ERG树脂碎石薄层罩面的应用性能

章荣福

（镇江市交通工程质量监督站，江苏 镇江 212002）

0 引言

预防性养护是指路面状况良好的情况下，对现有道路系统采取的有计划的、基于费用-效益的养护策略，能够延长原路面的使用寿命，推迟昂贵的大修和重建活动，达到保证路面使用性能和降低路面全寿命周期成本的目的。目前国内大跨径钢桥面环氧沥青铺装还缺乏比较有效的预防性养护技术，且在其使用过程中，早期大多采用日常灌缝的措施进行保养，当铺装破损比例较高时，则进行矫正性养护甚至直接铣刨重铺。由于环氧沥青混凝土属于热固性材料，其材料特性、病害类型与一般沥青路面有本质区别。传统的沥青铺面预防性养护技术措施不适用于大跨径钢桥面环氧沥青铺装。

针对以上问题，本文采用室内试验和对比分析方法，根据大跨径钢桥面环氧沥青铺装对薄层罩面预防性养护的技术要求，探索研究ERG树脂碎石薄层罩面在钢桥面环氧沥青铺装预防性养护中的应用，为钢桥面环氧沥青铺装预防性养护技术的研究与实践提供参考依据。

1 ERG树脂碎石薄层罩面结构

ERG树脂碎石薄层罩面主要由高渗透性环氧树脂碎石薄层罩面和高耐候性环氧树脂碎石薄层罩面组成。ERG树脂碎石薄层罩面的总厚度为4mm左右，不会大幅提高钢桥结构的恒载；下层渗透性ERG可以对铺装的空隙、裂纹、裂缝进行封闭修复，恢复铺装强度，提高铺装使用性能并延长铺装的使用寿命；而上层耐候性ERG具有封层防水、抗老化作用，并可提高环氧沥青铺装的抗滑性能，从而提高行车安全性和舒适性。ERG树脂碎石薄层罩面结构如图1所示。

图1 ERG预防性养护结构示意图

2 ERG树脂碎石薄层罩面的性能

ERG树脂碎石材料薄层罩面的关键材料分别是渗透性和耐候性的环氧树脂胶结料。为了深入研究在大跨径钢桥环氧沥青铺面预防性养护中ERG树脂碎石材料薄层罩面的材料性能，本文主要采用几种常用材料进行了对比试验，包括：E型环氧树脂（E），J型聚氨酯（J）；R型树脂沥青（R）；Star Seal雾封层（SS）；G型溶剂型沥青，S型溶剂型沥青。

2.1 黏结性能

（1）薄层罩面与环氧沥青铺装的常温黏结性能

ERG树脂碎石薄层罩面应与环氧沥青铺装有较高的黏结强度，以保证运营使用过程中不易出现起皮、剥离等病害。为了评估ERG树脂碎石薄层罩面与环氧沥青铺装的黏结性能，分别选取渗透性环氧树脂（D）、E型环氧树脂、J型聚氨酯、R型树脂沥青、G型溶剂型沥青、S型溶剂型沥青、Star Seal雾封层与环氧沥青混凝土进行平行常温拉拔试验，试验结果见图2。

图2 不同品种预防性养护材料与环氧沥青混凝土的常温拉拔强度试验结果

由图2可以看出，渗透性环氧树脂与环氧沥青混凝土的拉拔强度最高，约为14MPa；E型环氧树脂、J型聚氨酯和R型树脂沥青与环氧沥青混凝土的拉拔强度分别约为8MPa、10MPa和5MPa；而G型溶剂沥青和S型溶剂沥青与环氧沥青混凝土的拉拔强度约为1.5MPa，SS型雾封层与环氧沥青混凝土的拉拔强度约为2.7MPa。

（2）薄层罩面与环氧沥青铺装的高温黏结性能

温度对薄层罩面与铺装表面的黏结性能有很大的影响。考虑到钢桥面铺装在夏季高温状态下，铺装表面的温度可以达到约70℃，本文采用渗透性环氧树脂、E型环氧树脂、J型聚氨酯与环氧沥青混凝土分别在常温23℃和高温70℃进行平行拉拔试验，测量拉拔强度并观察其断裂面位置，试验结果见表1。

