一种超韧水泥无缝拼接结构及其施工方法与流程

本发明涉及桥隧无缝拼接，具体涉及一种超韧水泥无缝拼接结构及其施工方法。

背景技术：

1、随着社会进步和交通迅速发展，桥隧伸缩缝已成为钢桥建设的关键技术之一。无缝拼接缝作为伸缩缝的一种，能够最大限度与路面结构协同变形，同时与路面材料具有良好粘结性能，保持路面的平整和行车舒适程度，所以经常被应用于路面的建设中。

2、目前我国高速公路不断发展扩大，车流量日益增长，尤其是货车通行比不断增大，桥梁和隧道的拼接缝结构受力复杂，一直是路面结构的薄弱环节。常规沥青类拼接材料存在耐久性不足的问题，在环境温度变化、车辆荷载反复作用、桥隧结构缝变形等耦合因素影响下，拼接缝在高应力、大变形和高周期疲劳损伤问题逐渐突出，影响路面行车的平稳舒适性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超韧水泥无缝拼接结构及其施工方法，解决桥隧拼接缝在高应力、大变形和高周期疲劳损伤的问题，整体提升桥隧路面结构的耐久性能，提高路面行车的平稳舒适性。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、本发明提供的一种超韧水泥无缝拼接结构，由下至上包括，基础层、路面垫层和铺装面层；其中，所述路面垫层中，包含拼接设置的超韧水泥结构，所述超韧水泥结构与所述路面垫层和基础层之间通过粗糙胶面进行接缝连接；超韧水泥结构的宽度与超韧水泥结构材料的延伸率满足以下关系式：

4、ε＝1.75f·l-1.64，

5、其中，ε为超韧水泥结构材料的延伸率，单位是1；

6、l为超韧水泥结构的宽度，单位是mm；

7、f为调整系数，单位是mm-1。

8、进一步的，f的值为1。

9、本发明通过数据拟合，得到超韧水泥无缝拼接材料的延伸率和超韧水泥结构的宽度之间的关系式，由关系式可知，在保持超韧水泥结构形变量不变的情况下，超韧水泥结构的宽度越小，则超韧水泥材料的延伸率应更大，否则会出现拼接部位开裂、界面滑移等问题，导致桥隧拼接缝的使用性和耐久性下降。

10、进一步的，超韧水泥结构的宽度为200～2000mm；超韧水泥结构材料的延伸率为0.5～2.5％。

11、进一步的，按照重量份数计算，超韧水泥结构材料包括如下组分：干混料65～70份、纳米活性粉料10～18份、复合纤维14～22份、减缩外加剂1～2份和水3～5份。

12、进一步的，复合纤维和减缩外加剂的添加量满足以下关系式：

13、其中，ε为超韧水泥结构材料的延伸率，单位是1；

14、p和q是调整系数，单位是g-1；

15、m1是复合纤维的添加量，单位是g；

16、m2是减缩外加剂的添加量，单位是g。

17、进一步，的p，q的值均为1。

18、本发明通过上述公式，根据超韧水泥结构材料的延伸率，调整材料组分配方中的复合纤维和减缩外加剂，之间的添加量的比例关系，从而获得更加适于超韧水泥结构宽度的材料组成，使超韧水泥结构的形变量更加合理，大幅提升桥隧拼接缝的耐久性和路面行车的舒适性。

19、进一步的，按照重量份数计算，干混料包括如下组分：水泥55～70份、石英砂粉20～30份、粉煤灰8～15份和钢渣粉4～10份。

20、进一步的，复合纤维包括钢纤维、聚乙烯纤维或玄武岩纤维中的任意一种或多种的混合物。

21、进一步的，减缩外加剂是氧化镁膨胀剂和聚羧酸减水剂的混合物，其中，氧化镁膨胀剂和聚羧酸减水剂的质量比为(2～5)：1。

22、进一步的，纳米活性粉料是粒径为20～800nm的超细碳酸钙或二氧化硅中的任意一种或两种的混合物。

23、进一步的，超韧水泥结构与路面垫层之间的拼接界面设置有楔形卡槽，用于对超韧水泥结构和路面垫层之间进行限位固定。

24、进一步的，楔形卡槽的横截面为倒梯形，上口宽100～200mm，下口宽50～100mm，深度为50～80mm，长度为300～900mm，间距为300～600mm，阶梯高150～200mm，梯面宽250～350mm。

