基于冷拌改性树脂的钢桥面铺装快速修补材料性能研究

张　辉，潘友强，于迪尔，朱　雷，吴　钊

基于冷拌改性树脂的钢桥面铺装快速修补材料性能研究

张辉，潘友强，于迪尔，朱雷，吴钊

（江苏省交通科学研究院股份有限公司新型道路材料国家工程实验室，江苏南京 211112）

由于高温、超载等极端气候和荷载条件，国内钢桥面铺装运营过程中早期破损普遍。文章对冷拌树脂混凝土修补材料的各项性能进行试验研究，结果表明冷拌树脂混凝土快速修复技术，具有路用性能优良、施工简便、固化时间短以及良好的界面粘结等特点，工程应用效果良好。

钢桥面铺装；快速修复；改性树脂；界面粘结

1　概况

随着国内桥梁的大规模建设，国内钢桥面铺装的建设也在突飞猛进，通过10多年的高速发展，形成了环氧沥青、复合浇注式以及ERS等［1］主流的高性能钢桥面铺装技术。其中环氧沥青使用性能优良，占比最高，但工艺相对苛刻，施工质量控制严格［2］。由于国内使用条件相对恶劣，如重载、高温和多雨等极端荷载和气候条件［3］，尤其是超载情况较为严重［3-4］，国内钢桥面铺装使用寿命相对较短，往往使用几年就开始出现裂缝病害，并逐渐发展至坑槽［3-5］。坑槽病害若得不到及时和有效的处治，将引起铺装出现大面积的病害，进而导致昂贵的大中修。

国内对钢桥面铺装病害修复技术的研究刚刚起步，其难度不亚于新建钢桥面铺装研究［6］，与传统热塑性沥青材料不同，环氧沥青铺装属于热固性材料，且需要长期的养生，因此修复技术尤为困难。目前国内对钢桥面裂缝修复技术的研究与应用逐渐取得了一些成果［7-8］，但关于坑槽快速修复技术的研究还很有限，通常采用传统的沥青类材料进行简单的回填处治，包括普通热沥青混合料、乳化沥青混合料或者浇注式沥青混合料［9］，由于力学性能不足，尤其是在高温重载作用下，很快会发生推移等高温病害，使用寿命很短。

本文针对钢桥面铺装坑槽病害，基于冷拌树脂研发了混凝土修补材料，并介绍了关键施工技术，该技术施工简便，材料性能优良、使用寿命长，固化时间短、可快速恢复交通。

2　材料性能

2.1体积指标

自2001年南京二桥首次引入环氧沥青钢桥面铺装技术以来，国内环氧沥青混合料的级配选择基本上是近似的。为了保持与原铺装匹配，坑槽修补用的冷拌树脂混合料采用与环氧沥青基本一致的级配，见表1，采用的集料为江苏镇江茅迪桥面料，填料为石灰岩矿粉。

表1　冷拌树脂混合料合成级配及范围

冷拌树脂混合料采用马歇尔试验方法进行设计，常温拌和，双面击实75次后成型马歇尔试件，并进行体积指标试验。一般环氧沥青混合料油石比为6.5%左右，为了提高施工和易性和可压实性，最终选定的最佳油石比为7.5%。马歇尔体积指标见表2，空隙率在2%左右，能保证钢桥面防水要求，且强度较高，马歇尔稳定度达到100 kN以上，高于一般的环氧沥青混合料，是常规改性沥青混合料强度的10倍以上。

表2　冷拌树脂混合料体积指标

2.2水稳定性

冷拌树脂混合料极其密实，空隙率较低，基本不透水，且树脂胶结料与集料粘附强度极高，因此水对混合料性能的影响不大。表3为冷拌树脂混合料的水稳定性试验结果，其条件与非条件马歇尔稳定度都在100 kN以上，条件与非条件劈裂强度都大于9.9 MPa，可见其残留稳定度和TSR冻融劈裂比均未出现下降，具有优良的水稳定性。

表3　冷拌树脂混合料水稳定性试验结果

2.3抗裂性能

树脂属于高分子材料，强度较高，其变形能力则相对偏低，尤其是常温固化型的。本文通过采用增柔和增韧剂改性后，使其变形能力得到明显改善。表4为冷拌树脂混合料常温与低温弯曲试验结果，结果表明：常温状态下，冷拌树脂混合料与环氧沥青的极限破坏应变相近，弯拉强度高出环氧沥青30%；而在低温（-10℃）状态下，冷拌树脂混合料极限破坏应变下降幅度较大，达到2 700μ ε左右，但与传统改性沥青SMA相当。可以看出本文研发的冷拌树脂混合料不但具有较高的强度，还具有一定的变形能力。

表4　冷拌树脂混合料低温性能试验结果及技术要求

2.4高温性能

高温性能一直是传统热塑性沥青类材料的弱点，钢桥面铺装高温持续时间相对一般沥青路面更长，且重载、超载现象更为普遍，传统的沥青热补料或者乳化沥青冷补料，通常由于高温性能不足，在夏季很快发生推移病害。

