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首頁 > 行業交流 > 環氧瀝青在大跨徑鋼橋橋面鋪裝中的應用
  • 訪談介紹
    第19期 環氧瀝青在大跨徑鋼橋橋面鋪裝中的應用
    話題由來:隨著我國交通事業的發展,越來越多的大跨徑鋼橋相繼建成,橋面鋪裝問題的研究也越來越引起工程技術人員的重視。大跨徑鋼橋橋面鋪裝層的使用條件和受力狀態十分惡劣,對鋪裝層材料要求非常高。而且大跨徑鋼橋在溫度和荷載的作用下其變形量很大,鋼箱梁具有良好的溫度傳導性,易受外界溫度變化的影響。因此,在鋼箱梁上進行瀝青混凝土橋面鋪裝是十分困難的,甚至一度被稱為“世界難題”。本期《行業交流》特邀黃衛院士,就“環氧瀝青在大跨徑鋼橋橋面鋪裝中的應用”方面與廣大網友進行深層次探討。

    本期嘉賓:黃衛
      由中國工程院院士黃衛親自主持,經過多年科技攻關、試驗研究,具有自主知識產權的新型路橋面復合材料——環氧瀝青,具有很高的強度、優良的耐疲勞和耐腐蝕性能、優良的高溫穩定性和水穩定性,并且在低溫條件下的收縮系數與鋼板相近,導致其溫度應力大幅度的降低,非常適合用在大跨梁鋼橋橋面的鋪裝中。黃衛院士帶領團隊的研究成果把中國的大跨徑鋼橋橋面鋪裝技術帶向了世界領先水平,對全世界的大跨徑橋梁鋼橋橋面鋪裝技術做出了巨大的貢獻。

    訪談時間:2012-03-12 15:30:00
    訪談實錄
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    • 中國橋梁網主持人:尊敬的各位領導、各位嘉賓、親愛的觀眾朋友,以及中國橋梁網的網友們,大家下午好!歡迎關注中國橋梁網《行業交流》欄目,我是本期主持人劉行行。非常高興本期欄目能夠走進交通運輸部公路科學研究院,與公路院的各位專家們共聚一堂。
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    • 中國橋梁網主持人:《行業交流》每期特邀國內外頂級的橋梁專家進行現場和在線交流,深受廣大橋梁從業者的歡迎。今天,我們有幸邀請到了中國工程院院士黃衛先生做客我們的欄目,就“環氧瀝青在大跨徑鋼橋橋面鋪裝中的應用”這一話題與大家進行技術交流。作為我國大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝和智能運輸系統技術的主要開拓者之一,黃衛院士曾獲得國家發明專利多項,組織領導了我國二十余座大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝的設計和工程實施。歡迎您,黃院士!
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    • 中國橋梁網主持人:下面請允許我為大家介紹一下本期的特約嘉賓:交通運輸部公路科學研究院副院長張勁泉先生,張院長是交通運輸部專家委員會委員,全國優秀科技工作者,享受政府特殊津貼專家。
      張院長長期從事橋梁檢測評定與維修加固、橋梁結構監測與安全評估、橋梁耐久性等方面的研究,曾主持十余項重大項目的研究工作。
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    • 中國橋梁網主持人:以及本期的特約主持人:交通運輸部公路科學研究院研究員王旭東博士。在交流環節,特約嘉賓和特約主持人將參與我們的討論。出席本次交流的還有:交通運輸部公路科學研究院科教處處長牛開民先生,交通運輸部公路科學研究院公路中心副主任曹東偉先生。讓我們以熱烈的掌聲歡迎各位的到來!
        下面我們有請張院長講話。
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    • 張勁泉:尊敬的黃衛院士,各位來賓,中國橋梁網的網友們:大家下午好!首先,對中國橋梁網《行業交流》欄目走入交通運輸部公路科學研究院表示熱烈的歡迎,對黃衛院士親臨會場,與大家分享環氧瀝青在我國大跨橋梁建設中的成就表示衷心的感謝!
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    • 張勁泉:交通運輸部公路科學研究院成立于1956年,主要從事道路工程、橋梁工程、智能交通、汽車運用工程、道路運輸與物流、公路生態與環境保護工程等領域的科學研究及技術材料與裝備開發。設有土木工程和交通運輸工程兩個國家一級學科碩士學位點,一個博士后科研工作站,擁有一批包括工程院院士在內的國內外知名專家。
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    • 張勁泉:近年來,在交通運輸部的領導和支持下,公路院已經發展成為交通運輸行業中集科研與產業開發于一體,規模最大,多領域、跨學科的綜合性科研機構,形成了獨具特色的科研創新體系。
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    • 張勁泉:擁有綜合實驗能力位居世界前列的公路交通綜合試驗場和多專業的實驗基地;設有國家智能交通系統工程技術,國家公路養護技術等9個國家和部級研究中心,橋梁結構安全技術國家工程實驗室和道路結構與材料等6個交通行業重點實驗室,國家道路及橋梁質量監督檢驗中心,國家交通安全設施質量監督檢驗中心,國家道路與橋梁工程檢測設備計量站和6個部級檢測中心。
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    • 張勁泉:公路院緊密圍繞我國公路交通建設需求,攻克了一大批公路交通行業的共性和關鍵技術,為我國公路建設提供了重要的技術支撐。
      在公路院的發展過程中,行業內外的一大批專家學者給予了有力的支持和幫助。黃衛院士作為我院學術委員會的主任委員,更是為我院的長遠發展提供了許多富有建設性的建議,給予了大力的支持。
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    • 張勁泉:根據建設國際一流科研院所的發展目標,我院將秉承“求實創新,力臻卓越”的發展理念,通過加強人才培養,平臺建設和科學研究,不斷提高自主創新能力。今天,中國橋梁網《行業交流》欄目在我院安排這次訪談,對我院學術水平的提高是一次有力的促進,對我院的廣大科技人員也是一次良好的學習機會。
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    • 張勁泉:最后,希望這次活動能夠促進廣大技術人員對大跨徑鋼橋鋪裝技術和發展成就的認識和了解,預祝訪談活動取得圓滿成功!

