環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝冷拌改性樹脂薄層罩面技術研究
張輝 單崗 潘友強 張健
（1．江蘇中路工程技術研究院有限公司 南京211806；
2．浙江順暢高等級公路養(yǎng)護有限公司 杭州 310051）
摘要 不同于熱塑性瀝青，環(huán)氧瀝青是熱固性材料，開裂后修復難度很大，采用傳統(tǒng)路面修復方法效果一般，其預防性養(yǎng)護技術國內研究幾乎為空白。文中針對環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝，開發(fā)了一種復合式冷拌樹脂碎石超薄罩面技術，建立了使用性能評估方法，對材料強度、變形，以及抗疲勞等力學性能，及其典型施工工藝進行了研究，提出了預防性養(yǎng)護最佳時機。工程應用表明，研究成果可延長環(huán)氧瀝青鋪裝使用壽命3年以上，推遲昂貴的大中修，減少養(yǎng)護費用。
關鍵詞 環(huán)氧瀝青 超薄罩面 冷拌樹脂 施工工藝
鋼橋面鋪裝是鋪筑在正交異性板上的薄層構筑物，厚度通常為5～8 cm，由于特殊的結構特點，對橋面鋪裝層有極高的使用要求，主要包括對鋼板協(xié)調變性能力、防水性能，以及優(yōu)良的疲勞性能等。目前國內主要采用環(huán)氧瀝青、澆注式瀝青，以及樹脂瀝青組合式鋼橋面鋪裝技術。
其中，環(huán)氧瀝青鋪裝技術自2001年首次在南京二橋成功應用以來，在國內已完成100萬m2以上的工程量，江蘇省9座跨江大橋7座采用了該技術。不同于熱塑性瀝青路面，環(huán)氧瀝青是熱固性材料，容易開裂。
目前對瀝青路面預防性養(yǎng)護技術研究較多，形成了一些相對成熟的方案，比如霧封層、稀漿封層、微表處、薄層罩面等，但此類技術主要還是以瀝青類材料為主。國內對鋼橋面鋪裝養(yǎng)護技術的研究起步較晚，且主要集中于大中修，預防性養(yǎng)護技術幾乎為空白，而且照搬一般瀝青路面預防性養(yǎng)護技術不可行。
為了延長環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝使用壽命、提高行車安全性，本文基于環(huán)氧樹脂材料開發(fā)了高性能復合式冷拌樹脂碎石超薄罩面，并重點圍繞結構設計、材料性能、典型施工工藝及使用效果進行了研究，以期對環(huán)氧瀝青鋼橋面預防性養(yǎng)護方案提供參考。
1預防性養(yǎng)護時機
本文通過對多座大跨徑環(huán)氧瀝青鋼橋面使用性能長期的調研，發(fā)現(xiàn)當鋪裝使用2～3年后，鋪裝病害主要以裂紋、裂縫為主，且裂縫僅開展至鋪裝表面、未到下面層混凝土或者鋼板時；或者由于鋪裝表面局部離析，壓實度不夠，出現(xiàn)表層混合料空隙大，易積水、滲水而造成開裂等情況時，為進行預防性養(yǎng)護的最佳時機。
2結構設計
鋼橋面鋪裝預防性養(yǎng)護方案必須滿足橋面恒載的限制要求。針對環(huán)氧瀝青鋪裝裂縫、構造深度不足等問題，基于冷拌改性樹脂材料研發(fā)了冷拌樹脂超薄抗滑罩面技術，總厚度僅為3～5mm，由滲透性環(huán)氧樹脂封層十耐候性的環(huán)氧樹脂碎石封層組成，見圖1。
(1)下層滲透性高強樹脂具有較高的流動性，可以對鋪裝的空隙、裂紋、裂縫進行封閉修復，恢復鋪裝強度，提高結構性能，延長使用壽命。
(2)上層耐候性樹脂對紫外照射和氧化具有更好的耐候性，起到封層防水、抗老化作用，提高耐久性，并提高環(huán)氧瀝青鋪裝的抗滑性能，從而提高行車安全和舒適性。
3材料性能研究
3.1 界面粘結性能研究
傳統(tǒng)薄層瀝青類材料由于低強度、高溫敏感性等不足，無法牢固地粘接于熱固性環(huán)氧瀝青鋪裝表面，在車輪荷載等作用下極易剝離起皮。冷拌樹脂材料同樣屬于熱固性材料，并且具有較高的強度，對溫度相對不敏感。
采用附著力拉拔試驗評估高滲透冷拌樹脂與環(huán)氧瀝青鋪裝的粘結強度，同時對比了傳統(tǒng)瀝青路面封層材料，試驗結果見圖2，本文優(yōu)選的高滲透環(huán)氧樹脂粘結強度高達14 MPa，相比其他樹脂瀝青、聚氨酯等高分子材料高出50%以上，而常規(guī)路面預防性養(yǎng)護材料，如傳統(tǒng)溶劑瀝青、霧封層等材料的粘結強度僅1～2 MPa，遠小于環(huán)氧樹脂類材料。
3.2高溫性能
