黎超塵， 曾國東， 黃紅明

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站有限公司， 廣東 佛山 528041)

近年來,隨著中國交通建設的快速發(fā)展，大跨徑鋼橋面鋪裝結構與鋪裝材料得到深入系統(tǒng)的研究，包括鋼橋面鋪裝結構受力分析、鋪裝材料與防水黏結材料研發(fā)、鋪裝結構與方案設計、鋼橋面鋪裝施工質量控制等。目前中國新建鋼橋面鋪裝基本形成了“四種鋪裝材料，三類鋪裝結構”的格局，主要有澆筑式類、SMA類、環(huán)氧瀝青類及中國新興的樹脂瀝青組合體系(ERS)，鋪裝結構主要有同質單層、同質雙層和異質雙層三類，鋼橋面鋪裝方案的選擇主要根據(jù)其橋面板結構、交通荷載、所處氣候環(huán)境、工程特點、工程造價、施工條件及工期要求等因素綜合確定。該文主要研究分析環(huán)氧樹脂防水抗滑層在齊龍大橋鋼橋面鋪裝中的應用，開展防水黏結層及抗滑層的性能試驗研究，總結分析其橋面鋪裝的方案選擇、鋪裝工程施工質量控制與通車后的使用效果。

1 奇龍大橋鋼橋面鋪裝方案研究選擇

1.1 奇龍大橋交通荷載及氣候特點

奇龍大橋是佛山市魁奇路東延線二期工程K2+570～K2+965段，橋梁全長395 m，跨越東平水道，采用獨塔空間雙索面混合梁斜拉橋，橋寬40.5 m，頂板為正交異性鋼橋面板，橋面板厚度16 mm，鋼箱梁主要參數(shù)如表1所示。

表1 鋼箱梁主要參數(shù) mm

佛山市魁奇路東延線二期工程大致呈東西走向，西起湖景路，途經鄱陽村、奇槎村，向東跨越東平水道，與佛山一環(huán)東線相交后落地，終止于西龍村附近，主路為雙向八車道，采用一級公路標準兼顧城市道路功能。由佛山一環(huán)東線及魁奇路已有交通量和中遠期交通量預測情況總體分析可知，奇龍大橋段屬于中等交通條件，由于主路市區(qū)白天限貨等因素，白天以小轎車通行為主，晚上存在較大比例重載車輛通行。

奇龍大橋所處地區(qū)夏季炎熱、高溫持續(xù)時間長，每年5-10月份的月平均氣溫為25～30 ℃，月平均最高氣溫為32～38 ℃；年降雨量1 681.2 mm，年平均雨日146.5 d，雨季集中在4-9月份，期間降雨量約占全年總降雨量的80%，所處地區(qū)的大氣pH值為4.37，酸雨下降幾率83%，其自然地理氣候條件見表2。

1.2 奇龍大橋鋼橋面鋪裝方案確定

通過對奇龍大橋鋼橋面板結構、交通荷載及所處地理氣候特點等綜合分析，其鋼橋面鋪裝方案應考慮的主要工程特點為：鋼橋面板相對較厚；中等交通條件，夜間存在重載交通；高溫多雨。同時綜合考慮奇龍大橋工程特點、施工條件、工程造價等因素，根據(jù)表3結果，最終確定采用雙層SMA的鋪裝方案，橋面鋪裝設計總厚度70 mm，鋪裝結構組成為：40 mmSMA-13+黏層+30 mmSMA-10+黏層+防水抗滑層+防水黏結層，其橋面鋪裝結構形式如圖1所示。

表2 自然地理氣候條件

表3 推薦鋪裝方案類型比選

圖1 鋼橋面鋪裝結構方案

2 環(huán)氧黏結劑的施工控制試驗研究

2.1 環(huán)氧黏結劑-鋼板界面拉伸剪切強度試驗研究

鋼橋面鋪裝防水黏結層的主要作用：① 對鋼橋面板起到防水保護作用，防止鋼橋面板生銹；② 黏結鋼板與鋪裝層，同時承受較大的荷載剪應力。為了研究環(huán)氧樹脂黏結層在不同環(huán)境溫度、不同養(yǎng)護時間條件下拉剪強度變化規(guī)律，將黏結好的環(huán)氧樹脂拉剪試件在30、40、50 ℃溫度條件下養(yǎng)護不同時間后進行拉伸剪切試驗，試驗結果見表4。

