呂堯堯，習磊

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 510620；2.重慶交通大學，重慶 400074）

港珠澳大橋環(huán)氧樹脂下封層施工工藝研究

呂堯堯1，習磊2

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 510620；2.重慶交通大學，重慶 400074）

針對港珠澳大橋組合梁橋面鋪裝澆注式瀝青砼下層時增設(shè)環(huán)氧樹脂下封層的情況，為防止環(huán)氧樹脂施工對后期鋪裝層性能產(chǎn)生影響，從環(huán)氧樹脂攪拌方式、涂布方式、撒布碎石時間、固化情況判斷等方面對其施工工藝進行對比分析，提出了最優(yōu)環(huán)氧樹脂下封層施工工藝。

橋梁；環(huán)氧樹脂下封層；攪拌；涂布；粘結(jié)強度

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，東接香港特別行政區(qū)，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區(qū)，是具有國家戰(zhàn)略意義的世界級跨海通道。在試驗段開展期間，在組合梁橋面鋪筑澆注式瀝青砼時出現(xiàn)大量橋面板水汽蒸發(fā)破壞澆注式砼的情況，為此提出增設(shè)環(huán)氧樹脂下封層作為防水層的方案。但在實際施工過程中，環(huán)氧樹脂施工質(zhì)量對后期鋪裝層性能會產(chǎn)生重要影響。該文從攪拌方式、涂布方式、撒布碎石時間及固化情況等方面對環(huán)氧樹脂施工工藝進行研究，優(yōu)化環(huán)氧樹脂施工工藝，為類似工程施工提供參考。

1 環(huán)氧樹脂混合后攪拌方式與時間

環(huán)氧樹脂攪拌均勻后方可施工。采用電動雙螺旋攪拌器，以直徑為60 cm不銹鋼圓桶作為攪拌容器。攪拌方法分2種：1）攪拌器沿不銹鋼桶由中心向外進行單一的圓周攪拌（見圖1）；2）攪拌器沿不銹鋼桶由中心向外進行圓周攪拌的同時上下運動（見圖2）。

圖1　攪拌方法一

圖2　攪拌方法二

由于溫度對環(huán)氧樹脂有較大影響，設(shè)置15、25、35℃3種溫度進行攪拌試驗。在3種溫度下采用攪拌方法一和攪拌方法二在不同攪拌時間下進行6組環(huán)氧樹脂混合情況比較，每組試驗包含6次平行試驗，結(jié)果見表1。其中混合不均勻是指固化劑與主劑未混合均勻（見圖3）。

表1　不同攪拌方法與時間情況下環(huán)氧樹脂的混合情況

圖3　攪拌不均勻情況

從表1可以看出：在同等時間條件下，采用攪拌方法二時環(huán)氧樹脂的混合情況優(yōu)于方法一。3min時，在3種溫度下采用方法二的試驗組全部混合均勻。該工程采用低粘度環(huán)氧樹脂，試驗中溫度變化對環(huán)氧樹脂粘度沒有太大影響。但由于環(huán)氧樹脂固化對溫度較為敏感，不建議在高溫下攪拌，應(yīng)控制在35℃以下，且拌和量與施工速度相匹配，以避免環(huán)氧樹脂在拌和或施工過程中發(fā)生固化反應(yīng)。

2 環(huán)氧樹脂涂布方式

采用人工滾筒涂布和人工膠耙刮涂涂布兩種方式進行比較研究。選取兩塊面積為3 m×10 m的試驗塊，均由同一組工人在同等條件下用同一產(chǎn)品涂布，待環(huán)氧樹脂完全固化后進行粘結(jié)強度試驗和封閉層自身界面微型氣孔情況比較，結(jié)果見表2。然后進行澆注式瀝青砼攤鋪，攤鋪后對澆注式瀝青砼進行開挖，觀察反面氣泡情況，結(jié)果見圖4、圖5。

