钢桥面环氧沥青混凝土铺装施工技术

钢桥面环氧沥青混凝土铺装施工技术钢桥面铺装为典型的层状复合结构，是沥青铺装层通过柔性防水黏结层与钢桥面板形成的紧密结合体。由于钢材的弹性模量、导热系数及热膨胀系数均与沥青铺装层有较大差异，因此，钢桥面铺装尤其是大跨径正交异性钢桥面的铺装技术，在国际上一直是个热点和难点。桥面铺装直接铺设在正交异性钢板上，在行车荷载、风载、温度变化等因素影响下，其受力和变形远较普通道路路面复杂，因而对其铺筑材料的强度、变形稳定性、疲劳耐久性等均有更高要求。同时由于铺装所处的位置，在使用性能上有重量轻（铺装厚度一般为5㎝左右）、高黏结性、不透水性等特殊要求。作为桥梁行车系的重要组成部分，桥面铺装的好坏直接影响到行车的安全、舒适和桥梁的耐久性。本文通过湖州市新大通桥钢箱梁桥面铺装环氧沥青混凝土的应用，从原材料质量、混合料性能、配合比设计、拌和生产、现场摊铺和碾压等施工技术作了较全面的介绍，对钢桥面环氧沥青混凝土的铺装具有一定的指导作用。1工程概况湖州市新大通桥位于市中心，横跨龙溪港，是连接龙溪港两岸，加快完善湖州城市路网建设的重要工程。大通桥主跨采用升降式钢箱梁结构，结构分段长26m、宽24m，拱断面由9个箱体整体焊接而成。由于采用升降式钢箱梁结构，因此对桥面铺装层材料提出了更高的要求，要求在使用性能上满足质量轻、高黏结性、不透水性等特性。而环氧沥青混合料赋予了沥青混凝土全新的性能，具有强度高、刚度大、韧性足的优点，因此大通桥钢箱梁桥面采用了3㎝（下层）＋2.5㎝（上层）的环氧沥青混凝土双层铺装体系。2钢桥面铺装技术要点钢桥面铺装除要满足普通沥青路面的基本要求外，还应具有与桥梁结构及正交异性钢桥面的结构特点、使用条件相适应的技术性能，具体表现在：1）足够的强度与适当的刚度，以有效抵抗车辆荷载的作用并为钢桥面分散荷载；2）良好的变形追从性，以与钢板协同工作并适应复杂的整体与局部变形；3）优异的抗疲劳与抗裂性能，以抵抗车辆荷载及温度作用所引起的高应力/应变水平的疲劳破坏与温度裂缝；4）较高的高温稳定性与层间抗滑能力，以抵抗极端高温与重载交通综合作用下过大的永久变形、滑移，推挤等破坏；5）与钢板黏结牢靠，以保证铺装层与钢桥能够共同作用；6）良好的密水性和抗水损能力，以最大限度地保护钢桥面免遭水侵蚀；7）良好的抗化学物质侵蚀能力；8）合理的厚度，以减轻桥梁恒载；9）良好的工艺特点，以利于在钢桥面上施工作业；10）优异的耐久性与易维护性，以降低对交通的干扰。综上技术要求，采用钢桥面环氧沥青铺装的原材料与混合料类型的选择，混合料与铺装结构设计及铺装实施等各个阶段都要充分考虑以上结构特点和技术性能。3环氧沥青混凝土材料及配合比设计环氧沥青混凝土由环氧树脂A（主剂）、固化剂B（硬化剂）、基质沥青（C）和集料拌和而成。集料应采用强度和韧性较高的玄武岩石料，基质沥青宜采用与集料相适宜的SBS改性沥青（该工程采用壳牌SBS改性沥青）3.1结合料组分及技术要求 结合料用直馏石油沥青或SBS改性沥青进行改性，其掺配比例根据针入度、抗拉强度与断裂延伸率等指标确定。根据国内已有工程实践，该工程基质沥青采用壳牌SBS改性沥青，其实测性能见表1、表2。表1环氧树脂固化物试验结果及技术要求项目试验结果技术要求结合料黏结层结合料黏结层质量比（A:B）56:4450:5056:4450:50抗拉强度（20℃）/MPa6.98.7≥5.0≥6.9断裂延伸率（20℃）/%≥140≥220≥100≥190表2环氧沥青/树脂试验结果及技术要求项目试验结果技术要求结合料黏结层结合料黏结层质量比（A:B:C）56:44:15050:50:056:44:15050:50:0抗拉强度（20℃）/MPa3.48.7≥2.0≥2.0断裂延伸率（20℃）/%≥220≥220≥200≥200与钢板的黏结强度（60℃）/MPa≥2.10≥1.753.2配合比设计根据环氧沥青混合料设计指标与标准，以及环氧沥青矿料级配的要求，经过多次选料和不同油石比的反复试验，通过各项马歇尔试验及计算结果，分别绘制表观密度、空隙率、稳定度、流值、饱和度与油石比的5大关系曲线。该工程最终确定的配比为：最佳油石比6.9%，矿料组成：1号玄武岩（10～15mm）占25%；2号玄武岩（0～3mm）占40%；3号玄武岩（0～3mm）占28%；4号矿粉（石灰岩）占7%。各种检验结果见表3～6。表3环氧沥青混合料矿料组合级配集料类型质量百分比通过下列筛孔尺寸（mm）的通过百分率/%13.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配上限100956550392821147下限1001008570554032234中值10097.575.060.047.034.026.518.510.5实测级配10099.574.956.748.134.124.517.911.0*0.6mm筛孔为关键筛孔。