儲昭勝，周則程，安 健，關 鍵，黃紹龍

(1.湖北交投智能檢測股份有限公司,武漢 430051；2.湖北省交通運輸廳隨岳高速公路管理處第三養(yǎng)護管理站，荊州 433332；3.湖北大學材料科學與工程學院，武漢 430062)

隨著國內交通規(guī)模不斷擴大，建設的大跨徑橋梁數(shù)量也逐漸增多，因鋼橋面自身受力情況復雜，在重載、環(huán)境因素作用下易發(fā)生裂縫車轍等病害，從而嚴重影響其壽命及功能性，所以鋼橋面鋪裝養(yǎng)護技術變得愈發(fā)重要[1]。鋼橋面鋪裝結構主要有SMA、澆筑式瀝青混凝土和環(huán)氧瀝青混凝土。其中SMA是較常見的混合料，其熱穩(wěn)定性優(yōu)良，耐磨抗滑，但粘結性能較差，易出現(xiàn)推移擁包[2]。澆筑式混凝土，油石比高，在高溫下能自重流平，無需碾壓，其防水、抗變形、抗疲勞性能優(yōu)異，唯一缺陷是高溫穩(wěn)定性不足，工程常采用高粘SMA+澆筑式雙層結構來提高動穩(wěn)定度[3]。環(huán)氧瀝青混凝土的防水、抗變形、高溫穩(wěn)定性綜合性能佳，但抗裂性能一般，造價偏高。其可分為美國代表的溫拌環(huán)氧瀝青混凝土(WEA)和日本為代表的熱拌環(huán)氧瀝青混凝土(HEA)[4]。目前還比較熱門的是針對小跨徑薄鋼板橋面養(yǎng)護，可在鋼板上鋪筑一層超高性能混凝土(UHPC)進行補強加固，可避免瀝青鋪裝層與鋼板間的推移[5]。

1 工程概況

1.1 荊岳大橋簡介

荊岳長江大橋(K529+595～K535+014)長5.42 km，為雙塔鋼箱梁斜拉橋，位于湖北、湖南兩省的長江交界處。因韌性好、強度高、高低溫性能優(yōu)異、施工溫度低、環(huán)保節(jié)能、建設時期鋪裝體系選用溫拌環(huán)氧瀝青混凝土，于2010年12月9日通車。

1.2 病害概述及原因分析

荊岳長江大橋部分鋼橋面出現(xiàn)連片坑槽、裂縫病害如圖1所示。其主要原因有以下3點：

1)該橋通車后超重載現(xiàn)象日益嚴重，在溫度載荷及風載的多重作用下，正交異性鋼橋發(fā)生復雜變形，鋪裝層表面產生反復的局部應力集中和彎曲變形是導致其出現(xiàn)開裂的重要原因。

2)荊岳大橋橋面建設時鋪裝結構層為溫拌環(huán)氧瀝青混凝土，粘接層亦為美國溫拌環(huán)氧，其固化養(yǎng)生溫度為110～120 ℃，固化時間 30～40 d，鋪筑時僅與面層混合料粘結一起，與鋼橋面固化條件達不到要求，反應不完全，導致層間粘結力不足，無法形成獨立的防水粘結層狀體系，路表水分容易深入鋼板表面引發(fā)層間脫空、鋪裝層鼓包等問題。

3)目前環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面裂縫、坑槽病害維修難度較大，常規(guī)的瀝青類灌縫、修補材料與環(huán)氧瀝青混凝土的粘結性較差，修補后在重載車輛作用下，在較短時間內容易再次發(fā)生開裂，同時導致裂縫周邊環(huán)氧瀝青混凝土的崩解與剝落，雨水下滲、鋼板銹蝕后產生更嚴重的連片坑槽病害。

