[發明專利]鋼橋面鋪裝層的FRP粘接、防水、應力緩沖一體化結構層

無效

• 申請號: 200910004183.3
• 申請日: 2009-02-16
• 公開（公告）號: CN101514537A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 張錫祥
• 申請（專利權）人: 張錫祥
• 主分類號: E01C7/32
• 分類號: E01C7/32;E01D19/12;C08L63/00;C08L31/00;C08K7/02;C08K7/06;C08K7/14
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(一)技術領域

本發明創造屬于橋梁工程的橋面鋪裝層結構技術領域。本發明創造通過在鋼橋面鋪裝層 的鋼橋面板和瀝青混凝土鋪裝層界面間構造一層FRP粘接、防水、應力緩沖一體化結構層， 形成比現有鋼橋面鋪裝層技術、經濟性能更優的全新鋪裝層結構。

(二)背景技術

鋼橋面鋪裝層，尤其是大跨徑和特大跨徑鋼箱梁橋橋面鋪裝層，一直是國際性的工程技 術難題。國內外大跨徑鋼橋面鋪裝層，在設計使用年限內發生破壞的情況屢見不鮮，造成橋 梁結構安全性、耐久性降低和維修養護成本、交通安全事故升高的不良后果。究其原因，主 要是現有鋼橋面鋪裝層的粘接層和防水層為各自獨立的非結構材料功能層，組成材料的強度 和彈性模量較低，也不具備吸振消能的應力緩沖功能，橋梁工程師雖盡力優化設計提高其粘 接、防水性能，都因組成材料和結構形式的先天缺陷而收效甚微，導致其在車輛荷載和溫度 變化的長期、反復作用下先失效破壞，使得瀝青混凝土鋪裝層脫離鋼橋面板非整體受力而破 壞，并使鋼橋面板喪失密閉保護而水泡銹蝕。因此，解決鋼橋面鋪裝層工程技術難題的技術 關鍵，是尋求鋼橋面板與瀝青混凝土鋪裝層間界面既具高強抗剪連接性能、又具長久防水、 防腐功能、還具應力緩沖效果的三重功能齊備的新型材料和結構形式。

(三)發明內容

本發明創造的目的，是在鋼橋面板和瀝青混凝土鋪裝層間界面構造一層強度高、模量適 中、彈性變形大、變形能恢復、吸振消能好、車輛沖擊和鋼橋面板振動可緩沖、并抗斷裂、 耐疲勞、自防腐、不透水的纖維增強復合材料(英文名稱：Fiber?Reinforced?Polymer，英 文縮寫：FRP)粘接、防水、應力緩沖一體化結構層，不僅可使現有鋼橋面鋪裝層的技術難題 迎刃而解，而且可使鋼橋面鋪裝層借助FRP新材料、新結構技術實現承載能力、抗變形和破 壞能力、結構耐久性大幅提高的質的飛躍。

本發明創造的技術方案，是在鋼橋面板和瀝青混凝土鋪裝層的界面通過現場濕法成型工 藝或干法、濕法混合成型工藝成型一層碳纖維(英文縮寫：CF)或玻璃纖維(英文縮寫：GF) 或芳綸纖維(英文縮寫：AF)等高性能纖維增強環氧樹脂或乙烯基酯樹脂等高分子聚合物材 料層合板或夾芯板，構成鋼橋面鋪裝層的FRP粘接、防水、應力緩沖一體化結構層。該結構 層的厚度和纖維形式、纖維鋪層取向以及層合板或夾芯板結構形式選擇，根據鋼橋面板的厚 度、橋梁設計荷載及鋼橋面鋪裝層各組成部分的承載能力、抗變形和破壞能力及其緩沖降低 的應力指標要求設計計算確定。該結構層的夾芯板，采用FRP蜂窩夾芯板和波紋夾芯板等結 構形式。該結構層的頂面，嵌入了一層與瀝青混凝土鋪裝層相同或相近級配的高密度、高硬 度集料，集料嵌入FRP層的深度為集料粒徑的1/3～1/2，集料面內的相鄰凈距為集料粒徑的 1/4～1/3。

鋼橋面鋪裝層的FRP粘接、防水、應力緩沖一體化結構層，可使鋼橋面鋪裝層和橋梁結 構產生如下有益效果：

1.鋼橋面鋪裝層的界面粘接性能和結構整體性能增強

FRP結構層作為鋼橋面鋪裝層的界面粘接層，可借助FRP材料與鋼材、石材的分子間吸引 力和纖維能分擔界面粘接層大部分剪力及集料嵌入FRP層中構成的剪力鍵作用，可使FRP層 與鋼橋面板和瀝青混凝土鋪裝層間界面的抗剪能力大大增強，并且FRP材料強度比鋼和石材 高、彈性模量比鋼材低，故FRP粘接層既不會先于鋼橋面板和瀝青混凝土鋪裝層受力破壞， 也不會對鋼橋面板的結構變形和位移構成約束，從而保證三者連成共同工作、協調變形的結 構整體，使鋼橋面鋪裝層的極限承載能力和正常使用的抗變形能力成倍提高。

2.鋼橋面鋪裝層的界面防水性能和結構耐久性能提高

FRP結構層作為鋼橋面鋪裝層的界面防水層，基于FRP既是自防水、耐酸堿鹽介質腐蝕的 功能材料又是抗斷裂、耐疲勞的結構材料的材料特性和基體材料固化前可滲進鋼材、石材孔 隙、固化后能粘牢界面并借助纖維強力抗裂的結構特性，實現鋼橋面板受力狀態下的長久性 防水、防腐密閉保護，保證鋼橋面板30年內不銹蝕，使鋼橋面鋪裝層的結構耐久性在此基礎 上大幅提高。

3.鋼橋面鋪裝層的剛度過渡和應力緩沖功能實現