表1 不同温度下养护材料对环氧沥青混凝土的拉拔强度

由表1可以看出，在常温情况下，渗透性环氧树脂的拉拔强度最高，J型聚氨酯次之，E型环氧树脂最小；在70℃高温情况下，E型环氧树脂的拉拔强度最大，渗透性环氧树脂次之，J型聚氨酯最小，但三者的差值很小。随着温度的升高，几种材料与混凝土的拉拔强度迅速降低；在常温试验中，断裂面出现在养护材料与环氧沥青混凝土的界面，而在70℃高温试验中，环氧沥青混合料自身的抗拉拔强度大大降低，导致断裂面出现在混合料自身内部。

（3）薄层罩面与钢板的黏结性能

由于环氧沥青铺装局部位置的裂缝可能发展至钢桥面板，故要求下层渗透性树脂材料与钢板黏结良好，起到封闭和愈合裂缝的作用。本文采用渗透型环氧树脂和E型环氧树脂、J型聚氨酯、R型树脂沥青、G型溶剂沥青和S型溶剂沥青分别与钢板在23℃常温下进行拉拔试验，试验结果见图3。

图3 不同品种预防性养护材料与钢板的常温拉拔强度

由图3可以看出，渗透型环氧树脂（D）、E型环氧树脂与钢板的拉拔强度均大于20MPa，J型聚氨酯与钢板的拉拔强度为8MPa左右，R型树脂沥青仅为2.5MPa左右，渗透型环氧树脂（D）、E型环氧树脂与钢板的拉拔强度远远高于其他几种养护材料。

2.2 变形协调性

ERG树脂碎石薄层罩面应具有较高的变形能力，以保证与钢桥面铺装变形的一致性。参照规范《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T 528—2009），对下层渗透性树脂和上层耐候性树脂进行了常温23℃下的断裂拉伸试验，结果见表2。

表2 ERG用环氧树脂的常温断裂拉伸试验结果

由表2可以看出，渗透性树脂和耐候性树脂在常温23℃下的拉伸强度分别达到42.20MPa和16.84MPa，断裂延伸率分别达到15%和28%。都具有较高的抗裂强度和一定的变形能力。

在低温状态下，树脂类材料模量增大，变形减小，会影响其与钢桥面铺装的变形协调性。本文参照标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），采用弯曲试验对ERG环氧树脂材料在低温状态（-10℃）下的变形协调性进行了测试，试验结果见表3。

表3 ERG用环氧树脂的低温弯曲试验结果

由表3可知，耐候性树脂与渗透性树脂在低温状态下，随同钢片骤然弯曲180°后没有出现开裂现象，显示其具有较高的低温抗裂能力。

2.3 施工和易性

由于大跨径桥梁交通压力较大，封闭交通的时间不宜过长，ERG薄层罩面的施工养生满足养护时间短、快速开放交通的要求；且应有相对较长的施工可操作时间，避免胶料混合后过早反应；同时要求ERG用环氧树脂应具有较低的初始黏度，以便于施工刮涂。鉴于以上要求，应对ERG薄层罩面的施工和易性进行试验评估。本文依据《环氧树脂凝胶时间测定方法》（GB/T 12007.7—1989）和《环氧树脂粘度测定方法》（GB/T 12007.4—1989），检测ERG薄层罩面耐候性树脂和渗透性树脂的固化时间、可操作时间及黏度指标，评估ERG薄层罩面的施工和易性，试验结果见表4。

表4 ERG用环氧树脂的工艺性能

耐候性树脂和渗透性树脂均具有较低的黏度，分别为1.5Pa·s和0.6Pa·s；且具有较长的可操作时间，分别为50min左右和150min左右；两者固化时间较短，耐候性树脂常温4h就可以固化，渗透性树脂常温24h即可完成固化，总体上ERG薄层罩面的施工养生时间需2d左右，可以满足大跨径钢桥快速开放交通的要求。

