康卉錦，任紅梅（上海市政養(yǎng)護(hù)管理有限公司，上海201103）

鋼橋面環(huán)氧樹脂混凝土鋪裝施工控制試驗(yàn)研究

康卉錦，任紅梅
（上海市政養(yǎng)護(hù)管理有限公司，上海201103）

該文從膠粘劑雙組分配比、時間控制和壓實(shí)處理三個方面對環(huán)氧樹脂混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研究，解決鋼橋面環(huán)氧樹脂混凝土鋪裝施工過程中質(zhì)量控制問題。首先，選取不同環(huán)氧樹脂膠粘劑雙組分配比進(jìn)行混凝土劈裂試驗(yàn)，得到膠粘劑雙組分最佳配比；其次，通過單軸貫入試驗(yàn)及軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分別確定出不同溫度下環(huán)氧樹脂混合料施工時間及開放交通時間；最后，采用不同方法成型試件，得到馬歇爾擊實(shí)法為最佳壓實(shí)處理方法。

鋼橋面；環(huán)氧樹脂混凝土；施工控制；劈裂試驗(yàn)

0 引言

鋼橋面鋪裝問題一直都是行業(yè)討論的熱點(diǎn)，屬于世界性難題，目前尚無統(tǒng)一定論完全適用的鋪裝方案。從鋪裝材料和施工方法角度來分，世界上主要采用的鋼橋面鋪裝體系[1]有：（1）普通瀝青混凝土；（2）高溫拌和澆注式瀝青混凝土；（3）瀝青馬蹄脂混凝土；（4）環(huán)氧樹脂瀝青混凝土；（5）剪力鍵加水泥混凝土。其中，環(huán)氧瀝青混凝土綜合路用性能最好，但也存在施工工藝復(fù)雜，造價高昂的缺點(diǎn)。從目前國內(nèi)多座橋梁實(shí)際應(yīng)用情況來看，環(huán)氧瀝青混凝土在國內(nèi)使用效果并不理想，鋪裝層往往在通車后不久即出現(xiàn)各類病害損傷[2]，不僅嚴(yán)重影響行車安全性、舒適性，頻繁封道維修也會對過往交通造成干擾。面對現(xiàn)有鋪裝材料或多或少都存在一些缺陷和不足[3]，不少道路工作者開始探尋新的鋪裝材料。環(huán)氧樹脂混凝土作為一種新型鋼橋面鋪裝材料，具有強(qiáng)度高、韌性好、抗沖擊強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，并且與金屬和非金屬材料粘結(jié)強(qiáng)度高、電絕緣性好[4-5]，但是其配制技術(shù)十分復(fù)雜，國外很少公開其制備與應(yīng)用技術(shù)。另外，由于環(huán)氧樹脂混凝土的固化特性以及特殊的施工環(huán)境要求，目前來說，大面積鋪筑操作起來具有一定難度，進(jìn)一步阻礙了該技術(shù)在我國的應(yīng)用和推廣。本文擬從時間控制和壓實(shí)處理2個方面對環(huán)氧樹脂混凝土施工工藝進(jìn)行研究。

1 原材料

將環(huán)氧樹脂A組分、B組分分別添加到集料中，經(jīng)拌合、壓實(shí)即形成環(huán)氧樹脂混凝土。

1.1 環(huán)氧樹脂膠粘劑

按照相關(guān)試驗(yàn)方法對環(huán)氧樹脂A組分、B組分以及混合固化后的環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)測試，試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表1 環(huán)氧樹脂A、B組分技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表2 環(huán)氧樹脂膠粘劑技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

1.2 集料

試驗(yàn)用粗集料和細(xì)集料均采用玄武巖，由2#料、3#料、4#料、5#料組成，其密度參數(shù)及級配如表3、表4所示。

表3 集料密度試驗(yàn)結(jié)果

表4 礦料級配

2 膠粘劑雙組分摻配比例研究

在集料級配、膠石比不變的情況下，改變膠粘劑雙組分的摻配比例，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20-2011[6]進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。試件尺寸為Ф（101.6±0.2）×62.5mm，采用雙面各擊實(shí)25次成型，常溫養(yǎng)護(hù)3d后放入-10℃環(huán)境箱中保溫16h后取出，在25℃條件下進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，加載速率為0.5kN/s。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。從中可以看出，膠粘劑雙組分摻配比例影響了膠粘劑固化反應(yīng)形成官能團(tuán)的數(shù)量，對混合料強(qiáng)度影響較大，當(dāng)A、B組分配比為1:1時，劈裂強(qiáng)度達(dá)到最大值，因此，確定膠粘劑雙組分最佳配比為體積比1:1。