由表4可知：在同一養(yǎng)生溫度條件下，環(huán)氧黏結劑的拉剪強度隨著養(yǎng)護時間的增加而增長，其完全固化后的拉剪強度接近6 MPa；在同一養(yǎng)護時間條件下，其拉剪強度隨著養(yǎng)生溫度的增加而增長，當養(yǎng)生溫度為30 ℃時，養(yǎng)護48 h后其拉剪強度達到3.78 MPa，達到最終強度的64.8%，當養(yǎng)生溫度大于40 ℃時，養(yǎng)護24 h其強度達到2.42 MPa以上，拉剪強度即達到最終強度的41.5%以上。環(huán)氧黏結劑-鋼板界面拉伸剪切強度試驗研究結果表明：在環(huán)氧黏結劑未完全固化前，其拉剪強度隨著養(yǎng)生時間的增加逐漸增長，待其達到完全固化強度后趨于穩(wěn)定，且養(yǎng)生溫度是其拉剪強度增長的關鍵影響因素。

2.2 環(huán)氧黏結劑-鋼板界面黏結強度試驗研究

為了進一步分析環(huán)氧黏結劑與鋼板之間的黏結效果，確定黏結層與鋼橋面板的黏結強度，對其進行拉拔試驗，試驗溫度為25、60 ℃，拉拔速率10 mm/min，圓形拉頭底面直徑D=25 mm，按式(1)計算黏結強度：

(1)

式中：σ為黏結強度(MPa)；F為對拉頭施加的最大拉力(kN)；D為圓形拉頭底面半徑(mm)。

計算得到25、60 ℃時環(huán)氧黏結劑-鋼板界面黏結強度分別為9.56、8.75 MPa，說明環(huán)氧黏結劑具有較高的黏結強度；環(huán)氧黏結劑從25 ℃升高到60 ℃溫度條件下時，其黏結強度僅衰減8.5%，說明環(huán)氧黏結劑溫度敏感性較低。

2.3 環(huán)氧黏結劑拉伸試驗研究

為了進一步分析環(huán)氧黏結劑的抗拉強度與拉伸剪切強度的關系，對其展開拉伸強度試驗研究。將攪拌均勻的混合樹脂制作成啞鈴狀試件，待養(yǎng)生完成后采用專門的材料試驗機進行試驗，拉伸速率為500 mm/min，試驗溫度23 ℃，拉伸強度按式(2)計算，試驗結果見表5。

表5 環(huán)氧黏結劑的拉伸試驗結果

(2)

式中：σt為拉伸強度(MPa)；p為試件斷裂時的最大荷載(N)；b為試件寬度(mm)；d為試件厚度(mm)。

由表5可知：環(huán)氧黏結劑的拉伸強度為16.7 MPa，其拉伸強度是拉剪強度的2.87倍，說明環(huán)氧黏結劑具有較高的拉伸強度。

2.4 鋪裝層-鋼板界面黏結強度試驗研究

為了進一步分析鋪裝層與鋼板的黏結效果，首先將打磨好的鋼板涂布防水黏結層，涂布厚度為0.4 mm，待防水黏結層達到強度要求后，涂布防水抗滑層的同時撒布4.75～9.5 mm單一粒徑碎石，待防水抗滑層達到強度要求后，灑布0.6 kg/m2的改性乳化瀝青黏層，第二天將SMA-10混合料倒入已放入鋼板的試模中碾壓成型，待養(yǎng)生完成后取出試件并在鋼板正上方進行鉆芯，到達鋼板厚即停止。對鋪裝層-鋼板界面組合試件進行拉拔試驗時，試驗溫度為25 ℃和60 ℃，拉拔速率為10 mm/min，圓形拉頭底面直徑D=95 mm，得到25、60 ℃時鋪裝層-鋼板界面黏結強度分別為0.63、0.10 MPa，其破壞界面基本上都是界面混合料破壞；組合試件從25 ℃升高到60 ℃時其黏結強度衰減84.1%，說明鋪裝層與鋼板界面黏結強度對溫度敏感性較高。

3 奇龍大橋鋼橋面鋪裝施工質量控制

3.1 配合比設計

奇龍大橋鋼橋面鋪裝層由SMA-13鋪裝上層和SMA-10鋪裝下層組成，混合料所用瀝青采用SBS高黏改性瀝青，所用集料采用閃長巖碎石。SMA-13及SMA-10混合料礦料合成級配見表6，根據(jù)配合比設計確定的SMA-13、SMA-10混合料最佳油石比分別為6.1%、6.3%。