冷拌树脂和环氧沥青混合料都属于热固性材料，强度高，且对温度不敏感，高温状态下不会出现流动现象，具有优良的高温稳定性。冷拌树脂和环氧沥青的60 ℃动稳定度均达到20 000次/mm以上，是传统改性SMA的4倍以上。

2.5界面粘结性能

铺装界面粘结材料一直钢桥面铺装养护工程研究的热点与难点。以往采用冷补料进行坑槽修补并通车后，新旧铺装接缝在荷载反复作用下，较易发生二次开裂。目前国内对界面粘结材料的自主研发与评估属于空白。本文研发了一种环氧粘结剂，作为钢板的防水粘结层和新旧铺装接缝粘结材料。

为了评估该界面粘结剂对新旧异质铺装的粘接效果，本文分别成型了环氧沥青和冷拌树脂混合料小梁试件，并分别对半切割后采用该界面粘结料进行粘接，约固化3～5 h后进行低温弯曲试验。结果如表5所示，粘结后的小梁试件弯拉强度达到31 MPa左右，极限破坏应变达到3 100 με左右，接近原环氧沥青混合料的80%，具有良好的修复效果。

表5　小梁复合件抗裂试验

3　施工工艺

首先做好交通封闭后，将坑槽病害内的混凝土挖除并清理干净；其后采用手工打磨方式对钢板进行除锈，并立即在钢板表面和新旧铺装接缝四壁涂布环氧粘结剂，用量约为1 kg/m2；然后将称量好的矿料和冷拌树脂胶结料 （含A和B组分）投入小型拌和机，拌和1～2 min后，直接将冷拌树脂混合料人工摊铺于坑槽内，并采用平板夯等小型工具进行振动压实；常温养护3～5 h后，混合料完成固化，可恢复交通。

目前本文研发的冷拌树脂混凝土坑槽快速修复技术在国内多个大跨径钢桥面铺装养护工程中得到成功应用，使用近4年来状况良好，未发生二次破损，大幅延长了铺装使用寿命，对推迟铺装大中修养护时机起到了明显改善作用。

4　结语

钢桥面铺装使用条件相对于一般沥青路面恶劣，小修保养频率较为频繁，普通的沥青类修补材料由于力学性能不足，修补后二次破损较为普遍，尤其是高温稳定性问题；而环氧沥青由于需要长期养生，交通封闭压力过大，并不适用于日常养护。

本文研发的冷拌树脂混凝土采用冷拌冷铺工艺，施工简便，且具有优良的路用性能，水稳定性以及高、低温性能等指标与进口环氧沥青相当，且固化时间较短，只需3～4 h，可快速恢复交通，填补了国内钢桥面高性能快速修补材料空白。

界面粘结一直是钢桥面修补技术的难点，本文采用的环氧粘结剂可有效粘结新旧铺装，接缝位置抗裂性能优良，具有良好的修复效果。

［1］Youqiang Pan，Zhixiang Zhang，Rongji Cao. Research on ERS Steel Deck Pavement Techniques［J］. Journal of Testing and Evaluation. 2012，40（7）：1260-1264.

［2］DB32T 2284—2012 双组分环氧沥青钢桥面铺装施工技术规范［S］.

［3］朱文白，张辉，潘友强.大跨径钢桥面环氧沥青铺装典型病害研究［J］.现代交通技术，2013，10（5）：23-25.

［4］李丹，余健，章登精.南京地区环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害分析及养护措施［J］.森林工程，2012，28（5）：86-91.

［5］韩超，李浩天，贾渝.基于现代化检测的环氧沥青钢桥面铺装病害研究［J］. 公路工程，2011，36（1）：50-54.

［6］黄卫，钱振东，张磊.钢桥面铺装局部修复方案试验研究［J］.土木工程学报，2006，39（8）：87-90.

［7］张辉，潘友强，张健.大跨径环氧沥青钢桥面铺装裂缝修复材料性能试验研究［J］. 公路，2013（12）：36-39.

［8］钱振东，何长江.钢桥面裂缝快速修复材料性能试验研究［J］.东南大学学报：自然科学版2008，38（2）：255-259.

［9］胡涛，胡德勇，李璐.浇注式沥青混凝土在钢桥面铺装维修中的应用［J］. 桥隧工程，2012（1）：66-69.

Research on Performance of Quick Repair Material Modified by Resin for Steel Deck Pavement

Zhang Hui， Pan Youqiang， Yu Di' er， Zhu Lei， Wu Zhao
（National Engineering Laboratory for Advanced Road Materials， Jiangsu Transportation Institute， Nanjing 211112， China）

Early diseases in steel deck surfacing are common in China because of high temperature and heavy duty. The performances of quick repair technique based on modified resin are researched in this paper. The results show that the modified resin repairing material has good performances including good mechanical property， simple construction and good interfacial bonding behavior. The technique has applied in some deck pavements maintenance engineering and obtains good effects.

steel deck pavement； quick repair； modified resin； interfacial bonding

U443.33

A

1672-9889（2015）01-0007-02

江苏省自然科学基金项目（项目编号：BK2011085）

张辉（1985-），男，江苏南通人，工程师，主要从事钢桥面铺装及路面研究工作。

（2014-06-09）