吳關(guān)良， 彭祝濤， 尚 飛， 余宏偉

(1.大榭大橋有限公司， 浙江 寧波 315812； 2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司， 重慶 400067；3.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067； 4.安徽省交通控股集團有限公司， 合肥 230031)

鋼橋面鋪裝近年來發(fā)展較快，國內(nèi)目前使用較為廣泛的鋪裝結(jié)構(gòu)類型主要有3種，分別是雙層SMA、GA+SMA和雙層EA[1-2]，其中環(huán)氧瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)因為強度高、高溫穩(wěn)定性好、耐疲勞性能和抗腐蝕性優(yōu)良等特性[3-4]，常用于交通條件苛刻的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能層。

鋼橋面鋪裝在受到外部車輛荷載、自身施工缺陷或材料耐久性能衰減的影響下，會產(chǎn)生早期裂縫或鼓包等病害，伴隨著雨水滲入橋面鋪裝內(nèi)部，在車輛荷載作用下形成動水壓力，加速破壞鋪裝結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致大面積脫層、網(wǎng)裂甚至于出現(xiàn)嚴重的連片的坑槽等病害[5-8]。由于鋼橋面環(huán)氧鋪裝結(jié)構(gòu)自身剛度較大，一旦病害迅速發(fā)育，后續(xù)想要進行長久有效的維修極為困難。

預(yù)防性養(yǎng)護是一種事前、主動的養(yǎng)護措施，在病害出現(xiàn)的早期實施預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，可起到延緩病害發(fā)育，節(jié)約養(yǎng)護成本，提高橋面鋪裝綜合使用壽命的作用[9]。針對鋼橋面環(huán)氧鋪裝結(jié)構(gòu)的特點，提出基于環(huán)氧類材料的預(yù)養(yǎng)護技術(shù)，即超固封層預(yù)養(yǎng)護技術(shù)。該技術(shù)可為環(huán)氧鋪裝表面提供一層環(huán)氧抗滑薄層，能抑制鋼橋面環(huán)氧鋪裝的早期病害發(fā)育，恢復(fù)橋面密水性要求，改善橋面抗滑性能等。

1 超固封層

超固封層是將經(jīng)過復(fù)合改性增強后得到的具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能、化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性等特性的環(huán)氧樹脂材料作為膠結(jié)料，按照一定比例灑布在瀝青鋪裝面上，并在表面撒布1.18 mm～2.36 mm單粒徑的耐磨骨料，完全固化后在鋼橋面鋪裝表面形成的一層約2 mm～3 mm厚度環(huán)氧碎石薄層，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 超固封層結(jié)構(gòu)Fig.1 Super-solid sealing structure

2 性能試驗

超固封層為環(huán)氧樹脂材料和骨料相互嵌合并粘附在鋪裝表面，具有一定強度的耐磨增韌的薄層，其中環(huán)氧膠結(jié)料經(jīng)過交聯(lián)反應(yīng)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)的強度主體[10]。為研究超固封層的材料力學(xué)性能和路用性能，對膠結(jié)料、超固封層的關(guān)鍵技術(shù)指標，如膠結(jié)料的膠凝時間、拉伸性能、超固封層界面的黏附性能、抗滑性能開展了研究。

2.1 膠凝時間

環(huán)氧膠結(jié)料經(jīng)過環(huán)氧聚合交聯(lián)反應(yīng)，逐漸聚合成不均勻的微凝膠體，隨著環(huán)氧固化的進行，這種膠體不斷增長，直至聚合成大的凝膠體，最終形成網(wǎng)狀立體聚合物[10-11]。這個過程在宏觀上表現(xiàn)為粘度的不斷增大至膠結(jié)料凝固、硬化的過程。

交聯(lián)反應(yīng)加劇的時間點，可作為施工可操作性的參照時間點。為準確找到交聯(lián)反應(yīng)加劇的時間點，對膠結(jié)料體系的粘度進行測試。參照《塑料、環(huán)氧樹脂、黏度測定方法》(GB/T 22314—2008)標準，采用旋轉(zhuǎn)粘度計對粘度指標進行測試，測試的溫度為20 ℃，測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 粘度指標隨時間變化情況Fig.2 Viscosity index variation with time

