雷宗建，武艷萍

(1.湖北省高速公路實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，武漢 430051；2.湖北公路智能養(yǎng)護(hù)科技股份有限公司，武漢 430051)

截至2020年12月，我國(guó)長(zhǎng)江干流已建成各類公路長(zhǎng)江大橋超過(guò)110座，其中超過(guò)80座是近20年建成且多為鋼橋，從“十四五”規(guī)劃來(lái)看，大跨徑橋梁的建設(shè)高峰仍在持續(xù)。根據(jù)鋼橋面鋪裝10～15年的使用壽命，我國(guó)大跨徑鋼橋面鋪裝的養(yǎng)護(hù)頂峰雖未到來(lái)，但養(yǎng)護(hù)規(guī)模已經(jīng)開(kāi)始迅猛增長(zhǎng)。大跨徑橋梁通常位于交通要塞，頻繁的鋪裝層養(yǎng)護(hù)對(duì)交通影響很大，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)也很高[1]。如何安全、高效地進(jìn)行鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)，成為大跨徑橋梁運(yùn)營(yíng)管理的新課題。

1 鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)要求

我國(guó)鋼橋面鋪裝經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，形成了以雙層EA、EA+SMA、GA+SMA、UHPC等為代表的典型鋪裝結(jié)構(gòu)，很大程度上提高了鋪裝的耐久性和適應(yīng)性[2]。由于大跨徑橋梁的交通樞紐特征，養(yǎng)護(hù)施工很難中斷交通，具有交通影響大、施工時(shí)間長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高、質(zhì)量控制難的特點(diǎn)[3，4]。尤其是運(yùn)營(yíng)10年后，頻繁的養(yǎng)護(hù)維修引發(fā)交通擁堵造成了社會(huì)負(fù)面影響，這對(duì)現(xiàn)階段鋼橋面鋪裝的養(yǎng)護(hù)維修提出了更高的要求[5，6]。

1)快速開(kāi)放交通：根據(jù)具體施工條件采用固化時(shí)間短、早期強(qiáng)度高的鋪裝結(jié)構(gòu)和材料，優(yōu)化施工工藝，盡可能縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

2)使用壽命耐久：結(jié)合不同病害特征，采用合理、精細(xì)的養(yǎng)護(hù)方案，提高鋪裝層修復(fù)后的使用壽命。

3)節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本：提高鋼橋面鋪裝層的養(yǎng)護(hù)維修施工質(zhì)量，減少維修次數(shù)，降低養(yǎng)護(hù)維修周期成本。

4)施工更加便利：根據(jù)鋼橋面交通狀況、梁體結(jié)構(gòu)、原有鋪裝層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及養(yǎng)護(hù)規(guī)模等，差異化選用單層或雙層鋪裝體系，合理簡(jiǎn)化工藝。

2 早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑性能研究

選用自主研發(fā)的早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑，其由低分子量環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑、環(huán)氧增韌劑、防流掛助劑和快速固化劑組成，具有防水和防腐的作用，易于噴涂施工，早期強(qiáng)度高，柔韌性好。

2.1 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率

按照GB/T 528規(guī)定的啞鈴I型模具成型試件，在25 ℃條件下養(yǎng)生不同的時(shí)間，采用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試件的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，加載速率200 mm/min。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果

結(jié)果表明，在25 ℃條件下，隨著養(yǎng)生時(shí)間的延長(zhǎng)，斷裂強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸降低。分析認(rèn)為，粘結(jié)強(qiáng)度未完全形成時(shí)，環(huán)氧基與固化劑分子基團(tuán)的關(guān)聯(lián)作用未完全形成，外力作用下伸長(zhǎng)性更好。7 d后該粘結(jié)劑的最終強(qiáng)度可達(dá)21.91 MPa，斷裂延伸率超過(guò)25%，柔韌性良好。

2.2 與鋼板間粘結(jié)強(qiáng)度

按照0.5 kg/m2的涂布量，將環(huán)氧粘結(jié)劑均勻涂覆在已噴砂除銹的鋼板上，使用UTM試驗(yàn)機(jī)測(cè)試不同養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間的試件粘結(jié)強(qiáng)度。試驗(yàn)拉拔頭直徑為50 mm，測(cè)試溫度為25 ℃，測(cè)試了在25 ℃、60 ℃、100 ℃、120 ℃、160 ℃養(yǎng)生0.5 h和1 h的早期強(qiáng)度，在25 ℃養(yǎng)生1 d的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，結(jié)果分別如表2和表3所示。

表2 不同養(yǎng)生溫度下的早期粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

表3 25 ℃養(yǎng)生溫度下的全天強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律

1)從早期粘結(jié)強(qiáng)度-養(yǎng)生溫度關(guān)系可以看出，隨著養(yǎng)生溫度的升高，粘結(jié)強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯加快，在60 ℃條件下養(yǎng)生0.5 h時(shí)即可達(dá)0.94 MPa，養(yǎng)生1 h時(shí)達(dá)到4.79 MPa。從25 ℃養(yǎng)生條件的強(qiáng)度形成規(guī)律可以看出，在25 ℃養(yǎng)生3 h的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到2.21 MPa。