1.3 養(yǎng)護設計

1.3.1 養(yǎng)護材料要求

針對荊岳大橋已出現(xiàn)的病害，選擇一種合適的養(yǎng)護鋪裝材料，其應具有以下幾種特點：

1)應具備良好的疲勞抗開裂性能以承受反復復雜變形；

2)應具備優(yōu)良高溫穩(wěn)定性能,以滿足高達70 ℃的高溫使用條件要求；

3)很好的致密性和完善的防排水體系，以保證鋼板不被侵蝕；

4)良好的層間結合,保證鋪裝與橋面板的協(xié)同作用；

5)對鋼板變形良好的追從性,以適應鋼板變形；

6)良好的平整度與抗滑性能。

由材料本身性能及工程經驗，環(huán)氧瀝青混凝土符合養(yǎng)護材料的要求。

1.3.2 環(huán)氧瀝青的選擇

從不同方面分析熱拌環(huán)氧與溫拌環(huán)氧瀝青的差異，如表1所示。

從表1可知，熱拌環(huán)氧瀝青首先在材料方面對水不敏感，并且在高溫攤鋪過程中水分能夠蒸發(fā)完全，而溫拌環(huán)氧固化劑為酸酐類，對水非常敏感，并且攤鋪溫度在115 ℃左右，水分不能完全蒸發(fā)，因空隙率很低，如有水分積留則容易產生鼓包，故要求溫拌環(huán)氧瀝青骨料必須嚴格干燥。從拌和及施工設備上，熱拌環(huán)氧要求低于溫拌環(huán)氧，并且施工可操作時間長，封閉范圍小，養(yǎng)生時間短，早期強度高能夠達到盡早開放交通需求。

表1 熱拌環(huán)氧瀝青與溫拌環(huán)氧瀝青的對比分析表

對于養(yǎng)護而言，在材料性能滿足的情況下，盡可能施工便捷、對交通影響小、能夠迅速開放交通。綜合分析兩種環(huán)氧瀝青，宜選擇熱拌環(huán)氧瀝青混凝土作為本次養(yǎng)護材料。

2 目標配合比設計

2.1 原材料

1)環(huán)氧結合料、粘層油：日本株式會社近代化成公司，環(huán)氧結合料KD-BEP，主劑與固化劑按照56∶44混合；粘層油按照A∶B=1∶1混合。

2)富鋅漆：老人牌，主劑∶固化劑=12∶3混合。

3)70#基質瀝青：中海瀝青廠提供。

4)集料，礦粉：京山某石材廠。

2.2 礦料組成設計

利用粗細集料及礦粉設計EA-10環(huán)氧瀝青混凝土目標配合比，其礦料配比、合成級配如表2、圖2所示。

表2 EA-10環(huán)氧瀝青混凝土礦料配比

2.3 油石比確定

按環(huán)氧瀝青混合料設計文件對油石比5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%進行馬歇爾試驗，根據(jù)環(huán)氧瀝青混合料配合比設計要求及相關工程經驗，最終確定最佳油石比為6.4%。

2.4 目標配合比驗證

根據(jù)設計的級配及最佳油石比6.4%，進行混合料試驗，其試驗結果詳見表3。

表3 目標配合比下的馬歇爾試件性能

由以上試驗結果可知，所設計的EA-10環(huán)氧瀝青混合料高溫性能好，車轍次數(shù)可達到14 000以上，抗水損能力強，殘留穩(wěn)定度達到99.2%，各項性能符合設計要求。

3 施工工藝

3.1 前期準備

按要求對荊岳大橋維修路段進行破除，噴砂除銹后進行環(huán)氧富鋅防銹層施工，隨后涂布粘層油，待其硬化后準備環(huán)氧瀝青混合料攤鋪。

3.2 混合料拌和

在拌合站進行環(huán)氧瀝青混合料拌和，其操作流程如圖3所示，與傳統(tǒng)熱拌瀝青不同在于膠結料，其將環(huán)氧主劑與固化劑按照56∶44混合后與基質瀝青再按照1∶1同時投入進行拌和出料。注意出料溫度應在170～185 ℃之間，取部分料在拌合站實驗室成型馬歇爾試件，如圖4所示。

3.3 混合料運輸

因日本環(huán)氧為熱拌環(huán)氧，攤鋪溫度在165 ℃以上，為了防止裝料車里的混合料的溫度降低，蓋一層帆布來提高保溫效果，并且注意混合料不要有局部露在外面?；旌狭显诎韬偷耐瑫r進行固化反應，所以混合料運輸要控制在1 h以內，運輸車進入攤鋪現(xiàn)場前，人工使用吹風機和拖把對輪胎進行清潔，避免污染物進入作業(yè)面[6]。

3.4 混合料攤鋪及碾壓

環(huán)氧瀝青混合料攤鋪操作時間應控制在2 h之內，事先預熱攤鋪機，等混合料運到現(xiàn)場后及時攤鋪，混合料溫度低于160 ℃以下或者惡劣天氣情況下應停止攤鋪。由于混合料攤鋪的厚度較薄，空氣和橋板很快吸收混合料的熱量，造成混合料溫度下降較快，所以攤鋪后盡快進行初碾壓。同樣，二次碾壓和終壓也要及時進行。碾壓應緊跟攤鋪機，碾壓過程按初壓、復壓、終壓三個階段進行。碾壓時壓路機驅動輪面向攤鋪機，由低到高，依次連續(xù)均勻碾壓，相鄰碾壓帶重疊 1/3 輪寬，碾壓過程中壓路機不得在鋪裝層上轉向、調頭，壓路機起動、停止必須減速緩行，不準緊急剎車制動[7]。為了達到邊部壓實目的，提出加護邊坡措施。