表4　马歇尔试验结果和最佳油石比确定油石比/%表观密度/(g/m3)空隙率/%饱和度/%稳定度/ kN流值(0.1mm)稳定度(固化)/kN流值（固化）(0.1mm)6.22.5423.481.412.823.553.229.16.52.5462.884.613.725.457.433.76.82.5651.790.814.027.859.236.67.12.5780.895.813.331.158.740.77.42.5790.398.511.935.357.942.9表5环氧沥青混合料马歇尔试验结果及设计要求油石比/%表观密度/（g/m3）空隙率/%饱和度/%稳定度/kN流值(0.1mm)稳定度(固化)/kN流值(固化)（0.1mm）6.92.5761.294.714.330.260.436.2设计要求：空隙率≤3.0%；稳定度≥5kN；稳定度(固化)≥40kN；流值(固化)（0.1mm）20～50表6环氧沥青混合料抗水损性能和车辙试验结果抗水损性能车辙试验项目实验结果技术要求项目实验结果平均值技术要求稳定度(固化)/kN标准62.0≥40动稳定度/(次/mm)1575015885≥800016154浸水60.215750总变形量/mm0.2370.281残留稳定度/%97.1≥850.273劈裂强度（固化）/MPa标准5.6浸水5.0油石比/%6.9 4环氧沥青混凝土铺装环氧沥青混合料的拌制和摊铺是钢桥面环氧沥青施工的关键，必须做到精心组织，精心施工。由于环氧沥青掺有固化剂及施工温度的要求，各个环节必须连贯作业，在有效的作业时间段（一般不大于2h）完成。4.1施工准备桥面应干燥、清洁，且确认当天施工期间不出现雨雾天气，方可进行黏结料的喷涂。凡与铺装层接触的部位都属喷洒区，当天的喷洒要与次日铺装层的施工相对应，且喷洒区边缘要比铺装区边缘多出2～3㎝。黏结料的洒布量为0.5L/㎡，在黏结层终凝完成后，应在48h内进行铺装作业，防止黏结层粘上异物，影响与环氧沥青铺装层的黏结质量。4.2混合料的拌制为保证沥青混合料的拌和质量，使用拌和楼生产，拌和机采用加热烘干矿料除尘，每盘拌和1.5～2.0t混合料。各热料仓矿料累计称量，矿粉、加温环氧沥青分别称量进入搅拌机，周期性进行拌和、出料。矿料温度控制在180℃～190℃之间，沥青加热温度设定在170℃，环氧树脂加热温度设定在60℃。环氧沥青混凝土的出料温度控制在160℃～170℃之间，最好控制在165℃，以保证混合料的压实温度，确保碾压质量。4.3摊铺与碾压混合料使用摊铺机摊铺，以桥面原铺装层顶面为摊铺基准。施工前摊铺机、压路机及其他设备都在桥面范围以外，施工过程不允许停机加油。熨平板的预热温度控制在160℃，加热温度应均匀一致，为防止局部过热，采取断续加热方式。摊铺过程中应设专人负责翻动螺旋布料器两端和中间部分的“死料”，每天摊铺完毕，必须将摊铺机各处粘着的环氧沥青擦拭干净。为保证面层的平整、密实，上层环氧沥青混凝土摊铺宜采用挂线法施工。混合料碾压使用2台双钢轮压路机、2台轮胎式压路机，组合式碾压。要求环氧沥青混凝土的最小压实度不低于97%。初压用轮胎压路机碾压2遍，复压先用钢轮压路机碾压2遍，后用轮胎式压路机碾压2～4遍，终压用钢轮压路机碾压2～4遍。第1遍碾压的控制速度，以不产生横向裂纹和推移为原则。为防止粘轮，可用植物油擦拭碾轮，同一位置的碾压应控制在12min内，防止环氧沥青混合料硬化后产生过压损伤。4.4接缝处理铺装层纵、横施工缝，均采用45°的斜接缝。切缝后立即用适当的工具将铺装的多余部分撬走，并用钢丝刷刷除不稳定的颗粒，用较宽的鬃毛刷扫除灰尘，必要时用湿拖把擦拭，最后用鼓风机将所有颗粒及灰尘吹出桥面以外，保持作业面的干燥、洁净、无杂物。5后期处理与养护混合料铺装完成后一天内，派专人对铺装表面进行检查，检查铺装表面有无因水汽产生的鼓包或因混合料混入异物而产生的表面隆起病害。对于此类病害，应将隆起部位的混合料挖除，重新采用冷拌高强度环氧混合料将空缺处填补，以防止行车荷载作用下导致坑洞进一步恶化。环氧沥青混凝土的养护一般采取自然养护方式，如环境温度很低时，为不影响交通，可采用手推式移动红外灯或其他加热设备加热铺装层，直到达到设计固化状态为止。施工过程中必须在混合料拌制的同时取样成型马歇尔试件，在同条件下养护，不定期检测其马歇尔稳定度，达到固化强度的50%（一般稳定度30kN左右），即可开放交通。6结语 大通桥桥面环氧沥青混凝土的铺装和混合料质量检测表明，环氧沥青混合料的矿料级配和施工过程的碾压温度以及混合料的固化时间掌控是保证环氧沥青施工质量的关键，精心组织、精心施工是保障。通过4天的精心作业，桥面的铺装质量达到了满意的结果：桥面密实、平整、不渗水，同条件马歇尔试件浸水稳定度达到60kN。在保证铺装层有足够柔性的同时，满足了钢桥面铺装强度高、刚度大、韧性足、质量轻、高黏结、不透水的要求，达到了预期的效果。