2.4 抗滑性能

环氧沥青混凝土属于悬浮密实型混合料，铺装表面的构造深度较低，抗滑性能较差。为了保证行车安全性，要求ERG薄层罩面具有较大的构造深度。本文依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的沥青混合料表面构造深度试验（T 0731—2000），分别测定环氧沥青铺装与ERG薄层罩面的构造深度，试验结果见表5。

表5 环氧沥青铺装与ERG树脂碎石罩面的构造深度

由表5可以看出，ERG树脂碎石薄层罩面的构造深度达到1mm左右。除此以外，ERG薄层罩面表面裸露的、均匀排列的碎石，在荷载作用下形成了多个排列有致的应力集中点，在雨雪天气情况下，铺装表面不易积雪积冰，有一定的破冰功能，对雨雪天气下的行车安全具有一定程度的保障作用，可以大幅提高环氧沥青铺装的抗滑性能，提高行车安全性和舒适性。

2.5 耐磨性能

大跨径桥梁的交通组成复杂，重车比例较高，ERG薄层罩面应具有较高的耐磨性能。由于目前没有关于树脂碎石封层或者罩面的耐磨性试验规范，本文参照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中的稀浆混合料湿轮磨耗试验（T 0752—2011），评定ERG薄层罩面的耐磨性能，试验结果见图4。

图4 树脂碎石罩面的耐磨性试验

由图4可以看出，ERG薄层罩面没有发生磨损，而湿轮磨耗试验机的胶轮在试验中磨损较严重。可见，ERG所用环氧树脂和玄武岩碎石的强度较高，其耐磨性远远高于一般的乳化沥青稀浆封层，可以满足大跨径桥梁的特殊交通条件对桥面铺装耐磨性能的要求。

2.6 疲劳性能

钢桥面铺装的最大拉应变出现在铺装表面，而ERG薄层罩面铺筑于铺装表面，故应满足在重复荷载作用下的耐疲劳性能要求。对此，本文对ERG薄层罩面的带钢板组合件进行了疲劳试验研究，试验荷载为9kN，试验温度控制在15～20℃，试验结果见表6。

表6 ERG薄层罩面组合件的疲劳试验结果

由表6可知，ERG树脂碎石薄层罩面组合件在9kN荷载、16℃温度条件下的疲劳次数能达到600万次以上，可以满足大跨径钢桥面环氧沥青铺装的使用要求。

2.7 综合性能

综合以上试验研究结果可得，ERG树脂碎石薄层罩面的综合性能如下：

（1）渗透性树脂与耐候性树脂均具有较短的固化时间，其中渗透性树脂常温24h便可以固化，耐候性树脂常温4h便可以固化，总体施工养生时间只需2d，交通封闭时间短，可以快速开放交通；

（2）耐候性树脂与渗透性树脂均具有一定的强度和变形性能，拉伸强度达到10MPa以上，断裂延伸率达到10%以上，不但树脂自身具有较高的抗裂性，还保证了其协同钢桥面铺装的变形能力；

（3）渗透性树脂与环氧沥青铺装具有较高的黏结性能，在荷载作用下不易起皮、脱层；

（4）带钢板组合件试验显示，ERG树脂碎石薄层罩面具有较高的疲劳耐久性。

综上所述，ERG树脂碎石薄层罩面能够满足大跨径钢桥面环氧沥青铺装预防性养护的基本技术要求。

3 结论

通过室内试验和对比分析方法，研究了ERG树脂碎石薄层罩面的黏结性、变形协调性、施工和易性、抗滑性、耐磨耗性等方面的性能，研究结果表明其固化时间较短，具有较高的强度和变形能力，与环氧沥青铺装间的黏结性能较好，且具有较高的疲劳耐久性等，能够满足大跨径钢桥面环氧沥青铺装预防性养护的技术要求。

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