從圖2可以看出，0～200 min時間段的粘度很小，表明粘結(jié)體系在前期的交聯(lián)反應(yīng)速度較慢，在200 min時，交聯(lián)反應(yīng)速率加快，膠結(jié)體系的粘度開始加劇，因此在200 min為膠凝時間，也就是施工可操作時間，耐磨骨料在這之前應(yīng)撒布完成。

2.2 拉伸性能

超固封層黏附在鋼橋面鋪裝表面，良好的拉伸性能能夠保證與鋪裝層隨從變形的能力。參考《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》(GB/T 528—2009)對環(huán)氧膠結(jié)料在25 ℃條件下進行拉伸測試，結(jié)果見表1。

表1 拉伸性能測試結(jié)果Table 1 Test results of tenslie property

從表1試驗結(jié)果可知，超固封層膠結(jié)料的拉伸強度平均值為9.1 MPa，斷裂伸長率平均值為46.9%，均滿足指標要求。

2.3 黏附性能

黏附性能代表著膠結(jié)料與原路面和骨料之間的黏結(jié)強度，直接影響超固封層維護原路面的能力和壽命。不良的的黏附性能會導(dǎo)致石料失落，超固封層與原路面之間界面脫落，良好的黏附性能關(guān)乎超固封層的使用耐久性，確保超固封層在車輪反復(fù)碾壓下不剝離原路面和骨料不飛散失落的能力[12-13]。

為驗證超固封層在實際使用中的效果，項目組在水泥和瀝青混凝土基面上鋪裝試驗路段。超固封層粘附試驗采用不同的膠結(jié)料用量且骨料為1.18 mm～2.36 mm單粒徑玄武巖，采用手持式拉拔儀進行拉拔強度測試，環(huán)境溫度為23 ℃。試驗結(jié)果見表2。

表2 拉拔強度測試Table 2 Test results of pulling strength

從表2試驗路段測試結(jié)果可知，瀝青混凝土基底的超固封層拉拔強度維持在1.4 MPa左右，這是由于瀝青混凝土的強度本身就只有1 MPa～2 MPa。當膠結(jié)料用量達到1.8 kg/m2時，水泥基面也被拉壞，說明超固封層與基面的黏附強度超過水泥基面自身強度，超固封層本身的黏附強度應(yīng)超過5.34 MPa，可滿足指標要求。

2.4 抗滑性能

影響路面抗滑性能的因素有路面表面特性、潮濕程度、表面溫度和行駛車速等[14]，而常規(guī)的路面測試方法有制動距離法、擺式摩擦系數(shù)測試法、橫向力系數(shù)測試法和構(gòu)造深度測試法等[15]。項目組采用制動距離法，對典型的路面(水泥、SMA)與超固封層進行平行測試，試驗結(jié)果見表3～表5。

表3 水泥路面剎車性能Table 3 Brake performance of cement concrete pavement

表4 SMA13路面剎車性能Table 4 Brake performance of SMA 13 pavement

表5 超固封層路面剎車性能Table 5 Brake performance of super-solid sealing

表3～表5抗滑試驗結(jié)果表明，在干態(tài)下，水泥路面的剎車距離明顯大于SMA13路面和超固封層路面，而SMA13路面與超固封層路面的剎車距離比較接近，表明在干態(tài)下，水泥路面的抗滑性很差，SMA13路面與超固封層路面的抗滑性差別不大；在濕態(tài)下，水泥混凝土路面和SMA13瀝青混凝土路面的剎車距離比干態(tài)狀況明顯增大，而超固封層路面在濕態(tài)下的剎車距離比干態(tài)的剎車距離增加較小，僅提高了6.17%，說明雨水對超固封層路面的抗滑性能影響甚微。

