车载式高性能搅拌装置在桥梁养护工程中的应用 赵赵 悟悟 长安大学工程机械学院长安大学工程机械学院 道路施工技术与装备教育部重点实验室道路施工技术与装备教育部重点实验室 2017.1.12 西安西安 中国公路学会养护与管理分会第七届学术年会中国公路学会养护与管理分会第七届学术年会 机械化养护主题会场机械化养护主题会场 报报 告之四告之四 德通振动搅拌 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 汇报主要内容 前言 桥梁养护中伸缩缝的施工 车载式高性能搅拌装置研发 振动搅拌特殊混凝土试验研究 结束语 0 1 2 3 4 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 我国桥梁基础数据 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝 2）伸缩缝破损及其危害性 3）桥梁伸缩缝的施工现状 前言 我国公路桥梁建设成就举世瞩目，据统计数据显示，截至 2015年年末，全国公路桥梁达到77.9万座。其中，特大桥梁3894 座，大桥梁7.9万座，而且每年还以2.7万座的数量不断增长。 桥梁建设中，为了满足桥面变形的要求，并保证车辆安全平稳 通过，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置处安 装有伸缩装置，成为桥梁结构中最易损坏又较难修缮的部位。 梁伸缩缝的病害问题已经成为目前国内外公路桥梁养护工程中 的公认的难题之一。随着我国公路的发展，此问题越来越突出。 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 前 言 伸缩缝（装置）是桥梁上部结构中一个重要的构件，承受各种复 杂动、静荷载，不断经受疲劳、磨损、化学性和物理性侵蚀以及混凝 土材料收缩带来的应力、蠕变等因素长期作用，很容易造成初期损坏， 一旦出现病害，就会影响桥梁的安全运营与使用寿命。 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 从改革开放前到20世纪70年代初，我国公路桥梁伸缩装置 经历了从老式U形铁皮缝、盖板式钢缝和梳齿板式钢缝到橡胶 式伸缩缝的改变历程。但是橡胶式伸缩装置的破损率有时高达 85%。 80年代中期，引进了德国毛勒(MAURER)公司、美国万宝 (Watson Bowman)公司、瑞士马格巴(Mageba)公司、美国布朗 (D.S.BROWN)公司和英国布朗福斯(BRITFLEX)公司制造的伸缩装 置产品。 德国毛勒公司的梁格式模数伸缩装置，在90年代中期前基 本占领了我国公路桥梁市场，取得了良好的经济效益。 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 我国的桥梁工作者，对使用过的伸缩装置进行分析研究， 并结合国外的成功经验，不断改进国内已有伸缩装置的结构和 材料构成，推进新型桥梁伸缩装置的研制。如：中交公路规划 设计院和长安大学长安大学联合研制的J-75模数式伸缩装置，铁道部大桥 局设计院推出的增加水密封设施的新型梳齿板式伸缩装置等。 90年代后期，板式橡胶伸缩装置和嵌固对接式伸缩装置已 广泛使用。模数式伸缩装置广泛应用于大型桥梁，也出现了整 体式全无缝桥梁设计和施工。 现阶段桥梁伸缩缝装置多为板式橡胶缝、毛勒型钢缝以及 BF缝等，其中板式橡胶伸缩缝装置目前使用最广泛，但其损坏 程度也非常严重。 桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 伸缩缝装置按照传力方式和构造特点分为5类 伸 缩 缝 分 类 对接式，又可分为填塞对接型（40mm）和嵌固对接型（40mm 80mm ）两种 模数支承式：利用吸振缓冲性能好易密封的橡胶材料与强度高刚性好的 异型钢材组合，大位移量下能承受车辆荷载 无缝（暗缝）式：接缝构造不伸出桥面，桥梁端部的伸缩间隙填入弹性 材料并铺上防水材料，桥面铺装层铺筑粘弹性复合材料，伸缩接缝处的 桥面铺装与其它铺装部分形成一连续体，以连接缝的沥青混凝土等材料 的变形承受伸缩的一种构造 钢制支承式：钢材装配制成，能直接承受车轮荷载 橡胶组合剪切式：刚柔结合的结构，承受荷载之后有一定竖向刚度，伸 缩量大行车平稳 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1）桥梁建设与养护工程中的伸缩缝（装置） 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 2）伸缩缝破损及其危害性 . 桥梁伸缩缝在不超载情况下，寿命7-15年，现实中往往因施工安 装、车辆超载、混凝土强度不达标、混凝土收缩徐变、养护、盐制品 侵蚀等原因导致早期破损，如不及时修补，轻则产生渗水、桥头跳车 等现象，影响行车安全和舒适性，重则错台、下沉，缩短桥梁寿命， 引发交通安全事故等等。 近些年，桥梁事故时有发生，其中很多是桥梁日常养护不到位导 致桥梁进一步破坏，桥梁伸缩缝处出现破坏、下沉、错台，在车俩通 过时对桥梁产生跳动冲击，产生附加荷载，影响行车舒适性，导致安 全事故发生。 桥梁伸缩缝的及时维修对高速公路的养护至关重要 ，桥梁伸缩 缝修补是桥梁养护中的重要内容。 前 言 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 2）伸缩缝破损及其危害性 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 桥梁常见的伸缩缝病害主要有伸缩缝处混凝土破损、伸缩缝松 动、翘起，产生的原因有混凝土品质低下、混凝土施工质量低下、 保护层厚度离散较大、遭受除冰盐的破坏等。 混凝土原材料品质低下，造成桥梁伸缩缝混凝土破坏，主要体 现在水泥和集料的质量及混凝土配合比不当等方面。 施工质量差是造成早期破坏的主要原因。大多情况下，伸缩缝 都是在沥青混凝土面层完成后才安装上去。由于伸缩缝混凝土浇筑 是桥面沥青混合料铺装前的最后工序，往往受工期限制，不仅混凝 土的浇筑质量较差，而且还得不到良好的养护，加剧了伸缩缝混凝 土的过早破坏。 