章榮福

（鎮(zhèn)江市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 鎮(zhèn)江 212002）

0 引言

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是指路面狀況良好的情況下，對(duì)現(xiàn)有道路系統(tǒng)采取的有計(jì)劃的、基于費(fèi)用-效益的養(yǎng)護(hù)策略，能夠延長(zhǎng)原路面的使用壽命，推遲昂貴的大修和重建活動(dòng)，達(dá)到保證路面使用性能和降低路面全壽命周期成本的目的。目前國(guó)內(nèi)大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝還缺乏比較有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，且在其使用過(guò)程中，早期大多采用日常灌縫的措施進(jìn)行保養(yǎng)，當(dāng)鋪裝破損比例較高時(shí)，則進(jìn)行矯正性養(yǎng)護(hù)甚至直接銑刨重鋪。由于環(huán)氧瀝青混凝土屬于熱固性材料，其材料特性、病害類(lèi)型與一般瀝青路面有本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)的瀝青鋪面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施不適用于大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文采用室內(nèi)試驗(yàn)和對(duì)比分析方法，根據(jù)大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝對(duì)薄層罩面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的技術(shù)要求，探索研究ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面在鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用，為鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究與實(shí)踐提供參考依據(jù)。

1 ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面結(jié)構(gòu)

ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面主要由高滲透性環(huán)氧樹(shù)脂碎石薄層罩面和高耐候性環(huán)氧樹(shù)脂碎石薄層罩面組成。ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面的總厚度為4mm左右，不會(huì)大幅提高鋼橋結(jié)構(gòu)的恒載；下層滲透性ERG可以對(duì)鋪裝的空隙、裂紋、裂縫進(jìn)行封閉修復(fù)，恢復(fù)鋪裝強(qiáng)度，提高鋪裝使用性能并延長(zhǎng)鋪裝的使用壽命；而上層耐候性ERG具有封層防水、抗老化作用，并可提高環(huán)氧瀝青鋪裝的抗滑性能，從而提高行車(chē)安全性和舒適性。ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ERG預(yù)防性養(yǎng)護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

2 ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面的性能

ERG樹(shù)脂碎石材料薄層罩面的關(guān)鍵材料分別是滲透性和耐候性的環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)料。為了深入研究在大跨徑鋼橋環(huán)氧瀝青鋪面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中ERG樹(shù)脂碎石材料薄層罩面的材料性能，本文主要采用幾種常用材料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，包括：E型環(huán)氧樹(shù)脂（E），J型聚氨酯（J）；R型樹(shù)脂瀝青（R）；Star Seal霧封層（SS）；G型溶劑型瀝青，S型溶劑型瀝青。

2.1 黏結(jié)性能

（1）薄層罩面與環(huán)氧瀝青鋪裝的常溫黏結(jié)性能

ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面應(yīng)與環(huán)氧瀝青鋪裝有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，以保證運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中不易出現(xiàn)起皮、剝離等病害。為了評(píng)估ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面與環(huán)氧瀝青鋪裝的黏結(jié)性能，分別選取滲透性環(huán)氧樹(shù)脂（D）、E型環(huán)氧樹(shù)脂、J型聚氨酯、R型樹(shù)脂瀝青、G型溶劑型瀝青、S型溶劑型瀝青、Star Seal霧封層與環(huán)氧瀝青混凝土進(jìn)行平行常溫拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同品種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)材料與環(huán)氧瀝青混凝土的常溫拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可以看出，滲透性環(huán)氧樹(shù)脂與環(huán)氧瀝青混凝土的拉拔強(qiáng)度最高，約為14MPa；E型環(huán)氧樹(shù)脂、J型聚氨酯和R型樹(shù)脂瀝青與環(huán)氧瀝青混凝土的拉拔強(qiáng)度分別約為8MPa、10MPa和5MPa；而G型溶劑瀝青和S型溶劑瀝青與環(huán)氧瀝青混凝土的拉拔強(qiáng)度約為1.5MPa，SS型霧封層與環(huán)氧瀝青混凝土的拉拔強(qiáng)度約為2.7MPa。

（2）薄層罩面與環(huán)氧瀝青鋪裝的高溫黏結(jié)性能

溫度對(duì)薄層罩面與鋪裝表面的黏結(jié)性能有很大的影響?？紤]到鋼橋面鋪裝在夏季高溫狀態(tài)下，鋪裝表面的溫度可以達(dá)到約70℃，本文采用滲透性環(huán)氧樹(shù)脂、E型環(huán)氧樹(shù)脂、J型聚氨酯與環(huán)氧瀝青混凝土分別在常溫23℃和高溫70℃進(jìn)行平行拉拔試驗(yàn)，測(cè)量拉拔強(qiáng)度并觀察其斷裂面位置，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同溫度下養(yǎng)護(hù)材料對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土的拉拔強(qiáng)度