3 工程應(yīng)用

寧波某大橋為雙塔單索面鋼箱梁斜拉橋，橋梁總長808 m，為雙向4車道，鋼橋面鋪裝采用雙層環(huán)氧的鋪裝結(jié)構(gòu)。大橋通行車輛以7～9類的拖掛車、大貨車等貨載交通為主，中型車及以上的數(shù)量比例超過70%，且大橋為某港口唯一貨運通道，環(huán)氧鋪裝層常年處于超負荷的不良狀況下。為延緩鋼橋面鋪裝早期病害的擴展，恢復(fù)鋼橋面鋪裝的密水、抗滑性能等，采用超固封層預(yù)防性技術(shù)進行實橋工程應(yīng)用。

3.1 實施情況

1) 現(xiàn)場對環(huán)氧瀝青混凝土基面進行精銑刨。精銑刨采用維特根205型銑刨機施工，銑刨深度約2 mm～3 mm，實施情況如圖3所示。

(a) 基面精銑刨作業(yè)

(b) 基面清掃作業(yè)圖3 環(huán)氧瀝青鋪裝精銑刨Fig.3 Fine milling of epoxy asphalt pavement

2) 精銑刨完成后，采用高壓水車對基面進行沖洗。沖洗掉表面留存的灰塵和細料，保證界面清潔。晾曬1 d～2 d后，即可實施超固封層，實施情況如圖4所示。

(a) 基面清洗作業(yè)

(b) 處理完后基面狀態(tài)圖4 基面處理Fig.4 Basal plane treatment

3) 超固封層施工。采用自主研發(fā)的CRM600抗滑層施工車，將環(huán)氧膠結(jié)料加熱至60 ℃～70 ℃后，氣化噴灑至界面，同步撒布耐磨碎石，實施情況如圖5所示。

(a) 超固封層施工

(b) 石料撒布后表觀狀態(tài)圖5 超固封層實施情況Fig.5 Implementation of super-solid sealing

4) 施工完成后，根據(jù)環(huán)境溫度需養(yǎng)護約5 h才能開放輕型交通。在正式開放交通前，還需采用清掃車強力清掃，將松動的碎石清掃回收。在通行約1周時間后，再次采用清掃車清理跑脫的碎石。

3.2 交工驗收

超固封層施工完成后，交工驗收檢測方法參考《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450—2019)中規(guī)定，對現(xiàn)場施工及進行檢測，結(jié)果見表6。

表6 交工驗收檢測及標準Table 6 Acceptance tests and criteria for delivery

從表6中3個檢測項目可知，實施超固封層后的鋼橋面鋪裝技術(shù)狀況指標滿足交工驗收標準要求。

3.3 應(yīng)用效果跟蹤

在實橋工程應(yīng)用1個月后，項目組對超固封層預(yù)養(yǎng)護技術(shù)的應(yīng)用效果進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)鋼橋面環(huán)氧鋪裝未新增早期病害。行車舒適性、抗滑性能、密水性能等使用狀況較好，工后1個月檢測結(jié)果見表7。超固封層材料未出現(xiàn)掉皮、開裂等不良現(xiàn)象，應(yīng)用效果如圖6所示。

表7 工后1個月檢測結(jié)果Table 7 Test results 1 month after work

(a) 通車后使用狀況

(b) 超固封層表觀狀況圖6 應(yīng)用效果跟蹤(1個月)Fig.6 Application effect tracking (1 month)

4 結(jié)論

1) 試驗結(jié)果表明，超固封層材料具有良好的力學(xué)性能、路用性能和施工可行性，能夠滿足鋼橋面環(huán)氧鋪裝預(yù)養(yǎng)護的需求。

2) 超固封層材料在20 ℃條件下膠凝時間為200 min，在23 ℃條件下的拉拔強度超過5.34 MPa，在25 ℃條件下拉伸強度平均值為9.1 MPa，斷裂伸長率平均值為46.9%，在干態(tài)和濕態(tài)狀況條件下具有優(yōu)異抗滑性能。

3) 超固封層預(yù)養(yǎng)護技術(shù)在環(huán)氧鋪裝的實體養(yǎng)護工程中大面積的應(yīng)用表明，在實體的鋼橋面環(huán)氧鋪裝工程上效果應(yīng)用較好，能夠起到延緩病害的發(fā)育，提高鋼橋面鋪裝使用壽命的作用。