表5 不同組分摻配比例的固化后混合料劈裂試驗(yàn)結(jié)果

3 時間控制研究

3.1 施工時間

單軸貫入試驗(yàn)由同濟(jì)大學(xué)孫立軍[7]提出，其原理是通過圓形鋼壓頭以一定的加載速率在圓柱體試件上加壓，從而模擬路面的實(shí)際受力狀態(tài)（圖1）。研究選用單軸貫入試驗(yàn)，比較混合料在不同溫度、不同成型時間下的剪切強(qiáng)度，以確定環(huán)氧樹脂混凝土可拌合時間。試件為經(jīng)雙面擊實(shí)25次的馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件，試驗(yàn)所用鋼壓頭直徑為28.5mm，采用直線波加載，加載速率為1mm/min，試驗(yàn)溫度為25℃。將未添加膠粘劑的同級配碎石作為比對組，每組3個平行件，試件破壞狀態(tài)如圖2、圖3所示，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，并據(jù)此作出不同溫度下抗剪強(qiáng)度與成型時間關(guān)系曲線（圖4）。

圖1 單軸貫入試驗(yàn)

圖2 破壞后未固結(jié)試件

圖3 破壞后已基本固結(jié)試件

表6 環(huán)氧樹脂混凝土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 不同溫度下抗剪強(qiáng)度與成型時間關(guān)系曲線

由圖4可以看出，隨溫度升高，環(huán)氧樹脂混合料強(qiáng)度增長更為迅速。根據(jù)摩爾-庫倫理論τ=c+σ·tanΦ，混合料抗剪強(qiáng)度τ主要由集料間內(nèi)摩阻力Φ和膠粘劑的粘結(jié)力c兩部分組成。與同級配碎石的貫入抗剪強(qiáng)度值相比，當(dāng)環(huán)氧樹脂混合料貫入強(qiáng)度高于級配碎石貫入強(qiáng)度并且隨著時間的變化出現(xiàn)明顯增長時，可以認(rèn)為是膠粘劑固化反應(yīng)形成長鏈提供粘結(jié)力c造成的；在測定混合料抗剪強(qiáng)度時出現(xiàn)了一個下降點(diǎn)，此時，混合料由于固化反應(yīng)放熱，溫度較高，雖然膠粘劑已經(jīng)開始形成強(qiáng)度，但材料的粘彈性使得溫度較高條件下材料偏軟，測試強(qiáng)度偏低，兩者相抵溫度影響效果更加明顯，導(dǎo)致了瞬時強(qiáng)度的下降，軸心抗壓的試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一過程。由圖2、圖3可知，未固結(jié)的混合料貫入時出現(xiàn)了明顯的推擠，而已經(jīng)基本固結(jié)的試件表現(xiàn)為脆裂。為了使施工過程不過度影響膠粘劑的固化，給出混合料必須棄用的時間與溫度的關(guān)系表（表7），當(dāng)實(shí)際溫度處于區(qū)間中間值時可由插值法求得該溫度下的棄料時間。

表7 不同溫度下環(huán)氧樹脂混凝土施工時間

3.2 開放交通時間

參考《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTG E30-2005[8]進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測定環(huán)氧樹脂混凝土路面開放交通時間。試件尺寸為Ф100mm×180mm，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型，空隙率為2%。將試件置于10℃、25℃、40℃三個溫度下養(yǎng)護(hù)，在不同時間點(diǎn)下測定試件的軸心抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示，并據(jù)此作出不同溫度下抗壓強(qiáng)度與成型時間關(guān)系曲線（圖5）。

表8 環(huán)氧樹脂混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同溫度下抗壓強(qiáng)度與成型時間關(guān)系曲線