3.2 防水黏結層與抗滑層施工質量控制

奇龍大橋鋼橋面鋪裝在9月中旬進行環(huán)氧黏結層的施工，對其典型氣候條件進行了24 h的氣溫、箱體橋面板溫度檢測，施工期間全天氣溫為28～36 ℃，箱體頂板溫度為29～54 ℃。確定拋丸除銹后的鋼板表面在45 min內進行0.3～0.5 mm防水黏結層施工，最長施工時間控制在1 h以內，該項目采用梯隊施工基本小于30 min。完成防水黏結層施工2 d后，檢測其黏結層的強度，結果如表7所示，其強度滿足要求后，進行防水抗滑層撒布施工。

表6 橋面鋪裝層礦料合成級配(目標級配)

表7 環(huán)氧黏結劑的強度試驗結果

注：合格率100%。

防水抗滑層的施工首先是涂布一層0.7～0.9 mm環(huán)氧黏結層，在涂布的同時撒布一層4.75～9.5 mm單粒徑碎石。環(huán)氧類黏結料的各組分按照比例配制后，在攪拌器內攪拌均勻，從加第一組分材料開始至攪拌均勻可以出料的時間宜根據(jù)氣溫控制在5～15 min之間，凈攪拌時間不得低于3 min以保證各組分攪拌均勻，從加入固化劑組分開始至攪拌均勻可以出料的時間不得高于25 min以保證在材料初始固化前有足夠的時間進行碎石撒布工作，其制備總時間及凈攪拌時間隨氣溫的變化規(guī)律見表8。

表8 不同氣溫條件下環(huán)氧黏結料拌和參考時間

3.3 鋼橋面鋪裝全幅施工質量控制

奇龍大橋鋼橋面鋪裝采用全幅攤鋪施工工藝，解決了鋼橋面鋪裝瀝青混合料施工冷接縫等薄弱環(huán)節(jié)問題，較好地銜接了瀝青混合料的出料、運輸、攤鋪及碾壓全過程施工工藝，確保了SMA混合料的攤鋪溫度和壓實質量。鋼橋面全幅施工有利于保證SMA混合料的攤鋪速度與供料速度的平衡，減少了攤鋪機的停頓次數(shù)，同時有利于減少SMA混合料的離析現(xiàn)象。奇龍大橋鋼橋面鋪裝施工過程中基本沒出現(xiàn)推移及離析問題，較好地完成了SMA混合料鋪裝的全幅施工。

4 奇龍大橋通車后的鋪裝性能表現(xiàn)

調查跟蹤了奇龍大橋鋼橋面SMA鋪裝通車1年后的使用性能情況，在中等交通及高溫、雨季、低溫的循環(huán)作用下，其鋼橋面鋪裝路面使用性能表現(xiàn)良好，表面構造較佳，通車后的檢測情況如表9所示，長期性能還有待于進一步跟蹤觀測。

表9 通車1年后橋面鋪裝性能表現(xiàn)

5 結論

(1) 根據(jù)奇龍大橋鋼橋面板結構、交通荷載等級、氣候特點、工程造價、施工條件及工期要求等因素綜合研究其鋼橋面鋪裝結構方案，最終比選確定采用雙層SMA的鋪裝方案。

(2) 試驗評價了環(huán)氧樹脂黏結層的養(yǎng)生強度增長規(guī)律，在環(huán)氧黏結劑未完全固化前，其拉剪強度隨著養(yǎng)生時間的增加逐漸增長，待其達到完全固化強度后趨于穩(wěn)定，且養(yǎng)生溫度是其拉剪強度增長的關鍵影響因素；環(huán)氧黏結劑-鋼板界面黏結強度較高，對溫度敏感性較低。

(3) 針對防水抗滑層在齊龍大橋鋼橋面鋪裝應用之際，提出了防水黏結層及抗滑層的施工控制要求；鋼橋面全幅施工有利于減少SMA混合料的離析現(xiàn)象，較好地銜接了瀝青混合料的出料、運輸、攤鋪及碾壓全過程施工工藝。

(4) 調查跟蹤了奇龍大橋鋼橋面SMA鋪裝通車1年后的使用情況，其橋面鋪裝整體路用性能表現(xiàn)良好，長期性能有待于進一步跟蹤觀測。