栓釘?shù)目v向間距，600mm≥L2≥6φ2。
具體實(shí)施方式
如圖4所示，一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板4、瀝青混凝土層9，鋼橋面鋼板4上焊接有栓釘8，鋼橋面鋼板4上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸7下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)2位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1與瀝青混凝土層9之間為素輕質(zhì)混凝土層5。
所述摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度為S，50mm≤S≤80mm。
如圖2、圖3所示，所述的栓釘?shù)母叨葹镠，栓釘柱身的直徑為φ2，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L(zhǎng)1，縱向間距為L(zhǎng)2，且應(yīng)滿(mǎn)足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的1/3-1/2處。
鋼筋網(wǎng)離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的40％-50％。
所述的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層5的厚度為20~30mm。
上述鋼橋面組合體的鋪裝方法，包括如下步驟1.制備摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和制備素輕質(zhì)混凝土a.制備摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土主要由水、預(yù)處理后的輕集料、水泥、細(xì)集料、硅灰、高效減水劑FDN、鋼纖維和水溶性聚合物組成，按重量份數(shù)比水∶預(yù)處理后的輕集料∶水泥∶細(xì)集料∶硅灰＝1∶3.00~3.50∶2.90~3.50∶3.80~3.95∶0.15~0.40，高效減水劑FDN按水泥用量％的0.8~1.4，鋼纖維按摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土體積％的0.1~1.5，水溶性聚合物按水泥用量％的10~20；將上述組份攪拌均勻制成混合料，即得產(chǎn)品。
性能指標(biāo)如下

制備素輕質(zhì)混凝土(不摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)素輕質(zhì)混凝土主要由水、預(yù)處理后的輕集料、水泥、細(xì)集料、硅灰、高效減水劑FDN和水溶性聚合物組成，按重量份數(shù)比水∶預(yù)處理后的輕集料∶水泥∶細(xì)集料∶硅灰＝1∶3.00~3.50∶2.90~3.50∶3.80~3.95∶0.15~0.40，高效減水劑FDN按水泥用量％的0.8~1.4，水溶性聚合物按水泥用量％的10~20；將上述組份攪拌均勻制成混合料，即得產(chǎn)品。
所述水泥為42.5#或52.5#普通硅酸鹽水泥。
所述硅灰比表面積大于2000m2/kg。
所述的細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6~2.8。
所述的預(yù)處理后的粗集料為粒徑5-20mm、表觀密度1200-1500kg/m3，堆積密度700-1100kg/m3，筒壓強(qiáng)度≥6.5Mpa的粘土陶?；蝽?yè)巖陶?；蚍勖夯姨樟?，使用前在水中浸泡24~72h。
所述的減水劑FDN為萘系磺酸鹽FDN系列高效減水劑，減水率為10-30％。
所述纖維為端鉤型鋼纖維，長(zhǎng)徑比為55~65，長(zhǎng)度為30~35mm；所述水溶性聚合物為改性聚丙烯酸類(lèi)聚合物乳液或改性聚乙烯醇類(lèi)聚合物乳液，固含量為55％~65％。
2.鋼橋面預(yù)處理
(1)噴砂除銹首先檢查鋼橋面外觀，如有焊渣、飛濺物和毛刺等，應(yīng)通過(guò)打磨消除；其次要將噴砂除銹的橋面進(jìn)行預(yù)清潔處理，用高壓水槍或表面清潔劑進(jìn)行表面清潔，清除鋼板表面由于一道工序后造成的塵垢、油和油脂等污染；最后，待鋼板表面干燥后，開(kāi)始噴砂除銹，作業(yè)溫度嚴(yán)格控制高于露點(diǎn)3℃，相對(duì)濕度應(yīng)≤80％，如遇下雨或下雪等氣候，應(yīng)嚴(yán)禁除銹作業(yè)。
(2)噴涂防銹漆和粘結(jié)層為了防止鋼板被二次污染，應(yīng)在噴砂除銹4小時(shí)后完成富鋅底漆的噴涂。防護(hù)鋼板與鋪裝層良好的結(jié)合是通過(guò)防水粘結(jié)層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是在作好防銹涂裝的鋼板上噴灑粘結(jié)劑。
3.栓釘?shù)暮附硬捎美∈铰葜附臃椒ㄔ阡摌蛎嫔虾附铀ㄡ?，螺柱焊接頻率12個(gè)/min，熔深為2~3mm，栓釘規(guī)格及布置方式見(jiàn)圖2、圖3。栓釘?shù)母叨葹镠，柱身的直徑為φ2，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L(zhǎng)1，縱向間距為L(zhǎng)2，且應(yīng)滿(mǎn)足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
鋼筋網(wǎng)的綁扎4.鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑根據(jù)輕質(zhì)混凝土層厚度選定，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm。鋼筋網(wǎng)的材質(zhì)LL550級(jí)冷軋帶肋鋼筋。將焊接成型的鋼筋網(wǎng)通過(guò)鋼絲綁在栓釘柱身的槽口處，鋼筋網(wǎng)位于中和軸7以下，鋼筋網(wǎng)離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的40％-50％，使鋼筋網(wǎng)在輕質(zhì)混凝土的受拉區(qū)，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗裂性能。
5.預(yù)應(yīng)力鋼絲的選擇及預(yù)應(yīng)力的施加預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力鋼絲采用直徑較小的冷拉鋼絲，其抗拉強(qiáng)度為1470~1670MPa。