3.5 橋面接縫處理及養(yǎng)生

環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝上、下層橫縫施工縫均采用90°直接縫。鋪裝層下層切縫深度控制在1.5 cm 左右，以防止破壞橋面涂刷層，上層切縫深度控制在2.0 cm左右，防止切穿下面結構層。切縫后，將鋪裝多余的部分撬走清除干凈，并涂刷粘結層。環(huán)氧瀝青混合料是隨樹脂的固化反應而強度增加。當固化反應不足的鋪裝初期，為了防止重載車對鋪面的破壞，要進行封閉交通來對路面進行養(yǎng)生[8]。

4 評估檢測

攤鋪完成后，對拌合站取料成型的試件進行穩(wěn)定度檢測，并對荊岳大橋鋼橋面鋪裝養(yǎng)護段從平整度、抗滑性能、抗?jié)B性能三方面考察熱拌環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝效果。

4.1 未固化試件穩(wěn)定度

馬歇爾試件測試其未完全固化不同時間下的穩(wěn)定度，為早期開放交通時間提供參考。其結果如表4所示。

表4 未固化前不同養(yǎng)護時間下熱拌環(huán)氧瀝青混凝土的穩(wěn)定度

從表4可知，熱拌環(huán)氧瀝青混凝土擊實后3 h強度為7.16 kN,1 d強度可以達到20.9 kN，已初步達到通車要求，3 d就已經完全固化(≥40 kN)。熱拌環(huán)氧瀝青混凝土碾壓后能夠快速固化，可迅速達到開放交通，減少封閉交通帶來的影響，這也是維修設計時選擇熱拌環(huán)氧瀝青作為養(yǎng)護材料的重要原因之一。

4.2 平整度、抗滑及抗?jié)B性能

平整度是瀝青路面重要指標，影響車輛的行駛舒適性，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)，采用3 m直尺法對養(yǎng)護路段平整度進行檢測；瀝青路面的抗滑性能對道路行車安全性有較大影響，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40—2004)，采用擺式摩擦系數(shù)測定儀對養(yǎng)護段路面構造深度、抗滑擺值進行檢測；路面的防水性能優(yōu)異可有效減少出現(xiàn)坑槽等水損害，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40—2004)，對養(yǎng)護段滲水系數(shù)進行檢測。綜合檢測結果如表5所示。

表5 熱拌環(huán)氧瀝青混凝土養(yǎng)護路段檢測結果

由表5可以看出，環(huán)氧瀝青養(yǎng)護路段平整度檢測值均在0.8 mm左右，同時路面構造深度均大于0.6 mm、抗滑擺值檢測平均值為47，滿足高速公路、一級公路的要求，具有良好的抗滑性能。滲水系數(shù)檢測平均值遠遠小于規(guī)范要求值，具有良好的抗?jié)B能力。

5 結 論

a.荊岳長江大橋通車9年來，由于自身正交異性鋼橋面受力不均勻、防水粘結層存在缺陷、重載交通及環(huán)境因素多重作用，已出現(xiàn)連片裂縫、坑槽病害，從材料特點及施工工藝對比分析，較溫拌環(huán)氧瀝青而言，熱拌環(huán)氧瀝青混凝土適宜作為該橋面鋪裝養(yǎng)護材料。

b.EA-10熱拌環(huán)氧瀝青混合料最佳油石比為6.4%，其高溫性能優(yōu)異，車轍次數(shù)可達到14 000以上，抗水損能力強，殘留穩(wěn)定度達到99.2%。

c.熱拌環(huán)氧混凝土施工工藝主要包括前期準備、混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓、接縫處理及養(yǎng)生。

d.熱拌環(huán)氧混凝土養(yǎng)生時間短，早期強度高，3 d即可開放交通。從路面平整度、抗滑擺值和滲水系數(shù)對養(yǎng)護段進行檢測，結果表明，養(yǎng)護段路面平整度好、抗滑、防水抗?jié)B能力強，熱拌環(huán)氧瀝青混凝土在荊岳大橋的工程應用為鋼箱梁橋面的養(yǎng)護提供了較好的指導作用。