張　輝，潘友強(qiáng)，于迪爾，朱　雷，吳　釗

基于冷拌改性樹脂的鋼橋面鋪裝快速修補(bǔ)材料性能研究

張輝，潘友強(qiáng)，于迪爾，朱雷，吳釗

（江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司新型道路材料國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 211112）

由于高溫、超載等極端氣候和荷載條件，國內(nèi)鋼橋面鋪裝運(yùn)營過程中早期破損普遍。文章對(duì)冷拌樹脂混凝土修補(bǔ)材料的各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明冷拌樹脂混凝土快速修復(fù)技術(shù)，具有路用性能優(yōu)良、施工簡便、固化時(shí)間短以及良好的界面粘結(jié)等特點(diǎn)，工程應(yīng)用效果良好。

鋼橋面鋪裝；快速修復(fù)；改性樹脂；界面粘結(jié)

1　概況

隨著國內(nèi)橋梁的大規(guī)模建設(shè)，國內(nèi)鋼橋面鋪裝的建設(shè)也在突飛猛進(jìn)，通過10多年的高速發(fā)展，形成了環(huán)氧瀝青、復(fù)合澆注式以及ERS等［1］主流的高性能鋼橋面鋪裝技術(shù)。其中環(huán)氧瀝青使用性能優(yōu)良，占比最高，但工藝相對(duì)苛刻，施工質(zhì)量控制嚴(yán)格［2］。由于國內(nèi)使用條件相對(duì)惡劣，如重載、高溫和多雨等極端荷載和氣候條件［3］，尤其是超載情況較為嚴(yán)重［3-4］，國內(nèi)鋼橋面鋪裝使用壽命相對(duì)較短，往往使用幾年就開始出現(xiàn)裂縫病害，并逐漸發(fā)展至坑槽［3-5］?？硬鄄『θ舻貌坏郊皶r(shí)和有效的處治，將引起鋪裝出現(xiàn)大面積的病害，進(jìn)而導(dǎo)致昂貴的大中修。

國內(nèi)對(duì)鋼橋面鋪裝病害修復(fù)技術(shù)的研究剛剛起步，其難度不亞于新建鋼橋面鋪裝研究［6］，與傳統(tǒng)熱塑性瀝青材料不同，環(huán)氧瀝青鋪裝屬于熱固性材料，且需要長期的養(yǎng)生，因此修復(fù)技術(shù)尤為困難。目前國內(nèi)對(duì)鋼橋面裂縫修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用逐漸取得了一些成果［7-8］，但關(guān)于坑槽快速修復(fù)技術(shù)的研究還很有限，通常采用傳統(tǒng)的瀝青類材料進(jìn)行簡單的回填處治，包括普通熱瀝青混合料、乳化瀝青混合料或者澆注式瀝青混合料［9］，由于力學(xué)性能不足，尤其是在高溫重載作用下，很快會(huì)發(fā)生推移等高溫病害，使用壽命很短。

本文針對(duì)鋼橋面鋪裝坑槽病害，基于冷拌樹脂研發(fā)了混凝土修補(bǔ)材料，并介紹了關(guān)鍵施工技術(shù)，該技術(shù)施工簡便，材料性能優(yōu)良、使用壽命長，固化時(shí)間短、可快速恢復(fù)交通。

2　材料性能

2.1體積指標(biāo)

自2001年南京二橋首次引入環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝技術(shù)以來，國內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料的級(jí)配選擇基本上是近似的。為了保持與原鋪裝匹配，坑槽修補(bǔ)用的冷拌樹脂混合料采用與環(huán)氧瀝青基本一致的級(jí)配，見表1，采用的集料為江蘇鎮(zhèn)江茅迪橋面料，填料為石灰?guī)r礦粉。

表1　冷拌樹脂混合料合成級(jí)配及范圍

冷拌樹脂混合料采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，常溫拌和，雙面擊實(shí)75次后成型馬歇爾試件，并進(jìn)行體積指標(biāo)試驗(yàn)。一般環(huán)氧瀝青混合料油石比為6.5%左右，為了提高施工和易性和可壓實(shí)性，最終選定的最佳油石比為7.5%。馬歇爾體積指標(biāo)見表2，空隙率在2%左右，能保證鋼橋面防水要求，且強(qiáng)度較高，馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)到100 kN以上，高于一般的環(huán)氧瀝青混合料，是常規(guī)改性瀝青混合料強(qiáng)度的10倍以上。

表2　冷拌樹脂混合料體積指標(biāo)

2.2水穩(wěn)定性

冷拌樹脂混合料極其密實(shí)，空隙率較低，基本不透水，且樹脂膠結(jié)料與集料粘附強(qiáng)度極高，因此水對(duì)混合料性能的影響不大。表3為冷拌樹脂混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果，其條件與非條件馬歇爾穩(wěn)定度都在100 kN以上，條件與非條件劈裂強(qiáng)度都大于9.9 MPa，可見其殘留穩(wěn)定度和TSR凍融劈裂比均未出現(xiàn)下降，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性。

表3　冷拌樹脂混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

2.3抗裂性能

樹脂屬于高分子材料，強(qiáng)度較高，其變形能力則相對(duì)偏低，尤其是常溫固化型的。本文通過采用增柔和增韌劑改性后，使其變形能力得到明顯改善。表4為冷拌樹脂混合料常溫與低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明：常溫狀態(tài)下，冷拌樹脂混合料與環(huán)氧瀝青的極限破壞應(yīng)變相近，彎拉強(qiáng)度高出環(huán)氧瀝青30%；而在低溫（-10℃）狀態(tài)下，冷拌樹脂混合料極限破壞應(yīng)變下降幅度較大，達(dá)到2 700μ ε左右，但與傳統(tǒng)改性瀝青SMA相當(dāng)。可以看出本文研發(fā)的冷拌樹脂混合料不但具有較高的強(qiáng)度，還具有一定的變形能力。

