钢桥面铺装环氧沥青防水粘结层的应用研究

李珩

(上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 200122)

钢桥面铺装环氧沥青防水粘结层的应用研究

李珩

(上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 200122)

调研了国内几个钢桥面铺装产生的病害，分析了产生这些病害的两个主要原因是防水粘结层本身的路用性能及其施工工艺上的问题。研究了环氧沥青防水粘结材料的力学性能及施工工艺，并在上海昌吉东路大桥上得到成功应用。

钢桥面铺装;病害;环氧沥青;路用性能;施工工艺;上海市

0 引言

钢桥桥面铺装应用较为广泛，结构受力复杂，一直是世界各国研究的热点［1］。我国是从上世纪80年代才开始对钢桥面铺装有所研究，近几年也取得了较为丰硕的成果。但随着交通量及交通轴载的增加，国内外的部分钢桥桥面铺装在使用不久就发生了损坏，造成了极大的经济损失，社会反响较大，已经引起了人们的广泛关注。根据大量实地调研发现，钢桥面铺装防水粘结层的失效是钢桥面铺装损害的重要原因之一［2］。

环氧沥青是经物理和化学反应后形成的具有三维立体互穿网络的新型复合材料。环氧沥青成型前分为两个组分，A组分是环氧树脂，B组分是均匀稳定的多组分混合物。两组分在一定温度下经过反应形成性能优良的聚合物。本文选用环氧沥青作为钢桥铺装防水粘结层，并在上海昌吉东路大桥得到成功应用。

1 钢桥面铺装病害调研

1.1 同济路立交SW匝道

外环线同济路立交SW匝道，2001年3月竣工，桥梁总跨长215.57 m，钢板厚16 mm，纵坡较大，重车交通流量大。桥面铺装采用改性沥青混合料，铺装结构为:35mmLK-15+45 mmLH-25+乳化沥青粘层油+Φ10@125钢筋(长450 mm，错位布置)。该桥面铺装实施较早，桥面防水粘结层采用性能较差的乳化沥青，在使用不久就发生了病害。

2013年5月，对同济路立交进行现场调研。从现场调研情况来看，局部铺装层开裂严重，并伴有部分脱落;桥面存在部分车辙、拥包损坏(见图1、图2)。

图1 同济路立交匝道纵向裂缝实景

图2 同济路立交匝道车辙及拥包实景

1.2 中环线北翟路立交NW匝道

中环线北翟路立交2010年3月竣工，NW匝道钢箱梁桥跨长98 m。该匝道钢桥面铺装结构组成为:环氧防水粘结层+30 mm浇注式沥青混凝土(GA-10)+50 mm沥青玛蹄脂碎石(SMA-13)。该钢桥面铺装虽采用了环氧沥青，但由于冬季施工时且未采取相关措施，养护时间较短等原因运营后也产生了一些病害。

从现场调研情况来看，桥面铺装表面存在局部横向裂缝，裂缝宽度最大为5 cm;铺装层局部区域出现带状隆起和凹陷变形，并伴随着横向开裂;在钢桥面和混凝土桥面的伸缩缝处，存在脱层现象，里面有水及杂物进入(见图3、图4)。

图3 北翟路立交横向开裂、隆起实景

图4 中环线北翟路脱层实景

1.3 病害分析

经过现场调查，由于防水粘结层失效引起的病害主要有:裂缝、脱层和拥抱。

1.3.1 裂缝

横向裂缝。防水粘结层的失效首先导致了隆起和凹陷，当面层抗拉力和防水粘结层的粘结力的合力不足以抵抗行车荷载的反复作用时就会产生裂缝，裂缝会将雨水带入防水粘结层表面逐步降低其粘结力。

纵向裂缝。纵向裂缝一般出现在纵隔板、横隔板、纵向加劲肋部位的顶部。这是由于加劲肋和正交异性板衔接处的应力较大，破坏了防水粘结层，然后扩展到铺装层。

1.3.2 脱层

这是防水粘结层失效引起的最严重的破坏方式。在温度荷载和行车荷载的共同作用下，桥面板和钢桥面铺装层之间存在较大的剪应力，逐步产生较大的剪切变形。如果防水粘结层的抗剪切小于铺装层与钢板之间的剪应力，那么铺装层和钢板之间就会产生脱层。铺装层与钢板之间粘结层的破坏或脱层不仅大大降低了两者复合作用，增加了铺装层内部的应力，加速铺装面层的破坏［3］。

1.3.3 拥包

拥包是同时由于铺装层承载力不足以及防水粘结层的脱层共同引起的。当铺装层和钢板已经产生了脱层之后，铺装层强度较弱的情况下就会被车辆不断挤压，挤压后可能产生沉陷或者裂缝威胁铺装层安全。