        謝謝大家!
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝張院長!我們也很感謝交通運輸部公路科學研究院對我們欄目的支持!
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    • 中國橋梁網主持人:隨著越來越多大跨徑鋼橋的建成,大跨徑鋼橋橋面鋪裝的問題越來越引起工程技術人員的重視。受外部環境影響,鋼箱梁上的瀝青混凝土橋面鋪裝技術十分復雜,甚至一度被稱為“世界難題”。
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    • 中國橋梁網主持人:由黃衛院士親自主持,經多年科技攻關、試驗研究,具有自主知識產權的新型復合材料——環氧瀝青,具有強度高、變形能力好、耐疲勞、耐腐蝕等諸多優點,非常適用于大跨徑鋼橋橋面的鋪裝。黃院士帶領團隊的研究成果把中國的大跨徑鋼橋橋面鋪裝技術推向了世界領先水平,對全世界的大跨徑鋼橋橋面鋪裝技術做出了巨大的貢獻。
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    • 中國橋梁網主持人:我們的網友在前期提問中也表示,很想知道黃院士多年來在環氧瀝青方面研究的心得與成果。我們現在就有請黃院士與大家介紹一下環氧瀝青在大跨徑鋼橋橋面鋪裝中應用的研究現狀。
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    • 黃衛:謝謝大家!我也很高興來到公路科學研究院,與大家交流。

        首先我給大家介紹一下環氧瀝青,環氧瀝青是一種采用環氧樹脂和石油瀝青及其它助劑等混合組成的一種高性能的復合材料。
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    • 黃衛:固化后的環氧瀝青形成不可逆、高溫不熔化的空間網絡體系,是一種熱固性材料。它既不是傳統的熱塑性的瀝青,也不是常規的樹脂,它從根本上改變了瀝青的熱塑性質,從而賦予了瀝青優良的物理力學性質。環氧瀝青混合料作為一種高性能材料,在國內外工程中已經得到了比較顯著的應用效果。
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    • 黃衛:我再給大家簡要介紹一下環氧瀝青的歷史。大概1961年,Thomas等人第一次報道了一種環氧樹脂改性瀝青,此后環氧樹脂改性瀝青材料相繼出現,都有各自不同的共容劑以解決環氧瀝青的相容性問題。由于環氧樹脂和瀝青之間相容性很差的問題沒有解決,就像水和油放在一起不能相容一樣。
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    • 黃衛:所以不能夠大規模應用在大型工程上。

        最初使用環氧瀝青混合料的目的是利用其優良的高溫穩定性,主要應用于機場跑道罩面。1967年,美國Adhensive工程公司首次將環氧瀝青應用于San Mateo-Hayward大橋。雖然國外公司已經應用環氧瀝青多年,但環氧瀝青產品較為單一,且應用范圍也比較局限,多應用于涂料、橋面鋪裝以及路面磨耗層方面。
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    • 黃衛:20世紀90年代前期,我國道路界的一些科研單位和工程單位開始對環氧瀝青的生產技術進行研究,但沒有能形成可供工程應用的成果。1995年,東南大學開始對環氧瀝青進行探索,并在我國最早系統的研究了環氧瀝青及其應用技術。2000年,在國內首次成功地將環氧瀝青混凝土技術運用于南京長江二橋大跨徑鋼橋面鋪裝。這也是環氧瀝青第一次在鋼箱梁橋梁上成功運用。隨后,對環氧瀝青的研究,受到了越來越多的科技工作者的重視,國內的各種科研成果開始不斷的涌現。
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    • 黃衛:自2001年3月南京二橋正式通車以來,雙層環氧瀝青混合料鋪裝歷經了高溫季節與低溫季節的考驗,鋪裝使用性能很好。有了成功的例子,環氧瀝青橋面鋪裝得到推廣應用,先后應用在南京長江第三大橋、武漢陽邏長江大橋和荊岳長江公路大橋等20多座大型工程,通車各橋的運營狀況總體較好。
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    • 黃衛:鑒于進口環氧瀝青受專利保護,價格昂貴,東南大學經過多年的潛心研究,發明了具有完全自主知識產權的多組份環氧瀝青生產及應用技術,獲得了多項多組份環氧瀝青生產技術、施工技術等國家發明專利,實現了環氧瀝青的國產化,在獲得良好使用性能的同時,降低了工程造價,并在上海長江大橋、武漢天興洲公鐵大橋橋面鋪裝等多項工程上成功應用。
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    • 黃衛:除了對環氧瀝青混凝土材料本身性能的研究外,實際工程應用中,東南大學針對環氧瀝青鋪裝施工工藝及質量控制的研究也在進行,從材料選型、結構設計以及施工組織與管理等方面考慮,對環氧瀝青施工過程中原材料的選用、環氧瀝青混合料施工配合比的確定、施工過程混合料溫度的控制以及混合料攤鋪和壓實等施工質量進行了大量細致的研究,提出了完善的環氧瀝青相關施工工藝,并制定出了施工質量標準。
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    • 黃衛:目前,國產環氧瀝青已在國內許多工程中得到了應用,尤其在鋼橋面鋪裝、水泥混凝土橋面鋪裝、防水粘結層、重交通路面、隧道鋪裝等方面取得良好的使用效果。
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    • 黃衛:非常高興今天東南大學團隊的錢振東教授還有其他的研究人員今天也參加了我們的交流,天津的橋梁專家韓振勇高級工程師他也是富民橋應用設計和組織者,他今天也在我們現場參加交流。
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    • 黃衛:第二部分我簡單給大家說說環氧瀝青的種類,環氧瀝青從它的理化性質上來講,它可以分為兩類:一類是熱塑性環氧基樹脂改性瀝青;另一類是熱固性環氧瀝青。熱塑性環氧基樹脂改性瀝青是一種普通的改性瀝青,這類改性瀝青仍然是一種熱塑性材料,其性能與熱固性環氧瀝青有著巨大差距的,在道路工程中很少使用。
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    • 黃衛:另一類是熱固性環氧瀝青,即道路工程上使用的環氧瀝青,它已經徹底改變了常規瀝青熱溶性的特點,熱固性環氧瀝青通常在300℃高溫時也不會發生融化,有一般改性瀝青不能相比的非常好的工程性能。
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    • 黃衛:熱固性環氧瀝青混合料攤鋪壓實后,經一定溫度條件的養護固化后最終形成一種不熔的三維立體結構的混凝土,環氧瀝青混合料的強度是其他傳統瀝青類混合料的3~10倍以上,而且變形能力也非常好。熱固性環氧瀝青路面由于其熱固性的特點,這類路面在高溫使用條件下也不會融化,因此不會出現車轍,是水泥混凝土或鋼橋面鋪裝的首選材料。總之,采用熱固性環氧瀝青的改性方法是同時提高瀝青材料的黏附力、拉伸強度及斷裂延伸率的最有效的方法。
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    • 黃衛:第三個再簡要地跟大家介紹一下國產環氧瀝青的特點。國產環氧瀝青是由東南大學經過多年的深入研究,擁有完全自主知識產權,獲得了多組分環氧瀝青生產技術、施工技術等多項國家發明專利。國產環氧瀝青的主要性能特點:

