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抛丸喷砂机在连续钢箱梁桥轻型超高性能铺装施工技术

发表时间:2017/12/10 12:58:07
摘 要:为解决贵安新区歆民路车田河大桥桥面铺装结构性能可靠性问题,提高铺装结构使用寿命,降低后期运维工作量及成本,采用了 STC + TPO( 超高韧性混凝土) 铺装技术。桥面铺装结构为 50 mm STC( 超高韧性混凝土) + 20 mm TPO( 薄层聚合物混凝土磨耗层) ,通过对钢桥面板喷砂除锈,达到 SA2. 5 级清洁度,按照比例将 mark-163 聚氨酯环氧树脂涂刷于 STC 层与 TPO 层之间,共同形成了超高性能轻型桥面铺装体系。其中 STC 层施工采用了专用特殊机械进行布料、振捣及养护施工,确保了桥面铺装结构的可靠性,桥面铺装效果良好。该项目的施工技术及质量控制标准可为类似工程提供有益参考。

1、概述:
  钢箱梁桥具有自重小、结构设计成熟、造型优美及施工效率高等特点,为许多市政工程采用[1-3]。贵安新区歆民路车田河大桥采用了 V 型腿 + 桁架连续箱梁方案,歆民路在 K4 + 020 ~ K4 + 140 段连续跨越规划车田河景观带和滨湖路,桥位处车田河规划宽度为 40 m 左右,两侧河岸为景观步行道,歆民路与河道大致正交。在 K3 + 988. 240 ~ K4 + 148. 160 范围设置桥梁,桥梁分两联,第一联跨径布置为( 32 + 56 + 32) m 钢结构 V 构桥,其中,6 m 中跨跨越车田河,边跨跨越河岸景观步行道; 第二联为 30 m 简支钢箱梁,跨越滨湖路。
  桥梁全长 159. 92 m,分为左右两幅修建,单幅桥宽 21. 25 m。边跨主梁为正交异形板钢箱梁高度为 1. 8 m ~1. 94 m,顶板形成桥面横坡,底板水平。顶板宽 21. 1 m,底板宽度15. 66 m,断面为单箱 6 室形式,两侧悬臂宽度分别为 3 m 和2. 5 m,箱室宽度为: 边室 1. 58 m,中室宽度为 3. 11 m。
  为解决本桥梁桥面铺装结构的性能问题,提高桥梁整体寿命,降低后期运维整体费用,本桥梁采用了超高性能轻型桥面铺装体系( STC + TPO) ,本轻型铺装体系以超高韧性混凝土 ( STC) 为主要铺装层,同时上覆超薄聚合物混凝土磨耗层 ( TPO) ,层间及 STC 与钢面板之间采用陶氏化学公司 mark-163 聚氨酯环氧树脂进行粘结,共同形成了该铺装体系。
  轻型超高性能桥面铺装体系最初由湖南大学提出,随后许多学者都对该铺装体系的各个角度的力学性能进行了研究,王懿研究了 STC + TPO 桥面铺装结构的基本力学体系,结果表明采用 STC + TPO 铺装体系,能有效降低钢桥面板和铺装层的应力应变幅值和局部竖向变形,对改善正交异性钢面板性能具有非常积极的意义。
  楠研究了超高性能混凝土对轻型组合桥面结构疲劳寿命的影响,结果表明轻型组合桥面板中混凝土层对于面板与纵肋连接细节与纵肋对接细节,应力幅改善作用很大,而对其余研究了超高性能桥面铺细节,其改善程度相对较小。欧阳泽卉装体系对桥梁局部结构的影响,并提出了新的面板方案,认为开口纵向加劲肋方案和闭口纵向加劲肋相比,能更大幅度的降低横提出了一隔板上的应力水平,具有更好的抗疲劳性能。
  李召辉种通过拉拔 UHPC 层内钢筋来拆除破损区域的方法,并设计了一种将受力钢筋焊接于钢板的新型局部修补接缝形式,对该方法及设计的结构形式进行了现场验证,取得了良好的技术效果。
  从上述研究现状看,STC + TPO 组成的轻型超高性能组合桥面铺装结构具有良好的技术性能,然而值得注意的是,目前该轻型组合铺装体系的施工方面技术研究则相对有限,对其大规模成系统的推广应用已经形成了一定的制约。本文以车田河连续钢箱梁桥建设为背景,对 STC + TPO 铺装体系施工进行了详细介绍,重点对各关键工序的施工及质量控制措施进行了研究,提出了相应的配套施工机械设备及相关施工技术,可为类似工程提供有益借鉴,并有利于推动超高性能轻型组合桥面铺装体系广泛应用。