如圖1所示，張拉工藝預(yù)應(yīng)力鋼絲位于中和軸7以下與鋼筋網(wǎng)同層，預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板4上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1和素輕質(zhì)混凝土層5的總厚度S的1/3-1/2處，采取先張法施加預(yù)應(yīng)力，張拉控制應(yīng)力取為40％fptk，其中fptk為預(yù)應(yīng)力鋼絲的極限張拉應(yīng)力(沒(méi)有取70％是因?yàn)榭紤]到預(yù)應(yīng)力過(guò)大將會(huì)造成構(gòu)件反拱過(guò)大或預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫)。在鋼板4上上焊接角鐵作為張拉臺(tái)座3，按設(shè)計(jì)規(guī)定的張拉筋束，并用錨具6臨時(shí)錨固，再澆筑混凝土(摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土)。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％后，放張，讓筋束回力。
預(yù)應(yīng)力鋼絲的間距預(yù)應(yīng)力鋼筋的間距不小于其公稱(chēng)直徑或等效直徑的1.5倍，對(duì)熱處理鋼筋及鋼絲而言，其間距不應(yīng)小于15mm。
6.摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土和素輕質(zhì)混凝土的鋪裝鋼橋面鋼板4上攤鋪摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1(即下層，位于中和軸7以下)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土上攤鋪素輕質(zhì)混凝土層5(即中層，位于中和軸以上)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層1的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層5的厚度為20~30mm。
7.SMA的制備(為已有成熟技術(shù))(1)原材料的準(zhǔn)備瀝青選用改性AH-50或者AH-70號(hào)重焦瀝青，具有良好的耐高溫性能；集料玄武巖，珞衫磯磨耗值小于30％，針片狀含量小于20％，與瀝青粘結(jié)力為5級(jí)，最大粒徑小于16mm；礦粉磨細(xì)石灰石；纖維采用耐高溫、彈性模量高的化學(xué)纖維，德蘭尼特AS瀝青路面專(zhuān)用纖維；(2)高性能瀝青混凝土的制備高性能瀝青混凝土由瀝青、集料、礦粉、纖維組成，為已有成熟技術(shù)；集料組分配合比見(jiàn)表2。
表2集料級(jí)配

注○油石比6.0~6.2％ ○纖維摻量為0.3％(3)素輕質(zhì)混凝土層5上攤鋪瀝青混凝土層9(即上層)。
路面保養(yǎng)5-15天后，即可使用。
權(quán)利要求1.一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板(4)上焊接有栓釘(8)，鋼橋面鋼板(4)上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸(7)下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)(2)位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)與瀝青混凝土層(9)之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，50mm≤S≤80mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的栓釘?shù)母叨葹镠，栓釘柱身的直徑為φ2，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層和素輕質(zhì)混凝土層總厚度為S，且有0.95S≥H≥4φ2；栓釘?shù)臋M向間距為L(zhǎng)1，縱向間距為L(zhǎng)2，且應(yīng)滿(mǎn)足600mm≥L1≥6φ2、600mm≥L2≥6φ2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲離鋼板(4)上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)和素輕質(zhì)混凝土層(5)的總厚度S的1/3-1/2處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是鋼筋網(wǎng)離鋼板(4)上表面的高度為摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)和素輕質(zhì)混凝土層(5)的總厚度S的40％-50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼橋面組合體，其特征是所述的摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)的厚度為30~50mm，素輕質(zhì)混凝土層(5)的厚度為20~30mm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋼橋面組合體。一種鋼橋面組合體，它包括鋼橋面鋼板、瀝青混凝土層，其特征是鋼橋面鋼板(4)上焊接有栓釘(8)，鋼橋面鋼板(4)上鋪裝有摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)位于素輕質(zhì)混凝土的中和軸(7)下，預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼筋網(wǎng)(2)位于摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)內(nèi)，摻鋼纖維的輕質(zhì)混凝土層(1)與瀝青混凝土層(9)之間設(shè)有素輕質(zhì)混凝土層(5)。本實(shí)用新型能夠有效解決目前鋼橋面鋪裝普遍存在的瀝青面層發(fā)生車(chē)轍、推移、擁包等技術(shù)難題，顯著改善了鋼橋面鋪裝層的路用性能，提高了鋼橋的使用壽命。
文檔編號(hào)E01D19/12GK2752316SQ20042005790
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者胡曙光, 林漢清, 丁慶軍, 林青, 張鋒, 周成昀, 王發(fā)洲, 彭波, 呂林女, 何永佳, 劉沐宇 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)