        (1)具有很強的粘結性能和很好的延伸率,具有很好的高溫和低溫性能;

        (2)在生產過程中可以方便地調整產品性能,產品可以滿足橋面鋪以及重交通道路的使用要求,

        (3)生產過程中可以方便地調整固化時間和固化溫度,更加便于施工,應用領域更加廣泛;

        (4)發明了與材料應用相關的施工設備,建立應用技術,拓展了應用范圍,提高了工程應用的可靠性;

        (5)材料的生產過程綠色環保,不產生廢氣、廢水、固體廢棄物,實現了污染的零排放。
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    • 黃衛:最后再給大家簡要介紹一下國產環氧瀝青在大跨徑鋼橋面鋪裝中的應用。
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    • 黃衛:天津富民橋為我國首座獨塔空間索面自錨式懸索橋,橋梁長340.3米,橋寬40米,機動車雙向6車道。天津富民橋鋼橋面鋪裝的特點主要表現為:

        一、國產環氧瀝青在鋼橋面鋪裝中首次應用。天津富民橋鋼橋面鋪裝是國產環氧瀝青的第一次大面積鋼橋面鋪裝工程應用。

        二、低溫環境條件下施工。天津富民橋鋼橋面鋪裝施工于2007年10月份進行,施工期間環境溫度已經降至20℃以下。由于之前的美國環氧瀝青鋼橋面鋪裝工程施工均是在20℃以上的環境溫度下實施,因此需要根據國產環氧瀝青特點,結合實橋施工外部條件,進行低溫條件施工組織設計。
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    • 黃衛:武漢天興洲公鐵兩用長江大橋是世界上第一座四線鐵路雙塔公鐵兩用斜拉橋,南汊主橋為主跨504米雙塔三索面公鐵兩用鋼桁梁斜拉橋,上層公路為六車道,寬27米,下層為四線鐵路,設計時速200公里。針對大橋跨度大、承載重、運營時速高等特性,鋼橋面鋪裝必須具備高強的強度性能、良好的變形能力、優良的高低溫穩定性能以及抗疲勞性能等特點。武漢天興洲大橋鋪裝工程具有以下特點:
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    • 黃衛:一、施工環境溫度苛刻。武漢天興洲大橋環氧瀝青混凝土鋪裝的施工于2008年11月底至12月中旬展開,正值寒冷的秋末冬初季節,鋪裝施工過程中的氣候溫度大多在10℃左右,而美國環氧瀝青材料的施工要求氣溫必須在20℃以上才能進行。
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    • 黃衛:二、鋪裝施工必須在武漢天興洲大橋主橋兩端公路未貫通的情況下進行,可環氧瀝青混凝土對攤鋪、碾壓的時間控制要求十分嚴格,國外環氧瀝青材料的允許容留時間范圍很窄,不能滿足武漢天興洲大橋鋪裝施工的要求。
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    • 黃衛:上海閔浦大橋位于奉浦大橋與徐浦大橋之間,是跨越上海黃浦江的第8座大橋,也是世界上跨徑最大的雙塔雙索面鋼桁梁雙層公路斜拉橋。大橋全長3610m,主橋長1212m,主孔跨徑708m,中跨主梁為正交異性板桁結合鋼桁梁。大橋上層按照高速公路標準設計,雙向8車道,橋面寬43.6m,設計車速120km/h;下層按二級公路標準設計,雙向6車道,橋面寬28m,設計車速為60km/h。閔浦大橋鋼橋面鋪裝工程特點主要表現為:
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    • 黃衛:一、鋪裝受力特性復雜。與閉口鋼箱梁不同,閔浦大橋的上、下層鋼橋面均為開口箱型截面,上、下層鋼橋面均為正交異性鋼橋面,其縱向采用U形閉口肋與T型縱梁加勁,橫向采用箱形截面的主橫隔梁與較矮的T型副橫隔梁加勁。這類新型箱體結構對瀝青鋪裝層的受力與變形特性提出了更高的要求。
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    • 黃衛:二、下層橋面鋪裝固化條件不良。閔浦大橋鋼箱梁體為桁架梁結構,此類結構比箱形梁結構保溫性能差,散熱快。加之閔浦大橋下層橋面施工于2009年10月展開,施工時氣溫已很低,而且下層橋面沒有陽光直射,所以下層橋面鋪裝施工時橋面板溫度幾乎都在10℃左右,不利于橋面鋪裝的固化。
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    • 黃衛:三、鋪裝施工面積大,機械化施工尤其重要。閔浦大橋分為上、下兩層橋面,鋪裝面積高達4萬多平方米,且大橋施工工期要求緊,工作強度大,施工過程中的人工環節要盡量省略。
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    • 黃衛:四、混合料運輸時間長。閔浦大橋屬城市橋梁,沿線的交通較為繁忙,鋼橋面鋪裝的瀝青拌和廠站設置、混合料生產與運輸等環節過程中均受到沿線交通的影響,因此,施工過程中對環氧瀝青混合料的攤鋪、碾壓的允許容留時間范圍提出了更高的要求。
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    • 黃衛:上海長江公路大橋主通航孔為跨徑730米的分離式全漂浮體系斜拉橋,是目前世界上最大的公軌合建斜拉橋。與國內已建成的鋼橋面鋪裝工程相比,上海長江公路大橋鋼箱梁橋面鋪裝工程有如下幾個特點:
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    • 黃衛:一、交通量大,車輛荷載重。設計超載比例為20%,設計超載量為30%。