2、STC + TPO 轻型桥面铺装体系:
  为解决目前刚性铺装材料存在的问题,在活性粉末混凝土RPC( Reactive Powder Concrete) 的基础上,通过材料改性并密集配
筋,形成超强超韧性混凝土 STC( Super Toughness Concrete) ,同普通RPC 材料相比,STC 拥有超高的抗拉韧性和抗拉强度,能够适用于大跨径钢桥。
  STC 与钢桥面板形成轻型组合桥面结构,其中 STC 既充当主铺装层,也是一个永久的结构层。薄层聚合物混凝土磨耗层,简称 TPO( Thin Polymer Overlay) ,与常用的沥青类磨耗层相比,TPO 在寿命、自重、热稳定性、粘结性能以及抗滑性能等方面均具有优势,并且强度高、韧性好、厚度薄,是一种性能极佳的磨耗层材料。
  将薄层聚合物混凝土磨耗层 TPO 铺筑于 STC 与钢桥面组成的轻型组合结构上,形成超高性能轻型组合桥面铺装体系,即 STC + TPO。一般 STC 的厚度为 60 mm,TPO 的厚度为 10 mm, STC 与 TPO 之间为环氧树脂粘结,STC 与钢板之间通过环氧胶石英砂和剪力钉粘结。该铺装体系具有刚度大、寿命长、自重小等优点。

3、STC + TPO 桥面铺装结构施工技术:
  该桥的 STC + TPO 铺装结构施工流程为: 钢桥面板喷砂除锈→焊接剪力钉→铺设加强钢筋→浇筑 STC 超高韧性混凝土层→ STC 层抛丸施工→涂刷聚氨酯环氧树脂胶→施工 TPO 磨耗层,在施工 STC 及 TPO 层时需要进行养护作业。本文主要就超高性能轻型桥面铺装体系的加强结构及 STC 层施工相关技术进行了研究。

3. 1、喷砂除锈及抛丸施工:
  1) 喷砂除锈施工前,使用钢丝刷或者其他刚性刷清除钢面板表面的松散物,较厚的油性附着物如油漆、油污等采用小铲或者刮刀去除,油污部位采用碱性溶液清洗,清洗完成后再采用清水多次冲洗。
  2) 本铺装体系的抛丸施工在 STC 养护完成后进行,目的在于加强 STC 层与 TPO 层之间的粘结性能,避免层间脱离。抛丸前应采用高压风机对 STC 表面进行处理,保持表面干燥、清洁。抛丸施工时,抛丸设备两次施工行走车道之间需要搭接 1 cm ~ 5 cm 宽度,以确保搭接处具有足够的粗糙度。采用多台抛丸机并行直线连续抛丸,每次行走距离控制在 50 以内,经过抛丸处理的粗糙度控制在 60 μm ~ 100 μm。

3. 2、剪力钉及钢筋网施工:
  为保证剪力钉与横向钢筋的焊接部位质量,横向钢筋在焊接前应当采用扎丝固定与剪力钉的相对位置关系,焊接过程中若出现偏差必须及时调整,焊接作业必须按照 JGJ 81—2002 建筑钢结构焊接技术规程及 GB 50205—2001 钢结构工程施工质量验收规范严格执行。