由表1可以看出，在常溫情況下，滲透性環(huán)氧樹(shù)脂的拉拔強(qiáng)度最高，J型聚氨酯次之，E型環(huán)氧樹(shù)脂最小；在70℃高溫情況下，E型環(huán)氧樹(shù)脂的拉拔強(qiáng)度最大，滲透性環(huán)氧樹(shù)脂次之，J型聚氨酯最小，但三者的差值很小。隨著溫度的升高，幾種材料與混凝土的拉拔強(qiáng)度迅速降低；在常溫試驗(yàn)中，斷裂面出現(xiàn)在養(yǎng)護(hù)材料與環(huán)氧瀝青混凝土的界面，而在70℃高溫試驗(yàn)中，環(huán)氧瀝青混合料自身的抗拉拔強(qiáng)度大大降低，導(dǎo)致斷裂面出現(xiàn)在混合料自身內(nèi)部。

（3）薄層罩面與鋼板的黏結(jié)性能

由于環(huán)氧瀝青鋪裝局部位置的裂縫可能發(fā)展至鋼橋面板，故要求下層滲透性樹(shù)脂材料與鋼板黏結(jié)良好，起到封閉和愈合裂縫的作用。本文采用滲透型環(huán)氧樹(shù)脂和E型環(huán)氧樹(shù)脂、J型聚氨酯、R型樹(shù)脂瀝青、G型溶劑瀝青和S型溶劑瀝青分別與鋼板在23℃常溫下進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同品種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)材料與鋼板的常溫拉拔強(qiáng)度

由圖3可以看出，滲透型環(huán)氧樹(shù)脂（D）、E型環(huán)氧樹(shù)脂與鋼板的拉拔強(qiáng)度均大于20MPa，J型聚氨酯與鋼板的拉拔強(qiáng)度為8MPa左右，R型樹(shù)脂瀝青僅為2.5MPa左右，滲透型環(huán)氧樹(shù)脂（D）、E型環(huán)氧樹(shù)脂與鋼板的拉拔強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他幾種養(yǎng)護(hù)材料。

2.2 變形協(xié)調(diào)性

ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面應(yīng)具有較高的變形能力，以保證與鋼橋面鋪裝變形的一致性。參照規(guī)范《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》（GB/T 528—2009），對(duì)下層滲透性樹(shù)脂和上層耐候性樹(shù)脂進(jìn)行了常溫23℃下的斷裂拉伸試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 ERG用環(huán)氧樹(shù)脂的常溫?cái)嗔牙煸囼?yàn)結(jié)果

由表2可以看出，滲透性樹(shù)脂和耐候性樹(shù)脂在常溫23℃下的拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到42.20MPa和16.84MPa，斷裂延伸率分別達(dá)到15%和28%。都具有較高的抗裂強(qiáng)度和一定的變形能力。

在低溫狀態(tài)下，樹(shù)脂類(lèi)材料模量增大，變形減小，會(huì)影響其與鋼橋面鋪裝的變形協(xié)調(diào)性。本文參照標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），采用彎曲試驗(yàn)對(duì)ERG環(huán)氧樹(shù)脂材料在低溫狀態(tài)（-10℃）下的變形協(xié)調(diào)性進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 ERG用環(huán)氧樹(shù)脂的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，耐候性樹(shù)脂與滲透性樹(shù)脂在低溫狀態(tài)下，隨同鋼片驟然彎曲180°后沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，顯示其具有較高的低溫抗裂能力。

2.3 施工和易性

由于大跨徑橋梁交通壓力較大，封閉交通的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，ERG薄層罩面的施工養(yǎng)生滿(mǎn)足養(yǎng)護(hù)時(shí)間短、快速開(kāi)放交通的要求；且應(yīng)有相對(duì)較長(zhǎng)的施工可操作時(shí)間，避免膠料混合后過(guò)早反應(yīng)；同時(shí)要求ERG用環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)具有較低的初始黏度，以便于施工刮涂。鑒于以上要求，應(yīng)對(duì)ERG薄層罩面的施工和易性進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估。本文依據(jù)《環(huán)氧樹(shù)脂凝膠時(shí)間測(cè)定方法》（GB/T 12007.7—1989）和《環(huán)氧樹(shù)脂粘度測(cè)定方法》（GB/T 12007.4—1989），檢測(cè)ERG薄層罩面耐候性樹(shù)脂和滲透性樹(shù)脂的固化時(shí)間、可操作時(shí)間及黏度指標(biāo)，評(píng)估ERG薄層罩面的施工和易性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 ERG用環(huán)氧樹(shù)脂的工藝性能

耐候性樹(shù)脂和滲透性樹(shù)脂均具有較低的黏度，分別為1.5Pa·s和0.6Pa·s；且具有較長(zhǎng)的可操作時(shí)間，分別為50min左右和150min左右；兩者固化時(shí)間較短，耐候性樹(shù)脂常溫4h就可以固化，滲透性樹(shù)脂常溫24h即可完成固化，總體上ERG薄層罩面的施工養(yǎng)生時(shí)間需2d左右，可以滿(mǎn)足大跨徑鋼橋快速開(kāi)放交通的要求。