      二、鋪裝連續施工時間長。上海長江公路大橋鋼橋面鋪裝長度為1430m,由于環氧瀝青混凝土施工時不設置橫縫,單幅鋪裝必須連續完成,單日連續攤鋪時間可達到八小時。因此,需合理安排拌合樓開機時間,制定嚴格的時溫控制方案,以盡量消除氣溫變化這對鋼橋面環氧瀝青鋪裝施工的影響,確保國產環氧瀝青混凝土順利鋪裝。
      三、施工環境條件不利。上海長江公路大橋橋址位于長江入海口,該區域氣候變化異常、濕度高、溫差大、多霧,非常不利于環氧瀝青混凝土的施工組織和連續施工作業。
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    • 黃衛:近年來,國產環氧瀝青在水泥混凝土橋面鋪裝中也應用的比較多,像南京市玄武大道的花園路跨線橋、國道G108線介休~霍州段夏門汾河大橋改造等均采用了國產環氧瀝青材料進行鋪裝。
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    • 黃衛:此外,環氧瀝青應用于隧道鋪裝中去,不但能夠有效解決隧道內部噪音大、能見度差等環境問題,同時環氧瀝青混凝土本身也是一種溫拌混合料,其施工溫度只有135℃,比較適宜于在隧道內進行施工,符合目前路面環保節能的趨勢和潮流。
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    • 王旭東:黃院士:感謝您對鋼橋面鋪裝技術的精辟闡述,您曾于1996年出版了《大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法》專著,這是我國第一部系統闡述鋼橋面瀝青混凝土鋪裝技術的專著,對后來我國鋼橋面鋪裝技術的發展和完善奠定了基礎。
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    • 王旭東:關于“環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝技術”,您堪稱這一領域的頂尖專家。在此,我想把話題稍微拓展一下,聽聽您的見解:十多年來,鋼橋面鋪裝技術蓬勃發展,特別是材料方面,SMA、環氧、澆注、橡膠瀝青等,您能否針對這些材料在鋼橋面鋪裝應用中的技術特點進行簡要評述?這里僅談技術特點,不以工程論英雄,因為從技術到設計,再到實際工程,中間還有許多環節,把很多問題放在一起,有些問題反而不容易講清楚。
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    • 黃衛:大跨徑橋梁鋼橋面的鋪裝材料,主要有澆注瀝青、改性瀝青如SMA,及環氧瀝青三類,選擇哪一種材料主要取決于交通荷載和環境條件,其中環境條件中最重要的因素是極端高溫和極端低溫的要求。三種材料以及相關的結構都有成功的經驗和失敗的教訓,成功與否還與施工工藝與質量控制以及使用的養護有關。根據已有的國內外實踐,我國最為成功的材料和結構是環氧瀝青的橋面鋪裝,南京二橋已經成功地使用了十多年,而其他的材料和結構還沒有理想的成功的例子。
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    • 黃衛:環氧瀝青橋面鋪裝就其材料的特性和結構形式而言,可以適應于我國絕大多數的橋梁以及交通荷載條件,工程質量控制及工藝通過我國二十多座大橋的實踐,已經比較成熟,只要我們嚴格按照技術要求和規程進行施工和質量控制,完全可以達到實際要求。由于我國大多數地區超載十分嚴重,加之極端高低溫特別大,在國外成功應用的SMA和澆注式的經驗并不能直接應用于中國。
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    • 黃衛:需要特別說明的是,大跨徑橋梁往往位于國家的主要干線交通,通行能力要求高,不能中斷交通反復維修。因此我們在選用新材料和新技術的時候,必須滿足兩個條件:一是要充分說清楚已有的成功經驗和工程實踐,二是必須結合實際應用的橋梁的條件,進行全面系統的研究。過去我們國家不少橋梁橋面鋪裝,采用了多種形式的結構和材料,通車不久就產生破壞的原因雖然很多,但是基本都沒有滿足上面所提到的兩個條件。
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    • 王旭東:據了解,自從南京二橋以后,您和您的團隊一直致力于環氧瀝青混凝土的國產化技術研發及應用,能否請您簡要介紹一下其中的艱辛歷程和取得的技術突破。
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    • 黃衛:南京二橋環氧瀝青鋼橋面鋪裝,已經正常使用超過了十年。它的研究和工程實踐,以及維護管理,為我們國家的大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝積累了豐富的經驗,以及大量的研究與工程實踐數據。二橋鋪裝以后,我們一直在進行跟蹤和進一步深入的研究,一是發明了國產的環氧瀝青及相關的施工設備,并且在多座特大跨徑橋梁上成功應用,如世界上最大的公鐵兩用橋天興洲大橋、上海長江大橋。二是對結構形式也進行了深入的研究,發明了澆注加環氧的新型結構,以及澆注加SMA的結構形式。三是豐富了環氧瀝青的產品,拓展了環氧瀝青的應用領域,環氧瀝青已經成功地應用于水泥橋梁的鋪裝層、隧道和高速公路。四是我們對箱梁結構與鋪裝的關系、橋梁整體變形與鋪裝的關系,以及鋪裝優化設計進行了深入研究,取得了豐富的成果。