从上述分析结果来看，防水粘结层病害的主要原因是材料粘结强度不足或施工工艺杂乱。因此，要挑选合适的钢桥面铺装防水粘结层。

2 防水粘结层研究

目前，钢桥面铺装结构防水粘结材料主要可以分为以下三类:溶剂型防水粘结材料、热熔型防水粘结材料、热固性防水粘结材料［4］。

2.1 溶剂型防水粘结材料

所谓溶剂型防水粘结材料，即常温下即可直接铺筑的粘结材料。目前常用的主要有两种:可溶性橡胶沥青和乳化沥青。可溶性橡胶沥青一般首先使用特殊溶剂溶解胶粉，完成后去除部分溶剂，最后和沥青融合。乳化沥青则是将基质沥青加热至液态，并通过机械高速剪切分散作用，使沥青以微粒态均匀分散于含有乳化剂的水溶液中，形成的一种亚稳态的乳液。可溶性橡胶沥青在日本使用较为广泛;乳化沥青粘结材料在国内早期钢桥面铺装上有所使用。这种材料在高温时容易软化，并且材料内部含有热敏性物质，遇摊铺高温时会释放出气体，从而使铺装层产生气泡，粘结强度也严重不足。江阴大桥铺筑时采用了溶剂型橡胶沥青粘结剂作为防水粘结材料，铺筑之后不久即有大量破坏［5］。

2.2 热熔型防水粘结材料

热熔型粘结材料一般是指聚合物改性沥青。这种材料一般高温易软化，粘结强度较小。热熔型防水粘结材料一般为高软化点改性沥青，加热温度稍低，防水粘结材料将会十分粘稠，难以施工;如果温度过高，防水粘结材料将会老化，直接影响防水粘结材料的粘结效果。厦门海沧大桥采用热熔型粘结材料，但防水粘结材料的粘度较大，施工困难。施工过程中，通过加热防水粘结层增加施工和易性，但防水粘结材料因施工温度过高而出现变质的情况，影响了防水粘结层的性能，粘结强度较低无法满足使用要求。

2.3 热固性防水粘结材料

热固性防水粘结材料主要指环氧沥青。环氧沥青防水粘结材料一般分为A和B两个组分。A和B组分混合后，顺酐化沥青、固化剂、功能聚合物、乳化剂等与环氧树脂反应，固化物体系很快从二维平面结构转变成为三维立体型结构并形成强度。其中，环氧树脂以层叠、互联的防水形成空间网状结构;沥青则以颗粒状态较均匀地分散在环氧树脂内部，形成不可逆的固化物［6］。

相比其他两类材料，环氧沥青防水粘结材料具有粘结强度大、热稳定性好、耐久性强等优势，在国内大型桥梁中得到了广泛应用。但这种材料施工工艺要求非常高，需严格控制。

3 昌吉东路大桥上的应用

昌吉东路大桥，为上海蕴藻浜上一座中小跨径梁式钢桥。该桥主桥部分采用两跨连续下承式钢桁架拱全焊接组合钢结构，跨径组合66 m+135 m，桥面宽33 m，总用钢量近5 000 t。该桥铺装结构为:4 cm沥青玛蹄脂碎石(SMA-13)+改性乳化沥青粘层+4 cm环氧沥青混合料(EA-10)+环氧沥青防水粘结层+环氧富锌漆。昌吉东路大桥横跨蕴藻浜河道和轨道交通11号线，是连接嘉定南部地区重要的交通通道，也是上海国际汽车城和上海城区的重要交通枢纽。

3.1 材料

该项工程选用环氧沥青为江苏句容宁武化工有限公司的生产的2 451环氧沥青防水粘结材料。参考润扬大桥钢桥面铺装环氧沥青防水粘结层试验方法［2］，对常用的防水粘结层粘结强度和抗剪强度(25℃)进行检测，试验结果详见表1所列。

表1 不同防水粘结层性能试验结果一览表

从表1可以看出，环氧沥青防水粘结材料粘结强度和抗剪强度均高于其他防水粘结材料。

3.2 施工工艺

钢桥面铺装防水粘结层的长期耐久性不仅和粘结层自身强度有关，同时需要严格的施工工艺作保证。

3.2.1 基本要求

3.2.1.1 天气状况

钢桥面铺装防水粘结层施工应在桥面板表面清洁、干燥，且空气温度高于10℃时铺筑。同时，施工人员应关注近期天气变化，根据天气预报尽量选择在持续晴天进行施工。

3.2.1.2 施工单位及施工人员

施工时，施工单位应具有防水粘结层施工经验或委派专家进行现场指导，同时也应配备桥面施工的相关设备，施工人员应经过专门培训，合格后方可持证上岗。施工人员在现场不得穿带根或胶钉的鞋，以免损坏铺装材料整体性能及表面质量。施工人员应佩戴好相关防护工具，避免施工时受伤。