2.4 抗滑性能

環(huán)氧瀝青混凝土屬于懸浮密實(shí)型混合料，鋪裝表面的構(gòu)造深度較低，抗滑性能較差。為了保證行車(chē)安全性，要求ERG薄層罩面具有較大的構(gòu)造深度。本文依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的瀝青混合料表面構(gòu)造深度試驗(yàn)（T 0731—2000），分別測(cè)定環(huán)氧瀝青鋪裝與ERG薄層罩面的構(gòu)造深度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 環(huán)氧瀝青鋪裝與ERG樹(shù)脂碎石罩面的構(gòu)造深度

由表5可以看出，ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面的構(gòu)造深度達(dá)到1mm左右。除此以外，ERG薄層罩面表面裸露的、均勻排列的碎石，在荷載作用下形成了多個(gè)排列有致的應(yīng)力集中點(diǎn)，在雨雪天氣情況下，鋪裝表面不易積雪積冰，有一定的破冰功能，對(duì)雨雪天氣下的行車(chē)安全具有一定程度的保障作用，可以大幅提高環(huán)氧瀝青鋪裝的抗滑性能，提高行車(chē)安全性和舒適性。

2.5 耐磨性能

大跨徑橋梁的交通組成復(fù)雜，重車(chē)比例較高，ERG薄層罩面應(yīng)具有較高的耐磨性能。由于目前沒(méi)有關(guān)于樹(shù)脂碎石封層或者罩面的耐磨性試驗(yàn)規(guī)范，本文參照規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的稀漿混合料濕輪磨耗試驗(yàn)（T 0752—2011），評(píng)定ERG薄層罩面的耐磨性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 樹(shù)脂碎石罩面的耐磨性試驗(yàn)

由圖4可以看出，ERG薄層罩面沒(méi)有發(fā)生磨損，而濕輪磨耗試驗(yàn)機(jī)的膠輪在試驗(yàn)中磨損較嚴(yán)重?？梢?jiàn)，ERG所用環(huán)氧樹(shù)脂和玄武巖碎石的強(qiáng)度較高，其耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的乳化瀝青稀漿封層，可以滿(mǎn)足大跨徑橋梁的特殊交通條件對(duì)橋面鋪裝耐磨性能的要求。

2.6 疲勞性能

鋼橋面鋪裝的最大拉應(yīng)變出現(xiàn)在鋪裝表面，而ERG薄層罩面鋪筑于鋪裝表面，故應(yīng)滿(mǎn)足在重復(fù)荷載作用下的耐疲勞性能要求。對(duì)此，本文對(duì)ERG薄層罩面的帶鋼板組合件進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究，試驗(yàn)荷載為9kN，試驗(yàn)溫度控制在15～20℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 ERG薄層罩面組合件的疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面組合件在9kN荷載、16℃溫度條件下的疲勞次數(shù)能達(dá)到600萬(wàn)次以上，可以滿(mǎn)足大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝的使用要求。

2.7 綜合性能

綜合以上試驗(yàn)研究結(jié)果可得，ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面的綜合性能如下：

（1）滲透性樹(shù)脂與耐候性樹(shù)脂均具有較短的固化時(shí)間，其中滲透性樹(shù)脂常溫24h便可以固化，耐候性樹(shù)脂常溫4h便可以固化，總體施工養(yǎng)生時(shí)間只需2d，交通封閉時(shí)間短，可以快速開(kāi)放交通；

（2）耐候性樹(shù)脂與滲透性樹(shù)脂均具有一定的強(qiáng)度和變形性能，拉伸強(qiáng)度達(dá)到10MPa以上，斷裂延伸率達(dá)到10%以上，不但樹(shù)脂自身具有較高的抗裂性，還保證了其協(xié)同鋼橋面鋪裝的變形能力；

（3）滲透性樹(shù)脂與環(huán)氧瀝青鋪裝具有較高的黏結(jié)性能，在荷載作用下不易起皮、脫層；

（4）帶鋼板組合件試驗(yàn)顯示，ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面具有較高的疲勞耐久性。

綜上所述，ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面能夠滿(mǎn)足大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的基本技術(shù)要求。

3 結(jié)論

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和對(duì)比分析方法，研究了ERG樹(shù)脂碎石薄層罩面的黏結(jié)性、變形協(xié)調(diào)性、施工和易性、抗滑性、耐磨耗性等方面的性能，研究結(jié)果表明其固化時(shí)間較短，具有較高的強(qiáng)度和變形能力，與環(huán)氧瀝青鋪裝間的黏結(jié)性能較好，且具有較高的疲勞耐久性等，能夠滿(mǎn)足大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的技術(shù)要求。

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