3. 3、超高韧性混凝土场内摊铺及振捣:
图 1	智能布料机 行  作  图 2  平板式振 机 行振 作


 1 智能布料机     2  平板式振 行振

  STC 摊铺振捣应能使模板内各部位混凝土摊铺平整、振捣密实,本项目采用专用摊铺机摊铺施工,同时采用了平板振动器进行辅助振捣。STC 智能布料机( 如图 1 所示) 具有布料精确,摊铺均匀等优点。根据摊铺厚度、坍落度大小,确定摊铺速度,摊铺速度一般控制在 5 m /min 左右,摊铺宽度控制在 1 m。摊铺前适当洒水于钢桥面,保持钢面板和钢筋网的湿润状态,避免出现局部干裂或者粘结不密实。摊铺过程中,应派专人进行摊铺厚度检查并及时反馈修正; 控制好摊铺速度,应根据布料进度调整,保证连续摊铺作业。
  混凝土振捣采用高频振捣平整机( 见图 2) ,不得采用插捣的方式进行振捣,振捣机械宽度应超过单循环摊铺料长度 20 cm 左右,以保证靠近模板处的混凝土能够充分振捣。振捣完成后保证 STC 层密实,纤维分布均匀,避免出现拌合物离析、分层及纤维裸露出结构表面等情况。混凝土浇筑及振捣过程中,STC 混凝土质量检查小组成员全过程监控检查,确保浇筑质量。

3. 4、STC 超高韧性混凝土养护:
  超高韧性混凝土养护应包括摊铺后的保湿养护和终凝后的高温蒸汽养护。超高韧性混凝土摊铺完成后,应及时用养生薄膜覆盖进行保湿养护( 见图 3) ,并应符合下列规定:

1) 养生薄膜应搭接铺设,搭接位置宜采用方木或砂粒覆盖,搭接宽度应大于 20 cm。

2) 覆膜前,要求采用高压水枪或喷壶对 STC 表面进行雾化,保证 STC 表面湿润但不积水,注意喷洒水时,不能直接朝向 STC 表面。

3) 覆盖养生薄膜时,不宜损坏超高韧性混凝土,宜搭设架子覆盖养生薄膜。

4) 保湿养护过程中,应加强巡查力度,发现有缺水部位时,应及时补水养护。

5) 超高韧性混凝土终凝后( 一般为 48 h) ,应撤除养生薄膜并及时开始高温蒸汽养护。
图 3	STC    养生薄膜覆盖及蒸养施工


 3 STC    养生薄膜覆盖及蒸养施工




高温蒸汽养护宜通过蒸汽锅炉、蒸汽管道和蒸汽养护棚等设施实现,并应符合下列规定:

1) 养护前,应根据养护面积计算好蒸汽锅炉功率、架子和保温棚的规格、数量。

2) 养护前,应根据现场条件和养护要求确定架子搭设、锅炉布置及养护方案。

3) 养护过程中的温度和湿度宜通过传感器调整蒸汽量的大小实现。

4) 养护温度恒定在 80 ℃ 时,养护时间不应少于 72 h; 养护温度恒定在 90 ℃ ,养护时间不少于 48 h。养护过程中蒸汽养护棚内的相对湿度不低于 95% 。

5) 蒸汽高温养护时的升温阶段,升温速度不应大于 12 ℃ /h; 养护结束后,以不超过 15 ℃ /h 的降温速度将温度逐渐降至现场气温。

高温蒸汽养护结束后,应撤除养护设备并清扫干净。对明显凹凸不平部位,应采用打磨机打磨,确保 STC 层表面平整。

4、结语:
  歆民路车田河大桥整体结构复杂,首次采用了桁架 + V 型腿连续钢箱梁结合超高性能轻型桥面铺装的组合体系。超高性能轻型桥面组合体系中的 STC 层施工是本铺装的关键所在,本文结合车田河大桥实际施工,主要分析了 STC 层施工的关键工艺,包括剪力钉施工、STC 层铺摊振捣及整平施工、STC 高温蒸养施工及STC 表面抛丸施工,保证了车田河大桥铺装结构施工顺利完成。
总体而言,STC + TPO 组合形式的桥面铺装具有施工难度大、工艺复、施工技术标准高的特点,前期投入高,但该铺装体系同时也具有长寿命、低运维成本的特点,对桥梁整体的经济性具有明显的提升效果。本文对超高性能轻型桥面铺装体系的关键工序分析可对类似工程提供有益参考,从而推动该桥面铺装体系广泛应用。
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