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    • 王旭東:以上談的鋪裝材料方面的問題,使我們受益匪淺。下面想跟您請教關于鋪裝結構方面的問題。現在有一種現象:“鋼橋面鋪裝主要談材料(如上面所說的各種材料),而忽視對鋪裝結構的分析、甚至鋼箱梁結構本身的分析”。但鋼箱梁鋪裝作為一種特殊的路面結構,在路面研究中近些年已經逐漸形成一種認識,甚至是共識,即“脫離結構研究材料是沒有意義的,研究材料在結構中的行為是學科發展的方向以及工程實踐的需要”。因此,我想請教您,做鋼橋面除了材料設計外,在結構設計方面需要考慮哪些因素?鋼箱梁剛度?鋼板厚度?鋪裝結構?
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    • 王旭東:特別對于環氧瀝青混凝土鋪裝,近些年衍生出幾種不同的結構:(雙層)環氧、環氧 澆注、環氧 SMA、澆注 環氧,您能否分析一下這幾種鋪裝結構的特點和適用范圍?
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    • 黃衛:我認為雙層環氧既可應用于大跨徑斜拉橋,也可以使用于大跨徑懸索橋。國外都有成功的經驗,我們國家雙層環氧用于斜拉橋的表現,要好于懸索橋,我認為一是需要重視施工工藝和質量的控制,這是極為重要的;另外一個方面,懸索橋主梁的整體變形更大,施工工程中調索對橋面變形影響也較大。因此我們應該重視主梁調索和變形對鋪裝的影響,也要重視橋梁使用過程中主梁的變形對橋面鋪裝的影響。
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    • 黃衛:另外一方面,在材料的選擇和設計上,也可以做些必要的調整。澆注加環氧這種結構,是我們取得發明專利的一個新結構形式。由于澆注式的變形能力更好,所以澆注加環氧適應主梁變形的能力就更強;由于環氧瀝青用于上面層,也就克服了澆注式抗車轍能力弱的特點,這個結構變形能力好于雙層環氧,但是強度會有所損失。另外在橋面鋪裝時,需要使用兩套施工工藝和方法,雖然我們在潤揚大橋,對澆注加環氧進行了全面系統的深入研究,后來還是因為考慮了施工控制的原因,沒有下決心使用這種結構形式。
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    • 黃衛:環氧加SMA這種形式,對加快環氧瀝青的固化,以及提前開放交通有利。把環氧放底層,把澆注放上層,這種結構不宜采用。
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    • 王旭東:一個工程的好壞,材料設計、結構優化僅僅是第一步,施工工藝、質量控制和管理更為關鍵。在我看來,現在一些鋼橋面鋪裝的早期破壞歸結于某些材料是不客觀的,主要還是沒做好。
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    • 王旭東:您主持修建的南京二橋是業內公認的質量嚴格控制的典范,至今已使用了12年,應該是目前國內使用最長的鋼橋面鋪裝。您能否介紹一下當時是如何嚴格控制施工質量的,能否舉幾個例子?
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    • 黃衛:南京長江二橋是全國公認的質量控制最好的橋梁之一,嚴格控制質量,一是要有非常充分的科學研究為基礎,有足夠的室內外的實驗數據,以及相關工藝和設備做保證。二是業主部門必須嚴格要求,嚴格規范。三是施工單位必須按照工藝規程,嚴格施工,其中最關鍵的是,要有嚴謹的態度。四是監理單位嚴格認真負責,監理單位對技術要求、關鍵技術點必須十分清楚。南京二橋施工的時候,業主的要求是十分嚴格的,對研究單位、設計人員、監理單位充分信任、充分尊重,只要是為滿足施工質量的要求,業主都能夠支持設計單位、施工單位和監理單位,這個在工程領域還是十分難能可貴的。南京二橋在質量控制時,最大的權威就是設計單位、施工單位和監理單位。
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    • 黃衛:南京二橋的實踐還證明,任何對材料、施工工藝的技術要求,只要設計、施工、監理、業主認真合作,嚴格要求,工程質量要求的技術指標都能夠很好地滿足。比如說,環氧瀝青混合料的級配,實際施工的和實驗室的基本上完全吻合。這大大超出了我們的預料,也是其他工程中很少能做到的。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃院士和王博士!兩位的交流令我們受益匪淺,鋼橋面鋪裝涉及材料設計、結構優化、施工工藝等多個領域,是一項嚴謹而復雜的工程。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃院士和王博士!兩位的交流令我們受益匪淺,鋼橋面鋪裝涉及材料設計、結構優化、施工工藝等多個領域,是一項嚴謹而復雜的工程。我們的交流預告一經上線,就受到了廣大網友的關注,并收到了很多網友的問題。現在我們就進入互動環節,請黃院士與廣大網友進行在線交流。
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    • 中國橋梁網主持人:首先我們來看網友橋梁小小兵的問題。他說,目前鋼箱梁橋面鋪裝問題是世界性難題,國內外最常用的三種橋面鋪裝方式分別為:雙層SMA、澆注式瀝青SMA、雙層環氧瀝青等橋面鋪裝方式。前兩種使用較早運用較多,但基本上在使用一段時間后,均會出現這樣那樣的問題。而環氧瀝青對施工要求很高,從目前國內橋梁的狀況來看,有些使用十幾年后也會出現問題。他的問題是:目前的橋面鋪裝方式均存在問題,在未來,是否瀝青根本就不適合在鋼橋面上鋪裝?有沒有新材料代替瀝青解決該難題?目前,國內外有沒有新材料來解決這一問題?