2）伸缩缝破损及其危害性 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 2）伸缩缝破损及其危害性 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 2）伸缩缝破损及其危害性 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 2）伸缩缝破损及其危害性 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 3）桥梁养护中伸缩缝的施工现状 . 目前，我国公路桥梁养护机械化程度低，大量路段的养护作业还 处在以翻斗车、拖拉机、农用车及手动工具为主的生产方式状态。为 了防止养护作业阻碍交通、便于高速公路养护，应提高高速公路养护 机械的作业速度和灵活性，开发研制高作业速度的小型养护机械。 前 言 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 3）桥梁养护中伸缩缝的施工现状 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 3）桥梁养护中伸缩缝的施工现状 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 3）桥梁养护中伸缩缝的施工现状 1.1 施工工艺 1.2 施工材料及其制备 1.3 施工机具与设备 1 桥梁建养中伸缩缝的施工 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.1 施工工艺 1、桥梁养护中伸缩缝的施工 新桥梁伸缩缝的安装新桥梁伸缩缝的安装（以梳齿板式为例） 第一步：画线、切割、清理 第二步：伸缩装置焊接安装 第三步：支设模板 第四步：安装伸缩橡胶止水带 第五步：安装梳齿板及混凝土浇注 第六步：固定螺帽、灌入环氧树脂 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 旧桥伸缩缝的维修与更换旧桥伸缩缝的维修与更换 局部病害修复：通常使用高性能水泥混凝土修复伸缩缝裂缝和 破损部位，或者聚合物改性沥青（比如TF聚脂纤维沥青混合料，在 沥青混合料中掺入最佳掺入量的TF聚脂纤维形成新型伸缩缝填筑材 料）可有效针对伸缩缝局部病害进行修复。 整体换填修复：旧桥上损坏的橡胶板伸缩缝单靠局部维修或更 换个别构件常无法达到修复目的，常使用毛勒伸缩缝进行整体换填 修复。毛勒伸缩缝设计原则是“刚性锚固”和“密封防水”，且将 防水和承载两项功能分离，逐一处理，对两项功能起到了增强和完 善作用。 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 皮炮高速桥梁伸缩缝施工标准化皮炮高速桥梁伸缩缝施工标准化 为了有效治理桥面伸缩缝早期破损通病，皮炮高速公路两个路面合 同段（中铁十九局集团三公司、大连公路工程集团公司）项目指挥和总 监办大力推进桥梁伸缩缝标准化施工管理，对保证伸缩缝施工质量起到 了积极作用。 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.1 施工工艺 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.2 施工材料及其制备 1、桥梁养护中伸缩缝的施工 桥梁伸缩缝施工常需要钢筋、混凝土、伸缩缝构件、环氧树脂等主要材料 其中：混凝土应具有良好的抗冲击、抗裂、耐磨性能，为确保伸缩缝维修后能 尽快恢复交通，混凝土须具有较高的早期强度。 常见的桥梁修复材料有：刚性混凝土、柔性沥青料、弹性混凝土等刚性混凝土、柔性沥青料、弹性混凝土等 伸缩缝（装置）一般要求过渡段混凝土采用 C40、C50 等高标号混凝土 （或钢纤维混凝土等），C40环氧树脂混凝土、C50高标号混凝土、钢纤维混凝 土以及各种快硬早强型特种水泥的混凝土，例如硫铝酸盐水泥混凝土、铁铝酸 盐水泥混凝土、磷酸盐水泥混凝土等。 桥梁伸缩缝修复的难度主要在于时间的限制、修复材料与旧混凝土的粘结 强度、修复材料对养护的敏感性以及修复材料自身的耐久性等。 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.2 施工材料及其制备 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 通常，用于修补和浇筑桥梁伸缩缝水泥混凝土的材料，必须是快 硬早强，收缩性小，具有一定粘性，后期性能稳定，强度的发展与老 混凝土基本适应，耐磨性和耐久性高，且施工和易性好的混凝土混合 料，同时要避免出现混凝土离析的情况。 目前桥梁伸缩缝浇筑混凝土主要有两种生产途径： （1）需求量较大时，伸缩缝浇筑混凝土是由混凝土罐车由商品砼 生产站将高性能混凝土成品运输到施工现场然后进行现场浇筑。 （2）少量时，是在施工现场由人工+电动搅拌器+配料桶的方式制 备并即时浇筑。 快速水泥在伸缩缝砼维修时，须采用机械拌和（如：盘式 350L 的砼搅拌机），实践发现人工拌和比机械拌和伸缩缝砼返修率明显偏 高许多，机械拌和增加了混凝土的和易性和流动性，降低了伸缩缝的 返修率。 1.2 施工材料及其制备 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 1.2 施工材料及其制备 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 EP-100 高分子（环氧）砂浆采用现场拌合、现场控制的方式， 定量进行拌合，保证材料配比、拌合质量及使用要求，减少工程 质量的潜在影响因素，使工程质量具有较高的可控性。 1.2 施工材料及其制备 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室 柔性伸缩缝材料 TF聚脂纤维沥青混合料 在沥青混合料中掺入最佳掺入量的TF聚脂纤维形成新型伸缩缝填筑材料 可有效针对伸缩缝局部病害进行修复。 TF聚脂纤维有效增加了混合料内聚力与集料间的嵌锁作用，可提高混合 料高温稳定性和强度；改善沥青流动变形，增强伸缩缝耐久性，有效减少因 车辙造成病害；增