表2　不同涂布方式粘結(jié)強度與氣泡數(shù)量對比

圖4　滾筒涂布后氣泡情況

圖5　膠耙涂布后氣泡情況

試驗結(jié)果表明：不同環(huán)氧樹脂涂布方式對環(huán)氧樹脂與水泥面板粘結(jié)強度的影響較小，但對氣孔的封閉情況影響較大，膠耙刮涂施工后澆注式瀝青砼下部產(chǎn)生的氣泡明顯多于滾筒滾涂后的氣泡。究其原因，攪拌中環(huán)氧樹脂中會混入少量空氣而產(chǎn)生部分氣泡，采用橡膠耙刮涂可將環(huán)氧樹脂均勻覆蓋在水泥砼板面，但無法擠出環(huán)氧樹脂內(nèi)部的氣泡，在固化過程中氣泡破裂，環(huán)氧樹脂涂布層出現(xiàn)貫穿環(huán)氧樹脂下封層的氣孔等缺陷，也無法使環(huán)氧樹脂充分滲入砼板的孔洞中，導致環(huán)氧樹脂下封層質(zhì)量缺陷；而使用滾涂施工時，滾筒的滾動可將環(huán)氧樹脂內(nèi)部的氣泡擠壓排除，并將砼面板中的孔洞充分填充。因此，建議采取滾筒施工。

3 環(huán)氧樹脂下封層漏涂處理

在實際施工中，由于環(huán)氧樹脂本身的材料特性，加上外界環(huán)境因素影響及施工原因，環(huán)氧樹脂涂抹會出現(xiàn)一定的不均勻性，導致環(huán)氧樹脂并未充分涂抹在砼板上而造成施工缺陷，影響橋面防水粘結(jié)層的性能。因此，補漏處理也是環(huán)氧樹脂施工中的重要一環(huán)。

為研究施工中環(huán)氧樹脂本身材料因素及外界環(huán)境光線對環(huán)氧樹脂下封層漏涂的影響，采用兩種環(huán)氧樹脂，在4塊等面積砼試驗區(qū)人工涂布環(huán)氧樹脂（見圖6）。其中一號和二號區(qū)域使用甲型環(huán)氧樹脂（其顏色較深，能較好地與水泥砼板區(qū)分），三號和四號區(qū)域使用乙型環(huán)氧樹脂（其顏色較淺，與水泥砼板顏色相近）；一號和三號區(qū)域在中午視線良好時施工，二號和四號區(qū)域在傍晚視線下降時施工。施工效果見表3。

圖6　人工涂布分布（單位：m）

表3　環(huán)氧樹脂涂布漏涂數(shù)量

從表3來看，由于視線條件的影響，四號區(qū)域漏涂現(xiàn)象明顯高于其他區(qū)域。選用顏色較深的環(huán)氧樹脂和視線良好的施工條件可明顯改善施工質(zhì)量。

4環(huán)氧樹脂固化狀態(tài)分析

使環(huán)氧樹脂達到固化狀態(tài)的途徑有延長固化時間和提高反應(yīng)溫度兩種。為探索后續(xù)撒布碎石的最佳時間及進行下一步施工的時間點（達到多少強度值方可進行下一步施工），選取甲型環(huán)氧樹脂進行試驗，分析其固化時間與溫度的關(guān)系，結(jié)果見表4。

表4　環(huán)氧樹脂固化時間與溫度的關(guān)系

4.1碎石撒布最好狀態(tài)

為了增加環(huán)氧樹脂下封層與粘結(jié)層之間的粘結(jié)強度、剪切強度，在環(huán)氧樹脂上撒布粒徑為0.6～2.36mm、用量500 g/m2的碎石增加層與層之間的接觸面積，進而增強各項強度。

通過室內(nèi)試驗對不同碎石鑲嵌狀態(tài)時環(huán)氧樹脂與溶劑型粘結(jié)劑的粘結(jié)強度、與澆注式瀝青砼的剪切強度進行分析比較。成型4組試件，采用10 cm ×10 cm小塊鋼板進行打砂拋丸，然后涂布環(huán)氧樹脂700 g/m2，在環(huán)氧樹脂不同固化狀態(tài)時撒布碎石形成3種不同鑲嵌狀態(tài)（分別為碎石完全沉入、1/3鑲嵌、1/2鑲嵌），完全固化后涂布雙層溶劑型粘結(jié)劑（200+200）g/m2。取1組進行粘結(jié)強度試驗，剩余3組上層套入內(nèi)徑為10 cm×10 cm方形試模，進行澆注式瀝青砼（鋪裝厚度為3 cm）剪切試驗，結(jié)果見表5。