參考《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》，確定開放交通需滿足的混合料強(qiáng)度要求：2.5～5.5MPa。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，25℃養(yǎng)護(hù)溫度下，雖然4h軸心抗壓強(qiáng)度僅為24h強(qiáng)度的50%，但是已經(jīng)滿足開放交通的強(qiáng)度要求。

當(dāng)環(huán)境溫度升高時，混合料達(dá)到強(qiáng)度所需的固化時間縮短，同時由于環(huán)氧樹脂材料具有粘彈特性，其硬度和楊氏模量隨溫度的升高均出現(xiàn)降低，故表現(xiàn)為抗壓強(qiáng)度的下降，同理，低溫下強(qiáng)度有所提高；溫度下降時，混合料的固化時間延長，在10℃環(huán)境下約需12h才能達(dá)到開放交通的要求，且膠粘劑的固化反應(yīng)溫度條件需要大于4.4℃，表明若低溫時仍要進(jìn)行施工，必須采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)手段。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，給出環(huán)氧樹脂混凝土開放交通時間與溫度關(guān)系表（表9），當(dāng)實(shí)際溫度處于區(qū)間中間值時可由插值法求得該溫度下的開放交通時間。

表9 不同溫度下環(huán)氧樹脂混凝土開放交通時間

綜合看來，環(huán)氧樹脂混凝土的可施工時間、棄料時間、開放交通時間等時間參數(shù)隨溫度不同而不同，溫度越低施工控制時間越長，建議施工氣溫不低于10℃。

4 壓實(shí)處理研究

樹脂的硬化是放熱反應(yīng)的過程，樹脂混合料在固化反應(yīng)到達(dá)峰值后會開始降溫并產(chǎn)生收縮，環(huán)氧樹脂澆筑體的體積收縮約為3%～5%。為了確定固化收縮對環(huán)氧樹脂混合料的影響以及施工控制中的壓實(shí)度指標(biāo)，參考《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》以及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，采用振動法、馬歇爾擊實(shí)法、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法分別成型試件，并采用水中重法測試環(huán)氧樹脂混合料的孔隙率。其中旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的試件尺寸為Ф100mm×180mm，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)采取高度控制模式，添加不同質(zhì)量混合料成型試件。試驗(yàn)結(jié)果如表10-表12所示。

表10 不同振動時間對試件空隙率的影響

表11 不同擊實(shí)次數(shù)對試件空隙率的影響

表12 不同取料量對試件空隙率的影響

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，環(huán)氧樹脂混合料在未完全固化時具有一定的流動性，振動在一定范圍內(nèi)能使試件空隙率減小，但僅靠振動臺的振動并不能使得混合料達(dá)到足夠的密實(shí)。由擊實(shí)法測定，雙面擊實(shí)25次時試件密實(shí)效果最佳，且試件空隙率滿足橋面鋪裝使用要求。隨著旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)的增加，混合料毛體積相對密度逐漸增加，空隙率減小。為了達(dá)到較低空隙率，需要的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)較多，成型時間也隨之增加，使得試件脫模較為困難，因此旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法具有一定局限性。

5 結(jié)論

（1）膠粘劑雙組分適宜配比為體積比1:1。

（2）環(huán)氧樹脂混凝土的可施工時間、棄料時間、開放交通時間等時間參數(shù)隨溫度不同而不同，溫度越低施工控制時間越長，建議施工氣溫不低于10℃。

（3）擊實(shí)法成型試件雙面擊實(shí)25次時，試件密實(shí)效果最佳，且試件空隙率滿足橋面鋪裝使用要求。

[1]金玉杰.改性環(huán)氧樹脂混凝土（砂漿）及應(yīng)用研究[D].長春：吉林建筑工程學(xué)院，2010.

[2]宗海.環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害修復(fù)技術(shù)研究[D].南京：東南大學(xué)，2005.

[3]王亮，慕海瑞，趙國云.國內(nèi)典型鋼橋橋面鋪裝使用現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013，24（11）：101-104.

[4]李家慶.環(huán)氧樹脂混凝土在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2013.