表4　冷拌樹脂混合料低溫性能試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)要求

2.4高溫性能

高溫性能一直是傳統(tǒng)熱塑性瀝青類材料的弱點(diǎn)，鋼橋面鋪裝高溫持續(xù)時(shí)間相對(duì)一般瀝青路面更長，且重載、超載現(xiàn)象更為普遍，傳統(tǒng)的瀝青熱補(bǔ)料或者乳化瀝青冷補(bǔ)料，通常由于高溫性能不足，在夏季很快發(fā)生推移病害。

冷拌樹脂和環(huán)氧瀝青混合料都屬于熱固性材料，強(qiáng)度高，且對(duì)溫度不敏感，高溫狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。冷拌樹脂和環(huán)氧瀝青的60 ℃動(dòng)穩(wěn)定度均達(dá)到20 000次/mm以上，是傳統(tǒng)改性SMA的4倍以上。

2.5界面粘結(jié)性能

鋪裝界面粘結(jié)材料一直鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工程研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。以往采用冷補(bǔ)料進(jìn)行坑槽修補(bǔ)并通車后，新舊鋪裝接縫在荷載反復(fù)作用下，較易發(fā)生二次開裂。目前國內(nèi)對(duì)界面粘結(jié)材料的自主研發(fā)與評(píng)估屬于空白。本文研發(fā)了一種環(huán)氧粘結(jié)劑，作為鋼板的防水粘結(jié)層和新舊鋪裝接縫粘結(jié)材料。

為了評(píng)估該界面粘結(jié)劑對(duì)新舊異質(zhì)鋪裝的粘接效果，本文分別成型了環(huán)氧瀝青和冷拌樹脂混合料小梁試件，并分別對(duì)半切割后采用該界面粘結(jié)料進(jìn)行粘接，約固化3～5 h后進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)。結(jié)果如表5所示，粘結(jié)后的小梁試件彎拉強(qiáng)度達(dá)到31 MPa左右，極限破壞應(yīng)變達(dá)到3 100 με左右，接近原環(huán)氧瀝青混合料的80%，具有良好的修復(fù)效果。

表5　小梁復(fù)合件抗裂試驗(yàn)

3　施工工藝

首先做好交通封閉后，將坑槽病害內(nèi)的混凝土挖除并清理干凈；其后采用手工打磨方式對(duì)鋼板進(jìn)行除銹，并立即在鋼板表面和新舊鋪裝接縫四壁涂布環(huán)氧粘結(jié)劑，用量約為1 kg/m2；然后將稱量好的礦料和冷拌樹脂膠結(jié)料 （含A和B組分）投入小型拌和機(jī)，拌和1～2 min后，直接將冷拌樹脂混合料人工攤鋪于坑槽內(nèi)，并采用平板夯等小型工具進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)；常溫養(yǎng)護(hù)3～5 h后，混合料完成固化，可恢復(fù)交通。

目前本文研發(fā)的冷拌樹脂混凝土坑槽快速修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)多個(gè)大跨徑鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)工程中得到成功應(yīng)用，使用近4年來狀況良好，未發(fā)生二次破損，大幅延長了鋪裝使用壽命，對(duì)推遲鋪裝大中修養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)起到了明顯改善作用。

4　結(jié)語

鋼橋面鋪裝使用條件相對(duì)于一般瀝青路面惡劣，小修保養(yǎng)頻率較為頻繁，普通的瀝青類修補(bǔ)材料由于力學(xué)性能不足，修補(bǔ)后二次破損較為普遍，尤其是高溫穩(wěn)定性問題；而環(huán)氧瀝青由于需要長期養(yǎng)生，交通封閉壓力過大，并不適用于日常養(yǎng)護(hù)。

本文研發(fā)的冷拌樹脂混凝土采用冷拌冷鋪工藝，施工簡便，且具有優(yōu)良的路用性能，水穩(wěn)定性以及高、低溫性能等指標(biāo)與進(jìn)口環(huán)氧瀝青相當(dāng)，且固化時(shí)間較短，只需3～4 h，可快速恢復(fù)交通，填補(bǔ)了國內(nèi)鋼橋面高性能快速修補(bǔ)材料空白。

界面粘結(jié)一直是鋼橋面修補(bǔ)技術(shù)的難點(diǎn)，本文采用的環(huán)氧粘結(jié)劑可有效粘結(jié)新舊鋪裝，接縫位置抗裂性能優(yōu)良，具有良好的修復(fù)效果。

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Research on Performance of Quick Repair Material Modified by Resin for Steel Deck Pavement

Zhang Hui， Pan Youqiang， Yu Di' er， Zhu Lei， Wu Zhao
（National Engineering Laboratory for Advanced Road Materials， Jiangsu Transportation Institute， Nanjing 211112， China）

Early diseases in steel deck surfacing are common in China because of high temperature and heavy duty. The performances of quick repair technique based on modified resin are researched in this paper. The results show that the modified resin repairing material has good performances including good mechanical property， simple construction and good interfacial bonding behavior. The technique has applied in some deck pavements maintenance engineering and obtains good effects.

steel deck pavement； quick repair； modified resin； interfacial bonding

U443.33

A

1672-9889（2015）01-0007-02

江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：BK2011085）

張輝（1985-），男，江蘇南通人，工程師，主要從事鋼橋面鋪裝及路面研究工作。

（2014-06-09）