1 項目來源

廣東省交通運輸廳2016年度科技計劃項目(編號：科技-2016-02-004)。

2 主要完成單位

廣東華路交通科技有限公司

港珠澳大橋管理局

東南大學

南京理工大學

3 主要技術內容

3.1 技術原理及特點

濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質量控制關鍵技術研究課題的研究成果是基于理論與實踐相結合的具有一定創(chuàng)新性的研究成果。本技術以“濕熱多雨、大交通量、重載車輛比例高等使用條件”為關鍵點，分析廣東省及國內外鋼橋面鋪裝主要破壞型式及其劣化趨勢，研究鋪裝材料配合比設計的體積指標合理范圍、典型鋪裝瀝青結合料的工藝參數等，提出了一套點、線、面、體全方位的鋼橋面鋪裝質量控制及評價體系，形成濕熱多雨地區(qū)的鋼橋面鋪裝質量控制標準，并基于養(yǎng)護需求研發(fā)了高強柔韌性常溫型熱固性改性瀝青材料，解決了鋼橋面熱拌環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護工藝復雜、交通組織困難等的難題，形成了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的快速養(yǎng)護新技術。

3.2 性能指標

(1)根據Griffith斷裂理論，建立了鼓泡形成擴展過程機理方程，解釋了鼓泡擴展過程，為鋪裝材料的優(yōu)化設計提供了參考。

(2)采用Abaqus有限元軟件，建立層間脫層病害下雙層環(huán)氧瀝青鋪裝的三維有限元模型，提出了脫層病害的評價指標與方法，建立了脫層開裂病害的判定標準。

(3)基于動水壓力破壞機理的研究，研發(fā)了一種多功能瀝青混合料動態(tài)滲水試驗儀，提出動態(tài)滲水試驗方法和評價標準，建立了動力滲水系數劃分等級。

(4)提出了空隙率不大于4.5%作為橋面鋪裝混合料設計的主要體積控制指標。

(5)提出了不同溫、濕度下防水粘結層粘結性能的評價方法及施工控制指標。

(6)提出了聚合物復合改性瀝青的儲存時間范圍、澆注式瀝青混合料的最佳拌和工藝。

(7)采用AIMS集料的形態(tài)特征測試，提出了一種集料-集料粘結性能定量評價方法，基于該方法提出鋼橋面鋪裝混合料用集料的最佳形態(tài)特征(棱角性2 500～3 000，球度0.65～0.75)。

(8)提出了濕熱地區(qū)熱拌環(huán)氧瀝青混合料的最佳出廠溫度范圍(165℃～185℃)、最長容留時間(2.5h)。

(9)對熱拌環(huán)氧瀝青混合料的疲勞性能進行了分析，并運用外延法原理確定環(huán)氧瀝青混合料的疲勞耐久極限應變?yōu)?78με，對應的疲勞耐久極限接地壓強為1.59MPa

(10)基于環(huán)氧樹脂中的羥基和酸酐化學反應固化機理，研發(fā)了一種性能優(yōu)良、適用于濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝養(yǎng)護需求的常溫型熱固性環(huán)氧改性瀝青。

(11)基于固化動力學，建立了不同溫度下熱拌環(huán)氧瀝青的轉化率α和固化時間的關系，并通過計算得到：165℃時，環(huán)氧瀝青的轉化率為0.5時，環(huán)氧瀝青的固化時間為180min。

(12)采用國產 PVA 纖維，基于微觀力學和斷裂力學設計原理，探討了微觀結構與宏觀性能的內在聯(lián)系，研制出了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的、成本較低、性能良好的大摻量粉煤灰ECC 材料。

(13)基于在港珠澳大橋、南沙大橋、虎門大橋鋼橋面鋪裝施工質量的檢測與評價，提出了一套點、線、面、體全方位和無損、快速、準確的鋼橋面鋪裝質量控制及評價體系。

3.3 技術創(chuàng)新

(1)建立鼓泡變形控制方程，建立了鼓泡形成擴展過程機理方程，準確有效地解釋了鼓泡形成、擴展機理，為鋪裝層結構和材料優(yōu)化設計提供了理論基礎。

(2)研發(fā)了一種多功能瀝青混合料動態(tài)滲水試驗儀，提出動態(tài)滲水試驗方法和評價標準，建立了動力滲水系數劃分等級，得到了對動力滲水系數與混合料空隙率、水壓力值進行量化回歸方程，并依托工程驗證了該方法的準確性、可靠性。

(3)基于養(yǎng)護需求研發(fā)了高強柔韌性常溫型熱固性改性瀝青材料，解決了鋼橋面熱拌環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護工藝復雜、交通組織困難等問題，形成了能夠滿足濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝需求的快速養(yǎng)護新技術。

(4)研究了溫度變化情況下底漆與鋼板、底漆與防水層、防水層與粘結層、粘結層與瀝青層拉拔強度的變化規(guī)律，建立了拉拔強度與溫度的關系。

(5)提出了一套點、線、面、體全方位和無損、快速、準確的鋼橋面鋪裝質量控制及評價體系，在港珠澳大橋、南沙大橋、虎門大橋鋼橋面鋪裝中得到成功應用。

3.4 成果水平

2020年12月18日,廣東省交通運輸廳在廣州組織了“濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質量控制關鍵技術研究”課題成果評審，認為：項目成果具有創(chuàng)新性、實用性,社會效益和經濟效益顯著,推廣應用前景廣闊。

4 效益分析

采用本課題的研究成果有效解決了鋼橋面鋪裝存在的難題，較大地提高了鋼橋面鋪裝的使用壽命，提升了橋面鋪裝的使用性能；研發(fā)的鋪裝新材料在鋼橋面鋪裝養(yǎng)護項目中使用，可節(jié)省建設和養(yǎng)護工程造價，經濟效益和社會效益顯著。

5 成果應用

本課題部分研究成果已應用于港珠澳大橋、南沙大橋等鋼橋面鋪裝工程，技術經濟效果良好。研究成果將進一步推廣及應用。

《濕熱地區(qū)鋼橋面鋪裝質量控制關鍵技術研究》課題組

聯(lián)系人：王志祥

E-mail:dqxiang2012@163.com