溫度對材料的強度有很大的影響，通常低溫時材料模量提高，材料自身強度、以及界面粘結強度都會升高，而當溫度升高時，樹脂封層與環(huán)氧瀝青鋪裝的粘結強度，以及環(huán)氧瀝青材料自身強度都會有所下降。對此，考慮到鋼橋面鋪裝在夏季高溫狀態(tài)下，鋪裝表面的溫度可達到約70℃，課題采用拉拔試驗評估了70℃下樹脂封層與環(huán)氧瀝青混凝土的粘結性能，結果見表1。
由表1可見，隨著溫度的升高，界面拉拔強度以及環(huán)氧瀝青混合料的自身抗拉拔強度都迅速降低；當溫度升高到70℃時，環(huán)氧瀝青混合料自身的抗拉拔強度降低到1.5 MPa左右，低于鋪裝和養(yǎng)護材料的粘結強度，導致斷裂面都在混合料自身內部。
3.3滲透性
高滲透樹脂不但能與基層環(huán)氧表面良好地粘結，同時可滲透封閉橋面裂縫、空隙等病害，起到良好的防水和裂縫愈合效果。本文對瀝青類、樹脂類和溶劑類灌縫材料進行了滲透性對比試驗，試驗結果見圖3。熱改性瀝青、乳化瀝青、橡膠瀝青等傳統(tǒng)瀝青類材料的滲透性幾乎為O，主要是由于瀝青遇冷迅速降溫后凝固導致的。而常溫液態(tài)反應型樹脂類材料均具有很好的滲透性，其中滲透性樹脂滲透深度高達27 mm左右，美國環(huán)氧瀝青約為11 mm，耐候性樹脂為13 mm，說明了采用的滲透性樹脂相比瀝青、原環(huán)氧瀝青都更好。
3.4基層修復性能
高滲透樹脂對下層橋面還具有較高的性能恢復作用。本文采用小梁彎曲試驗對折斷的小梁試件重新拼接粘合再次進行低溫彎曲試驗，結果見圖4，采用高滲透樹脂修復后的環(huán)氧瀝青試件的彎拉強度愈合效果較好，達到85%以上，極限破壞應變恢復達到80%以上，基本恢復了原強度，遠高于傳統(tǒng)瀝青材料。
3.5 變形協(xié)調性能研究
鋼橋面鋪裝表面在荷載條件下會產生較大的負彎矩，因此要求薄層罩面材料除了應與環(huán)氧瀝青橋面具有牢固的粘結之外，還可以協(xié)同橋面變形，同時具有一定的抗裂強度。本文采用帶鋼板復合件3點彎曲疲勞試驗評價了樹脂罩面的變形協(xié)調性，結構為：14 mm鋼板+2. 5～3 cm環(huán)氧瀝青+3～5 mm厚冷拌樹脂罩面。試驗荷載取9 kN，溫度控制在15～20℃。組合件當疲勞次數(shù)達到600萬次以上時，未出現(xiàn)樹脂剝落、開裂等病害，性能良好。
3.6 表面抗滑性能研究
環(huán)氧瀝青混合料采用懸浮密實型結構，鋪裝表面的構造深度較低，雨雪天氣抗滑較為不利。冷拌樹脂碎石超薄罩面實施后，可大幅改善行車安全性和表面外觀，樹脂碎石封層的構造深度達到1 mm以上，雨天行車不易形成水漂和起霧，擺式摩擦系數(shù)可達到80 BPN以上，可大幅提高抗滑性能，從而縮短行車制動剎車距離，提高交通安全性；同時具有一定的抗冰凍效果，表面裸露的、均勻排列的碎石，在荷載作用下形成了應力集中點，在雨雪天氣情況下，鋪裝表面不易積雪積冰，對雨雪天氣下的行車安全具有一定程度的保障作用，見表2。
4工程應用及效果
研究成果在國內大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝養(yǎng)護工程中得到成功應用。該橋面環(huán)氧瀝青鋪裝在使用4年左右，局部段落已經(jīng)開始進入大中修階段。局部段落表面出現(xiàn)了若干條規(guī)則性的疲勞裂縫，處于病害發(fā)展的中前期，為了延長使用壽命，推遲昂貴的大中修時間，大橋于2011年10月進行了冷拌樹脂罩面預防性養(yǎng)護。主要工序包括橋面拋丸、裂縫處治、下層高滲透樹脂、以及上層耐候性樹脂涂布與碎石同步撒布等工序。該方案使用4年來，效果總體良好，未出現(xiàn)整體剝落、起皮、碎石飛散等病害，有效延長了使用壽命，見圖5。
5 結論
(1)環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝的養(yǎng)護技術是行業(yè)面臨的一個新的難題。本文針對環(huán)氧瀝青鋪裝典型裂縫病害、以及抗滑構造深度不足等問題，設計了滲透性高強樹脂封層和耐候性樹脂碎石封層的復合式結構，下層鋪裝結構強度、變形恢復80%以上，抗滑構造深度提高至1mm以上，摩擦系數(shù)提高至80 BPN以上，大幅提高了行車的舒適性與安全性。
(2)研究成果在國內大跨徑鋼橋面鋪裝工程中得到應用，形成了典型工藝，使用4年來整體效果良好，獲得了良好的預防性養(yǎng)護經(jīng)濟效益，為國內外同類工程提供了良好的借鑒。
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