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原文传递钢桥面UHPC铺装结构界面联接性能试验研究

论文题名：	钢桥面UHPC铺装结构界面联接性能试验研究
关键词：	大跨径钢桥;桥面铺装;超高性能水泥混凝土;界面联接性能
摘要：	大跨径钢桥在国家公路网中起着重要的作用，而钢桥面铺装的整体性及耐久性是保障大桥通行能力的基本条件。受我国特殊交通及气候条件的限制，钢桥面铺装使用效果欠佳。经过20余年的研究及实践，钢桥面铺装使用寿命大幅提升。然而，对于早期建成通车的大桥，钢桥面顶板厚度多为12mm，受厚度的影响正交异性钢桥面板刚度不足，导致在桥面板上施工的桥面铺装病害突出，且较多钢桥面系出现了裂缝。针对该问题，我国研究学者开发了适用于钢桥面系的超高性能水泥混凝土，实现结构补强，加铺单层沥青磨耗层以满足车辆行驶的需求，结构功能设计合理。但不同结构层模量差异大，加之材料及工艺特点形成的潜在缺陷，使得钢板-UHPC-磨耗层层间联接成为该铺装体系的薄弱界面，也成为影响该技术推广应用的最大障碍，所以本文针对钢板-UHPC-磨耗层层间进行研究。　　首先，选用水性无机富锌漆、水性环氧富锌漆、环氧富锌漆和无机富锌漆四种类防腐漆，通过测试其与钢板之间的黏结强度，分析不同防腐漆与钢板之间的黏结强度，确定防腐漆材料类型。之后选取环氧树脂黏结剂、聚氨酯黏结剂和水性环氧树脂黏结剂，制备钢板-防腐层-防水黏结层组合结构，测试 25℃与 50℃条件下的黏结强度，确定不同温度条件下防水黏结剂与防腐漆组合形式并分析变化规律。同时，测试环氧树脂黏结剂、聚氨酯黏结剂和水性环氧树脂黏结剂与干燥、潮湿、新拌 UHPC 之间的黏结强度，选定受界面水影响较小的防水黏结剂材料类型；制作钢板-防腐漆-防水黏结剂-UHPC 组合结构试件，开展不同温度条件下黏结强度与剪切强度试验，确定材料与结构的最佳组合形式，对界面利用表面能与SEM扫描电镜进行微观分析，和宏观试验结果联系。　　其次，采用喷砂、拉毛、嵌入碎石等不同工艺后对 UHPC 进行糙化处理，再测试其表面构造深度与摩擦系数，确定UHPC表面处治工艺，并通过UHPC-SMA组合试件黏结强度与剪切强度进行验证。采用确定的 UHPC 表面处治工艺，选用环氧树脂黏结剂、高黏改性沥青黏结剂和溶剂型沥青黏结剂作为黏层，制作UHPC-黏层-SMA组合结构试件，在10℃、25℃、40℃和60℃条件下测试其黏结强度和剪切强度，分析不同 UHPC-黏层-SMA 组合结构黏结强度和剪切强度随温度变化规律及温度敏感性，提出UHPC-SMA层间联接性能良好的黏层材料。　　最后，通过五点弯曲复合梁疲劳加载试验，对所选定的防腐层、防水黏结层和黏层构成的复合梁进行路用性能评价，并与传统钢板表面焊接高密度剪力钉的结构进行对比分析。通过复合车辙动稳定度试验，评价所选UHPC-SMA组合结构高温稳定性，与工程常用双层SMA结构进行对比。　　研究结果表明，水性环氧富锌漆与水性环氧黏结剂组合形式界面黏结强度最高，且与潮湿或新拌的UHPC黏结效果最优，以此形成的钢板-水性环氧富锌漆-水性环氧黏结剂-UHPC 组合结构在 50℃高温下黏结强度为 1.35MPa，剪切强度为5.65MPa。UHPC 表面采用嵌石处治工艺效果优秀，构造深度和摩擦系数均较高，而采用粒径范围为9.5~13.2mm的碎石，按满铺质量60%进行撒布所得黏结性能最佳。UHPC-环氧树脂黏结剂-SMA组合结构的黏结性能与剪切性能在所选组合结构中表现十分优异，且温度敏感性低。对推荐界面黏结材料成型复合梁试件进行五点弯曲试验，发现选择性能优良防腐层与防水黏结层材料，可替代部分剪力钉，其它性能均满足使用要求。　　通过钢板-UHPC-沥青磨耗层之间功能材料筛选与联接性能、路用性能等试验分析，形成性能优良、且可替代部分剪力钉的刚性铺装方案，这对指导钢桥面刚性铺装结构设计及应用具有一定的工程价值。
作者：	郑睿涵
专业：	材料与化工
导师：	王民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023