25、进一步的，楔形卡槽错峰设置，错峰台面宽度为200～500mm，上下阶台高度为100～200mm。

26、本发明中，采用上述结构，一方面增大拼接连接面，从而增大粘结应力，同时避免上下贯穿拼接裂缝的发生，保证整体结构的稳定性。

27、进一步的，基础层和路面垫层之间的拼接缝位置，还设置有填充密封条。

28、进一步的，填充密封条为橡胶、海绵或钢质材料，直径为12～20mm，形状不局限于圆形、方形或其他异形。

29、进一步的，填充密封条的表面与基础层平齐。

30、进一步的，超韧水泥结构中，沿长度方向还设置有预应力门架筋，预应力门架筋包括，倒ω弯曲受力筋、至少一个倒u预埋筋和至少一个拼接面横向锚筋；

31、倒u预埋筋中间的凸起部与倒ω弯曲受力筋的下凹部连接，倒ω弯曲受力筋的端部与拼接面横向锚筋的一端搭接，倒ω弯曲受力筋的端部高度，高于拼接面横向锚筋的高度。

32、本发明中，超韧水泥结构可现场浇筑也可预制成型；预制模块长度0.5～4m，根据预留楔形卡槽固定位置，沿倒u型筋位孔和横向锚固筋位孔先后注入高强界面剂和超韧水泥，节省路面现场施工时间，同时考虑后期养护便捷性，模块化更换，迅速快捷。

33、进一步的，预应力门架筋的筋才直径为12～20mm，弯曲受力筋高度为150～250mm，底面距基础层的距离为50～150mm，设置预应力张力为2～12mpa。

34、进一步的，粗糙胶面包括凿毛凹凸面和涂布在凿毛凹凸面上的高强界面层组成，凿毛凹凸面为原路面铣刨形成。

35、进一步的，凿毛凹凸面的粗糙度和高强界面层的采用的高强界面剂的涂布量满足以下关系式：

36、k·aha+c·bwb＝1；

37、其中，a是界面咬合力占界面连接合力的比例，单位是1；

38、h是粗糙度，反映界面凹凸高度差，单位是mm；

39、w是高强界面剂涂布量，单位是kg/m2；

40、b是化学黏结力占界面连接合力的比例，单位是1；

41、a和b为指数常数，单位是1；

42、k为调整系数，单位是mm-1；

43、c为调整系数，单位是1×106mm2/kg。

44、进一步的，凿毛凹凸面的骨料露出率为骨料最大粒径的25～35％。

45、进一步的，凿毛凹凸面的粗糙度为5～10mm，处理面积≥90％。

46、在本发明中，控制界面粗糙度5～10mm范围，对应高强界面剂涂布量0.8～1.2kg/m2，且要求骨料露出率占最大粒径的25～35％；其原因在于，混凝土中粗骨料粒径一般小于20mm，粗糙度5～10mm即粗糙面凹凸差在5～10mm范围内，且骨料露出粒径大小的25～35％，可以去除混凝土表面浮浆和松动的水泥石，加强界面连接可靠性；若粗糙面凹凸差＜5mm，浮浆清除不彻底，凹凸差形成的咬合力不足；若粗糙面凹凸差＞10mm，部分骨料被水泥包裹面不足50％，嵌固力不牢易造成骨料松动。

47、进一步的，按照重量份数计算，所述高强界面剂是由如下组分：多羟基环氧树脂55～65份、异氰酸酯聚氨酯10～15份、不饱和聚酯5～12份和酰胺基胺固化剂16～28份组成的缩聚产物；高强界面剂的涂布量为0.8～1.2kg/m2。

48、进一步的，不饱和聚酯是由顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸酐和苯乙烯交联剂经缩聚反应制成，酸度为40～60mg koh/g，可促进充分反应，同时避免挥发影响质量。

49、进一步的，顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、邻苯二甲酸酐和苯乙烯交联剂的质量比为2:3:4:1，缩聚反应的温度控制在180～220℃。

50、进一步的，酰胺固化剂是由二缩水甘油酯和二乙烯三胺经缩聚反应得到，胺值为220～380mg koh/g，保证优良的柔韧性及耐冲击性能，同时具有优良的粘结性能。

51、本发明还提供了一种超韧水泥无缝拼接结构的施工方法，利用凹凸糙面和界面剂物理化学相结合方式，基体和卡槽设置增大连接面加强连接，保证超韧水泥无缝拼接结构整体性能。