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    • 黃衛:跨江跨海大橋橋面的設計車速一般為100-120公里/小時,就這樣的車速要求,加上對于橋梁恒重、行駛速度的舒適度等要求,目前環氧瀝青鋪裝是最佳的選擇。當然隨著材料科學的發展,不排除未來有新的材料能代替。但是,特大工程的實際應用,必須建立在充分的科學研究,以及工程實踐經驗的基礎上。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝!網友wangze444說,黃院士,你好!我是中交二公局三公司泰州大橋E08標項目部的施工人員,現在與東南大學合作泰州大橋的鋼箱梁橋面鋪裝工程,目前泰州大橋所采用的下面層澆注式瀝青混凝土+上面層環氧瀝青混凝土的鋪裝結構型式,尚屬國內首例。我們在施工的準備過程中發現,澆注式瀝青混凝土在國內沒有相關的具體規范來指導配合此設計,因此造成了室內設計與實際拌合生產具有相當大的差異性。我想知道,目前國內是否已經對相關標準規范進行編制和研究,以便利于施工過程控制!
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    • 黃衛:在潤揚大橋鋪裝設計研究時,我們對澆注加環氧的結構形式,進行了系統的全面的研究,并且建了實體的試驗橋,對試驗橋還進行系統的測試,研究的結論是:澆注式加環氧可以用于潤揚長江大橋。最后之所以沒有采用,就是考慮到兩套施工工藝,兩套質量控制要求,存在一定的工程風險。
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    • 黃衛:所以泰州大橋在實用澆注加環氧結構的時候,施工單位必須在正橋施工前,取得相應的施工經驗,以及建立比較完整的工藝和質量控制要求。
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    • 中國橋梁網主持人:網友“不敢那么說”的問題是:黃院士,您好!環氧瀝青橋面鋪裝的國產化您功不可沒,現在環氧瀝青鋪裝的成功案例很多,失敗的也不少,想請問您,對于出現問題的環氧瀝青鋪裝采用怎樣的修復方案比較好!謝謝!
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    • 黃衛:環氧瀝青混凝土早期養護的量是比較小的,早期養護的關鍵,一是建立巡查制度,定期觀察橋面的使用狀況,二是對出現的微小裂縫和鼓包及時處理,三是應該用專門的快速的固化的環氧瀝青對裂縫和鼓包進行處理,不能用其他的材料如SMA或者改性瀝青去處理。
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    • 中國橋梁網主持人:網友fengbridge說,除了材料本身的改進外,我建議通過改善外部條件,來提高橋面使用壽命。1、減少超載;2、水冷系統降溫。我特別建議水冷系統,在高溫季節,水冷系統向爬坡方向橋面噴水,以克服材料高溫下易變形的弱點。水冷可自流、噴灑等。不知目前國內是否采用過類似的物理降溫方法。
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    • 黃衛:控制超載是非常必要,但在我國要想像國外那樣完全控制,目前還有難度。因此在橋面鋪裝設計時,應考慮超載的影響。二是實踐表明,環氧瀝青的高溫性能是好的,一般情況下可以不用澆水降溫的方式方法。
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    • 中國橋梁網主持人:網友悅澤說,黃院士好,請問武漢白沙洲大橋橋面鋪裝技術的根本問題在哪兒?
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    • 黃衛:順便在這兒說一下,我們說的橋面鋪裝通常有兩類,一是在鋼板上做的鋼橋面鋪裝,一類是大橋引橋的水泥混凝土橋面鋪裝。我們在說橋面鋪裝病害的時候,要區分鋼箱梁鋪裝和水泥混凝土鋪裝的病害。白沙洲大橋鋼橋面鋪裝曾經采用雙層SMA鋪裝,多次出現病害。2008年用環氧瀝青進行重新鋪裝。
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    • 中國橋梁網主持人:網友天馬行空說,黃院士好,請問鋼橋面鋪裝采用瀝青混凝土,它與鋼板之間需要采取什么措施連接?如果通過剪力釘連接,那么對橋面進行噴涂時避免不了噴到剪力上,請問應如何克服?
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    • 黃衛:鋼橋面鋪裝必須與鋼板有非常好的連接,環氧瀝青粘結料專門用于環氧瀝青與鋼板的連接,即使是在高溫條件下,也有很好的連接。這也是我目前研究過程中,發現的最好的連接材料。順便說一下,除了粘結強度以外,粘結層和鋪裝層對于鋼板要有很好的追從性;也就是說,當鋼板進行溫度變形的時候,鋪裝層也能夠隨之協調變形。
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    • 中國橋梁網主持人:下面這位網友的問題是:環氧瀝青技術能不能有效解決路面滑動的問題?壽命多長?費用多少?
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    • 黃衛:環氧瀝青橋面鋪裝可以滿足路面抗滑要求,與其他路面不一樣的是:初期幾年,環氧瀝青鋪裝的橋面抗滑能力是提高的,不是下降的。
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    • 中國橋梁網主持人:網友xingchangli說,黃院士:您好!接觸過國內兩座大橋的環氧瀝青鋪裝施工,都是東南大學進行的技術咨詢,現階段環氧瀝青橋面鋪裝質量都較好,但是也暴露出了一些問題:

        1、施工隊伍仍然是決定鋪裝質量的關鍵,建議政府主管部門嚴把準入關,針對環氧瀝青施工辦法建立并審核專業施工資質。

        2、工序銜接控制是關鍵,主管部門應編制環氧瀝青施工技術規范(規程),在規定各項質量指標時,還應規定各工序的間隔時間,該連續的連續,該中斷的中斷。

        3、在舊橋上加鋪環氧瀝青一般工期壓力都比較大,而環氧瀝青的養護時間過長也影響了開放交通的時間,不知黃院士是否在研究如何縮短養護時間以達到盡快開放交通的目的。

        4、環氧瀝青的廢料應如何處理,如何減少對環境的影響?

        5、環氧瀝青橋面的局部修補材料是否有了更經濟的新產品?
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    • 黃衛:施工是環氧瀝青質量保證的關鍵。前面已經提到,這需要業主單位、設計、施工、監理的合作。多座大橋的實踐證明,只要我們認真,我們就能夠做好。關于開放交通的問題,北京的一座橋西關環島舊橋有很好的實踐,他們采取了兩個措施,一是在結構上采用環氧加SMA的形式,二是在鋼梁底部加設電子加熱設備,這就大大縮短了養護時間。
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    • 中國橋梁網主持人:網友“風景獨好”問,鋼箱梁橋面瀝青鋪裝往往容易發生破損,有人說是因為鋼箱梁橋面局部剛度不足,導致橋面鋪裝在局部的變形過大,從而導致瀝青疲勞破碎,請問是否是這樣的?如果不是,那么導致鋼箱梁橋面瀝青混凝土鋪裝容易破損的原因是什么?目前有無較好的方法防治此類病害的發生?
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    • 黃衛:鋼箱梁瀝青鋪裝破壞的原因很多,如超載、極端氣候、施工質量控制不好等等。鋼箱梁與橋面鋪裝進行整體設計,也是必要的,比如說頂板的厚度不宜太薄,我們通常要求14至16mm;另外還有結構下部的U形肋,以及縱隔板和橫隔板,都可能對鋪裝的控制應力產生影響,設計中也應該予以重視。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃院士!我們現場還有很多觀眾,下面我們留點時間給現場的觀眾,我們留幾個問題看看在場的嘉賓有沒有要提問的。
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    • 現場觀眾:我是交通部公路院公路中心的一名科研人員,今天也很榮幸有機會在現場聽您關于環氧瀝青的研究和應用現狀的介紹。我有兩個問題想問一下:一個問題就是說與普通的瀝青混凝土橋相比,我們這個大跨徑鋼橋對于橋面鋪裝層有什么特殊的要求?第二個問題,環氧瀝青混凝土在材料設計上有哪些關鍵的性能指標?
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    • 黃衛:鋼橋面鋪裝跟其他的橋面鋪裝有哪些特殊的要求,別的橋要求鋼橋面上都有,比如它要摩擦系數要好,抗滑性能要好,然后強度要好,鋼橋面鋪裝其中有一個很重要的要求,就是鋪裝層一定要薄,傳統的SMA通常在7公分、9公分以上,環氧瀝青可以做到5公分。如果鋼板再厚一點甚至還可以再薄一點。因為這對主梁結構來講,包括塔索來講非常有利的,可以大幅度地降低工程造價,可以增加主跨的跨度。另外一個就是變形的能力要比一般的要好,因為在鋼板上它的變形是比一般的路面要大。另外彎距的位置、應力的位置也不一樣,路面我們知道在底面受拉,可是在鋼橋面鋪裝的時候是在頂面受拉。所以我們在做疲勞梁實驗的時候就不一樣。另外我剛才講到整體性要更好,還有個就是變形的系統,鋼板和鋪裝層要能夠協調黏結,這要選擇材料要使得它的變形系數接近鋼板的變形系數,這個將來可以看我寫的那本書,有很多試驗的數據。
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    • 黃衛:還有第二個問題是材料設計上強度、變形能力、疲勞,我們通常一定要做與鋼板的符合梁的疲勞試驗。也要做車轍試驗,常規的都需要做,抗凍的試驗,抗油污的試驗,然后馬歇爾試驗,還有不一樣的就是溫度和時間對固化的影響,我們也要做分析,也要做試驗。我想在這兒說的就是環氧瀝青雖然在不少的橋上都用了,但是即使這樣,對每座新的橋梁來講,你如果用環氧瀝青橋面鋪裝,包括其他材料,都必須做全套系統完整的研究,包括石料,石料跟環氧瀝青性能相互之間的關系是什么,也要做系統的試驗。不要認為已經有成功的經驗,就認為我們可以省掉很多環節,對每個橋梁來講所有重復的試驗都是值得的。以前的經驗只是給我們對下一步的研究和設計帶來基礎,它不應該成為代替。
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    • 中國橋梁網主持人:我們網上還有很多新問題,網友們提的問題特別多,由于時間關系我們就再問幾個問題。第一個問題,網友說,環氧瀝青混凝土具有耐凝腐蝕的性能,柴油和機油不易揮發,橋面的殘留性也很大。環氧瀝青能抵得住這日積月累的石油嗎?
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    • 黃衛:常規的瀝青,柴油、汽油都是它的溶劑,常規的滴了柴油、機油路面就會形成坑洞。環氧瀝青沒這個問題,我們通常做這樣的試驗,把一定質量的混合料的材料泡在這個油里面,把環氧瀝青泡在柴油里它沒有任何損失,就是再拿出來它也沒有任何損失,甚至還可以增加一點,可能大概有一點空隙油跑進去了,油的顏色不做任何改變,一般的材料瀝青出來以后顏色就發黑了。汽油把這個環氧瀝青放進去泡,稍稍有一點點顏色有一點點改變,但是總體上影響很小。所以環氧瀝青是個新材料,你不要想到它是個瀝青,這個時候它更多的表現的是環氧的性質,它抗油污非常好。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃老師,剛剛有位網友問了一個關于瀝青混凝土鋪裝層厚度問題,他說如何確定橋面鋪裝,瀝青混凝土厚度。