[5]趙鋒軍，李宇峙.鋼橋面薄層環(huán)氧樹脂混凝土鋪裝材料路用性能試驗(yàn)研究[J].公路，2010，12（2）：74-78.

[6]交通運(yùn)輸部.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[7]湯文，盛曉軍，孫立軍.應(yīng)力吸收層瀝青混合料性能研究[J].建筑材料學(xué)報，2009，12（2）：173-176，180.

[8]交通部公路科學(xué)研究所.JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].交通運(yùn)輸部，2005.

責(zé)任編輯:孫蘇，李紅

施工經(jīng)驗(yàn)

馬路下方雨污合流水井井壁滲漏處理

某污水處理廠二期工程廠外管網(wǎng)土建部分，需與原管網(wǎng)連接，在向原管網(wǎng)某水井進(jìn)行頂管的過程中，發(fā)現(xiàn)該井有滲漏情況，而且因滲漏造成土體流失情況很嚴(yán)重。該井為雨污合流水井，水井深6．5m，在馬路下方。距馬路中央2．5m，馬路為6車道，寬20m，為城市主干道，需立即搶修。初步判定，該水井井壁發(fā)生滲漏，日積月累，造成該井四周土體嚴(yán)重流失，馬路下方處于懸空狀態(tài)，但由于下方有水體，水體有一定的壓強(qiáng)，致使馬路在日常使用過程中未出現(xiàn)塌陷情況。由于該路面為城市主要道路，路面已經(jīng)不能正常使用，必須立即進(jìn)行搶修。

常規(guī)做法是將水井四周路面及土方全部挖掘、運(yùn)走，然后重新進(jìn)行回填、路基處理、鋪設(shè)路面。這樣做施工量大，各種費(fèi)用高，工期較長，而且對城市交通壓力影響大。因此，工期成為我們最終追求的目標(biāo)，具體處理措施如下。

水土流失具體情況。通過觀察，水土流失呈橢球形，平面為長軸直徑4．5m，短軸直徑3．5m，球高2．5m，距路面0．6m。

處理措施初步設(shè)計為：在土體流失部位最高點(diǎn)打孔，孔徑為Φ150mm，布置5點(diǎn)，其中四周各一點(diǎn)，中間一點(diǎn)，將污水井內(nèi)雜物、浮動固體清理干凈，然后用C40微膨脹混凝土通過孔洞下料填充，混凝土含膨脹劑12%，坍落度為160～180mm，內(nèi)摻早強(qiáng)劑。首先通過四周四個孔洞下料，中間孔洞排氣體，用振搗棒振搗密實(shí)，當(dāng)中間孔洞向外冒混凝土漿時，即表明橢球體內(nèi)已被混凝土完全填實(shí)，然后通過中間孔洞振搗，確?；炷琳駬v密實(shí)。澆筑混凝土?xí)r，孔洞四周用塑料布等覆蓋，做好原路面的保護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到25MPa后即可通車，同時留置混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試件5組，混凝土澆筑6h后，每2h壓一組。

實(shí)際施工用時僅3h，混凝土凝固12h后，強(qiáng)度即滿足通車要求，這種施工方法簡便快捷，節(jié)省費(fèi)用、縮短工期，及時緩解了城市交通壓力。

（摘自：《建筑工人》）

Experimental Study on Construction Control over Epoxy Resin Concrete Pavement for Steel Bridge Decks

The epoxy resin concrete is studied from the three aspects of two-component ratio of adhesive,time control and compaction treatment,aiming to solve the problem of quality control in the construction of epoxy resin concrete pavement for steel bridge decks.Firstly,different two-component ratios of epoxy resin adhesive are selected to perform concrete splitting test,from which the optimum ratio was obtained.Secondly,the uniaxial penetration test and the axial compressive strength test are conducted to gain the construction time and the traffic opening time of the epoxy resin mixture. Finally,different methods are applied to form specimen,and Marshall Compaction method is proved to be the best compaction method.

steel bridge deck;epoxy resin concrete;construction control;splitting test

U443.33

A

1671-9107（2017）05-0034-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.034

2017-03-22

康卉錦（1988-），女，江蘇鹽城人，研究生，助理工程師，主要從事公路養(yǎng)護(hù)工作。