52、本发明提供的施工方法，包括如下步骤：

53、s1、清除超韧水泥结构的施工位置，基础层上多余的路面垫层，设置楔形卡槽；

54、s2、在路面垫层和基础层的韧水泥结构的施工位置上，设置凿毛凹凸面；

55、s3、在变形缝位置安装填充密封条；

56、s4、在超韧水泥结构的施工位置上安装预应力门筋架；

57、s5、在凿毛凹凸面的表面涂布高强界面剂；

58、s6、配制超韧水泥结构材料，将超韧水泥结构材料浇筑在超韧水泥结构的施工位置，振捣整平；

59、s7、待超韧水泥结构材料初凝后，收光抹面，养护后铺设铺装面层。

60、进一步的，上述施工方法，具体为：

61、s1、清除超韧水泥拼接位置多余垫层，设置错缝楔形卡槽，阶梯高150～200mm，梯面宽250～350mm，卡槽上口宽100～200mm，下口宽50～100mm，深度50～80mm，长度300～900mm，间距300～600mm；

62、s2、在路面垫层和基础层与超韧水泥结构之间的连接面上布设粗糙胶面，凿毛凹凸面的粗糙度5～10mm，处理面积≥90％，骨料露出25～35％，并清理残余颗粒；

63、s3、在变形缝位置安装橡胶或海绵或钢质的填充密封条，直径12～20mm，形状不局限于圆形、方形或其他异形，表面与结构基础层平齐；

64、s4、安装预应力筋架，包括弯曲受力筋和门架预埋筋，筋材直径12～32mm，弯曲受力筋为倒ω型，高度150～250mm，底面距基础层50～150mm，设置预应力张力2～12mpa；

65、s5、按照重量份数计算，以多羟基环氧树脂55～65份、异氰酸酯聚氨酯10～15份、不饱和聚酯5～12份和酰胺基胺固化剂16～28份制备高强界面剂，控制涂布量为0.8～1.2kg/m2；

66、s6、按照重量份数计算，以干混料65～70份、纳米活性粉料10～18份、复合纤维14～22份、减缩外加剂1～2份和水3～5份制备超韧水泥，其中干混料包括高性能水泥55～70份、石英砂粉20～30份、粉煤灰8～15份和钢渣粉4～10份，制备超韧水泥结构材料；

67、s7、超韧水泥拼接均匀浇筑施工，振捣整平完成后待初凝后进行收光抹面，并及时进行喷洒水雾保湿养护，7d后即可施作铺装面层。

68、进一步的，本发明提供的施工方法，是超韧水泥结构预制成型+现场拼装，具体包括：

69、s1、根据现场实际需要选取模块组合拼装，预制超韧水泥结构模块长度0.5～4m，截面形状为上宽下窄阶梯状，且两侧向下凸出形成楔形卡扣，上下宽度比拼接位置宽度小1～3cm，

70、s2、安装预应力筋架，包括弯曲受力筋和门架预埋筋，筋材直径12～32mm，弯曲受力筋为倒ω型，高度150～250mm，底面距基础层50～150mm，设置预应力张力2～12mpa，通过工厂预制生产超韧水泥结构，并对应留设u型筋位孔和横向锚固筋位孔；

71、s3、现场拼接部位预留楔形卡槽，清除内部杂物，阶梯高150～200mm，梯面宽250～350mm，卡槽上口宽100～200mm，下口宽50～100mm，深度50～80mm，长度300～900mm，间距300～600mm；

72、s4、待预制超韧水泥结构构件形成达到设计强度80％后，根据预留楔形卡槽固定位置，沿倒u型筋位孔和横向锚固筋位孔先后注入高强界面剂和超韧水泥，节省路面现场施工时间，同时考虑后期养护便捷性，模块化更换，迅速快捷。

73、综上所述，本发明具有以下有益效果：

74、(1)本发明公开了一种超韧水泥无缝拼接结构剂施工方法，包括由基础层、路面垫层、超韧水泥和铺装面层和填充密封条，拼接界面采用粗糙胶面，并设置楔形卡槽限位固定和错缝构造，利用凹凸糙面和界面剂物理化学相结合方式，使拼接结构与原路面之间的结合力大幅提高，保证超韧水泥无缝拼接结构整体性能的同时，保证了路面行车的舒适度。

75、(2)本发明提供的超韧水泥拼接材料包括干混料、纳米活性粉料、复合纤维、外加剂和水；高强界面剂包括，环氧树脂和固化剂两种组分；适用于桥隧工程建设中，可满足长寿面无缝路面需求，为行车安全和舒适性能提供可靠保障。