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    • 中國橋梁網主持人:這個問題是這樣:環氧瀝青通常在5公分左右,它還取決于鋼鑲梁頂板的質量,平整度是不是好,我們通常要求有效厚度5公分。澆注式通常也在5公分左右,也有做得比5公分更薄,也有更厚一點。它取決很多因素的影響,這個看具體的橋梁結構。
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    • 中國橋梁網主持人:我們來看下面一個問題,網友說雖然環氧瀝青具有高強度和高低溫性能,但是國內應用卻是寥寥無幾,究其原因除了較高的成本,還有施工工藝的復雜性以及應用的苛刻要求有關,在這方面你們團隊有沒有再具體研究改進,具體的方向和方法能不能說一說?
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    • 黃衛:環氧瀝青現在在橋面鋪裝里應用還不能算寥寥無幾,還是主要的,大部分都是用環氧瀝青的。所以它高溫性能也很好,低溫性能也很好,施工的苛刻也好,過去我們在二橋是這么提的,現在我覺得可以不這么提。原來從來沒有施工單位用過,現在會施工的單位已經很多了,經驗也很豐富了。施工的難不是主要的技術問題。就是毛主席說的,世界上難就難在認真二字,我后面跟一句,橋面鋪裝成功的關鍵還取決于認真二字。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃老師!我看問題很多。還有一個,鋼橋面瀝青鋪裝層易損害是一個難問題,您帶領東南大學團隊為解決這一難題做出了巨大推動,從應用效果來看環氧瀝青混凝土是目前鋼橋面材料中的佼佼者,然而它的造價較高,施工要求嚴格,所以想請教您,就綜合鋪裝的力學性能、施工性能、工程造價、耐久性等因素而言,環氧瀝青混凝土鋪裝主要適用于哪些類型的橋梁?
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    • 黃衛:環氧瀝青都適用,懸索橋、斜拉橋都可以。因為我們現在有國產的環氧瀝青了,所以環氧瀝青的價格大幅度下降。現在大概要比南京二橋的時候成本還要低,后來我們二橋成功以后,國外漲價,現在價格也有所回落。綜合地看,從使用年限、養護費用、通行效率等綜合效果來看,環氧瀝青經濟效益是好的。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝黃老師。這位網友說,國內環氧瀝青鋪裝厚度大約在50到55毫米之間,請問這個厚度是不是在國內大部分地區都適用呢?
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    • 黃衛:基本上可以,和鋼箱梁的頂板厚度有關系,不能低于14毫米,然后鋼箱梁的頂板平整度很好,就是橋面鋪裝有效厚度就可以保證,要是不平穩的地方,有的地方凹凸不平,有效厚度得不到滿足就有影響。
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    • 中國橋梁網主持人:網友說,環氧瀝青在施工過程中的控制程度是非常嚴格的,您能不能簡單介紹一下施工過程中應該注意的問題,有哪幾個大的方面需要我們注意?
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    • 黃衛:溫度、時間、壓縮度,溫度就是它對應的施工時間,在一定的混合料的溫度情況下,它要對應一定的施工時間,還有就是溫度也是壓實的一個很重要的前提條件。壓實度取決于壓實的變速和把握好壓實際溫度。
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    • 中國橋梁網主持人:由于時間關系,我們來看最后一個問題。這位網友問,瀝青會不會腐蝕鋼橋面呢?
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    • 黃衛:瀝青不會腐蝕鋼橋面,在橋面鋪裝里是這樣的,鋼板上面有鋪裝,我們今天因為時間關系沒有講到,經過大量的研究我們發現,用環氧復型漆第一能更好地保護鋼板,第二環氧復型漆能與粘結層更好地結合。
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    • 中國橋梁網主持人:謝謝!由于時間關系,我們本期的《行業交流》就進行到這里。再次感謝黃衛院士,感謝各位嘉賓,謝謝現場所有的朋友和中國橋梁網的網友們。我們下期節目再見!
    網友問答
    xingchangli:黃院士:您好!接觸過國內2座大橋的環氧瀝青鋪裝施工,都是東南大學進行的技術咨詢,現階段環氧瀝青橋面鋪裝質量都較好,但是也暴露出一些問題:1、施工隊伍仍然是決定鋪裝質量的關鍵,建議政府主管部門嚴把準入關,針對環氧瀝青施工辦法專業施工資質。2、工序銜接控制是關鍵,主管部門應編制環氧瀝青施工技術規范(規程),在規定各項質量指標時,還應規定各工序的間隔時間,該連續的連續,該中斷的中斷。3、在舊橋上加鋪環氧瀝青一般工期壓力都比較大,而環氧瀝青的養護時間過長控制了開放交通的時間,不知黃院士是否在進行研究如何縮短養護時間以達到盡快開放交通的目的。4、環氧瀝青的廢料應如何進行處理,如何減少對環境的影響?5、環氧瀝青橋面的局部修補材料是否有更經濟的新產品了?
    黃衛:施工是環氧瀝青質量保證的關鍵。前面已經提到,這需要業主單位、設計、施工、監理的合作。多座大橋的實踐證明,只要我們認真,我們就能夠做好。關于開放交通的問題,北京的一座橋西關環島舊橋有很好的實踐,他們采取了兩個措施,一是在結構上采用環氧加SMA的形式,二是在鋼梁底部加設電子加熱設備,這就大大縮短了養護時間。
     
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    行業交流現場嘉賓
    黃院士為橋梁網簽名留念
    現場網友提問
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