表5　碎石不同鑲嵌狀態(tài)下粘結(jié)強度與剪切強度值

從表5可看出：當環(huán)氧樹脂表面碎石層碎石嵌入環(huán)氧樹脂下封層達到整個碎石體積的1/2時，防水層和粘結(jié)層層間結(jié)構(gòu)能形成良好的剪切和粘結(jié)強度，能保證橋面鋪裝層的整體性和質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4.2碎石撒布時間

在15、25、45℃溫度條件下，室外涂布甲型環(huán)氧樹脂，分別在30、60、90、110min時撒布碎石，對碎石鑲嵌狀態(tài)進行對比，確定碎石撒布時間。25℃下的撒布情況見圖7。

圖7　25℃不同時間碎石撒布情況

根據(jù)試驗結(jié)果，15℃下環(huán)氧樹脂指干時間為160min，130min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態(tài)；25℃下環(huán)氧樹脂指干時間為130min，110min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態(tài)；45℃下環(huán)氧樹脂指干時間為45min，25min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態(tài)。不同溫度條件下環(huán)氧樹脂固化速度不同，在環(huán)氧樹脂指干時間前20～30min撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態(tài)（半鑲嵌）。

4.3粘結(jié)強度測試

室溫下測試，甲型環(huán)氧樹脂完全固化時間為12 h。由于施工環(huán)境惡劣，室外溫度很難達到恒定狀態(tài)，在不同溫度情況下環(huán)氧樹脂的固化情況又有所不同，而海洋上環(huán)境溫度在不斷變化，環(huán)氧樹脂固化時間有很大差異。因此，不同施工時間下涂布的環(huán)氧樹脂其固化時間不能一概而論。

以粘結(jié)強度來反映環(huán)氧樹脂的固化狀態(tài)是否達到理想狀態(tài)。進行兩組環(huán)氧樹脂涂布，一組在白天氣溫高時涂布，另一組在晚上溫度下降后涂布，均在

涂布12 h后進行粘結(jié)強度測試，結(jié)果見表6。白天、晚上兩種固化狀態(tài)下的拉拔斷裂面情況分別見圖8和圖9。

表6　不同溫度固化后粘結(jié)強度

圖8　白天涂布拉拔斷面

圖9　晚上涂布拉拔斷面

從圖8、圖9可看出：白天涂布時，環(huán)氧樹脂完全固化，形成良好的粘結(jié)結(jié)構(gòu)層，斷裂后可形成理想的斷裂面；晚上涂布，由于時間與溫度原因?qū)е颅h(huán)氧樹脂未完全固化，拉頭無法與環(huán)氧樹脂形成良好的粘結(jié)力，從而無法將環(huán)氧樹脂與水泥面板拉開。

由表6可知：環(huán)氧樹脂完全固化時平均強度為7.3 MPa，未完全固化時平均強度為3.7 MPa，下降約49%。現(xiàn)場測得最佳粘結(jié)強度為7.88 MPa。如圖10所示，粘結(jié)強度達到最佳粘結(jié)強度的75%時斷裂面已形成良好的粘結(jié)。根據(jù)表6，斷裂面破壞情況有20%的面積出現(xiàn)在環(huán)氧樹脂與水泥砼面板時已經(jīng)有相當穩(wěn)定的粘結(jié)強度。因此，建議當斷裂測得粘結(jié)強度達到最佳粘結(jié)強度的75%或斷裂面破壞情況有20%的面積出現(xiàn)在環(huán)氧樹脂與水泥砼面板時進行下一步施工。

圖10　最佳強度值的75%斷裂面

5 環(huán)氧樹脂施工工藝流程

環(huán)氧樹脂下封層施工工藝流程見圖11。

圖11　環(huán)氧樹脂施工工藝流程

6 結(jié)語

該文針對港珠澳大橋橋面鋪裝結(jié)構(gòu)增設(shè)環(huán)氧樹脂下封層，施工過程中出現(xiàn)環(huán)氧樹脂施工導致鋪裝結(jié)構(gòu)后期性能不佳的問題，提出改進環(huán)氧樹脂施工方式和工藝，從攪拌方式和涂布方式選擇、不同固化狀態(tài)所能進行的下一步工序等方面進行分析，提出了施工控制措施與施工工藝，對控制環(huán)氧樹脂施工質(zhì)量起到了重要作用。

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