2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，鋪裝層混合料的溫度可以加速該環(huán)氧粘結(jié)劑的強(qiáng)度形成。即使采用冷拌混合料攤鋪，3 h左右也可開(kāi)放交通。使用熱拌混合料攤鋪后，通過(guò)熱傳遞能使粘結(jié)劑在100 ℃以上至少保持1 h，這種高溫條件有助于環(huán)氧反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，讓環(huán)氧粘結(jié)劑短時(shí)間內(nèi)快速固化，理論上1 h左右即可開(kāi)放交通。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

上述基于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，該環(huán)氧粘結(jié)劑能夠?qū)崿F(xiàn)快速開(kāi)放交通。為了進(jìn)一步探究其應(yīng)用效果，在武漢青山長(zhǎng)江大橋施工現(xiàn)場(chǎng)，分別選用GA和SMA進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)攤鋪試驗(yàn)，測(cè)試瀝青混合料與鋼板間的強(qiáng)度效果。

3.1 拉拔粘結(jié)強(qiáng)度驗(yàn)證

3.1.1 1 h拉拔粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試

在已處理好的鋼板表面按照0.5 kg/m2的用量均勻涂覆早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑，然后現(xiàn)場(chǎng)取樣立即進(jìn)行GA和SMA的鋪裝。試件成型后放置在25 ℃條件下自然冷卻1 h后，測(cè)試GA和SMA與鋼板間的粘結(jié)強(qiáng)度，結(jié)果如表4所示。

表4 GA和SMA混合料鋪裝后25 ℃養(yǎng)生1 h粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

GA混合料現(xiàn)場(chǎng)施工溫度在200 ℃以上，SMA混合料現(xiàn)場(chǎng)施工溫度在160 ℃以上，鋪裝后內(nèi)部溫度很高，1 h后測(cè)得拉拔粘結(jié)強(qiáng)度分別為0.86 MPa和0.73 MPa，且斷裂面位于混合料內(nèi)部，粘結(jié)層無(wú)破壞，說(shuō)明粘結(jié)強(qiáng)度超過(guò)混合料的抗拉強(qiáng)度，滿足開(kāi)放交通要求。

3.1.2 同養(yǎng)試件粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試

采用GA現(xiàn)場(chǎng)鋪裝成型粘結(jié)強(qiáng)度試件，在青山長(zhǎng)江大橋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行同條件養(yǎng)生(室外溫度為5～10 ℃)，然后測(cè)試3 d、7 d和28 d的粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，結(jié)果如表5所示。

表5 同養(yǎng)試件拉拔粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果可以看出：早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑與GA之間的3 d粘結(jié)強(qiáng)度均值為2.15 MPa，但7 d和28 d的粘結(jié)強(qiáng)度并沒(méi)有明顯增長(zhǎng)，破壞面位于粘結(jié)劑與GA之間，環(huán)氧粘結(jié)劑與鋼板粘結(jié)仍然完好，即測(cè)得的7 d和28 d粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)際為GA混凝土的抗拉強(qiáng)度?？傮w看，環(huán)氧粘結(jié)劑與鋼板間粘結(jié)牢固，層間粘結(jié)強(qiáng)度超過(guò)混合料的抗拉強(qiáng)度，能夠滿足使用要求。

3.2 直接剪切強(qiáng)度測(cè)試

將預(yù)先準(zhǔn)備好的套筒套在直徑為100 mm的圓形鋼板上，現(xiàn)場(chǎng)取樣GA混合料倒入套筒內(nèi)，如圖1所示，待其冷卻后取下套筒在青山長(zhǎng)江大橋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行同條件養(yǎng)生(室外溫度為5～10 ℃)。使用UTM-100進(jìn)行直接剪切強(qiáng)度測(cè)試如圖2所示，測(cè)試結(jié)果如表6所示。

表6 同養(yǎng)試件直接剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

可以看出：在鋼板上涂覆早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑后，直接進(jìn)行澆筑式瀝青混合料的攤鋪，養(yǎng)生3 d、7 d、28 d的直剪強(qiáng)度分別為1.35 MPa、1.56 MPa、2.07 MPa，直剪破壞面均位于GA內(nèi)部，這說(shuō)明早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑與澆筑式瀝青混合料間的實(shí)際粘結(jié)強(qiáng)度要高于測(cè)試數(shù)值。

4 結(jié) 論

a.基于快速養(yǎng)護(hù)需求研發(fā)的早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑在25 ℃條件下養(yǎng)生3 h的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)2 MPa以上，在60 ℃條件下養(yǎng)生1 h的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)4.5 MPa以上，7 d斷裂延伸率可達(dá)25%以上，具有早強(qiáng)、柔韌性好的特點(diǎn)。

b.室內(nèi)試驗(yàn)早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑的強(qiáng)度-溫度關(guān)系表明，養(yǎng)生溫度越高，強(qiáng)度形成越快。鑒于熱拌鋪裝層(SMA、GA等)鋪裝后，內(nèi)部溫度至少能在80～100 ℃保持1 h以上，早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑的理論粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)4.5～8.0 MPa，足以滿足使用要求。

c.工程實(shí)踐證明，早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑涂刷后可立即攤鋪GA或SMA，攤鋪后1 h早期粘結(jié)強(qiáng)度分別為0.86 MPa、0.73 MPa，最終粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度也都超過(guò)混合料本身，且斷裂面位于混合料內(nèi)部，這說(shuō)明通車時(shí)間主要受制于混合料冷卻時(shí)間而非粘結(jié)劑養(yǎng)生時(shí)間，養(yǎng)護(hù)后能夠快速開(kāi)放交通。