3.2.2 施工前的准备

3.2.2.1 喷砂除锈

喷砂除锈是利用被压缩的空气将砂(丸)吹到钢桥面板表面，从而达到除锈的目的。在喷砂除锈后，钢桥面板表面清洁度必须达到Sa2.5级的技术标准，钢板粗糙度应达到50 μm～100 μm。同时，喷砂除锈时的工作温度应高于空气温度3℃，空气的相对湿度应小于80%。严禁在下雨或下雪天气进行除锈作业。

3.2.2.2 防腐处理

为防止钢桥面板再次被污染，喷砂除锈4h内应完成防腐处理工作。该工程钢桥面板防腐处理采用环氧富锌漆，漆膜设计厚度为60 μm～80 μm (干膜)。漆层喷涂结束后需要在常温下养护6～7 d方可进行下一步施工。

3.2.3 防水粘结材料施工

3.2.3.1 清洁已涂装过的桥面

为保证防水粘结层和钢桥面板之间的有效结合，钢桥面板必须保持清洁干燥。因此，在防水粘结层施工前应作如下清理工作:(1)用扫帚清扫桥面垃圾;(2)用水清洗桥面灰尘;(3)用吹风机吹干桥面。

3.2.3.2 非喷洒区的覆盖

由于机械喷洒难以精确控制工作范围，所以容易喷洒到的非喷洒区应事先进行覆盖。厚塑料膜可作为临时覆盖材料，喷洒完成后应对该材料进行处理。

3.2.3.3 粘结料准备和喷洒前的检查

喷洒前应派专人携带吹风机将桥面可能存在的灰尘、颗粒物吹出桥面，以保证桥面板表面清洁、干燥。在拌合场内分别将已预热的两组分环氧沥青由场内的贮油罐冲入洒布机的相应储罐内，并加热到相应规定的温度。

3.2.3.4 喷洒量控制

在机械实施喷洒的过程中，为精确控制环氧沥青喷洒量，应派专人根据洒布车上设定的单位时间的喷洒流量计算出喷洒车的行车速度，并及时监督和修正。喷洒量检测应首先在桥的两侧各做一次，记录喷洒前和喷洒后的环氧沥青量，计算汽车行驶速度的准确性。同时，在喷洒过程中也应每100 m进行一次喷洒量的检测。

3.2.3.5 喷洒

环氧沥青粘结层喷洒时应选用专用的洒布机，洒布机遗漏的区域应及时采用人工补洒。对与部分区域喷洒过量的情况，应用木铲将多余的部分铲除，并用毛刷刷平。在防水粘结层喷洒过程中，应保证喷洒均匀、连续，严格控制其用量，防水粘结层的洒布宽度不大于面层摊铺厚度80 cm以上。

3.2.3.6 养护

环氧沥青防水粘结层施工期间应严格控制交通，在铺装层铺筑之前，任何车辆和人不得进入施工区域。在施工防水粘结层后若遇雨，应及时对防水粘结层表面进行吹风干燥，以免水汽滞留在环氧沥青中影响其质量。

昌吉东路大桥于2010年4月建成通车，目前桥面铺装使用状况良好(见图5)。

图5 昌吉东路大桥钢桥面铺装现状实景

4 小结

本文通过调研国内钢桥桥面铺装病害，分析病害起因，得出防水粘结层材料强度和施工工艺是影响防水粘结层长期耐久性的关键因素。

通过对比国内常用的几种防水粘结材料的路用性能得出环氧沥青粘结强度和抗剪强度均高于其他材料，并在上海昌吉东路大桥上得到成功应用。

［1］ 朱成.日本环氧沥青混凝土在虎门大桥钢桥面铺装维修中的应用［J］.华东公路，2012，(6):35～36.

［2］ 吴胜东.润扬长江公路大桥建设(第5册钢桥面铺装)［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］ 黄海涛.钢桥面铺装层使用性能评价及养护决策研究 ［D］. 南京:东南大学，2008.

［4］ 杨威. 高粘度改性沥青桥面铺装防水粘结层研究［D］.南京:东南大学，2010.

［5］ 张磊.江阴大桥钢桥面铺装病害研究［D］. 南京:东南大学，2004.

［6］ 龚谦.环氧树脂在钢桥桥面铺装中的应用研究［D］.长沙:长沙理工大学，2006.

U445.7+1

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1009-7716(2015)04-0180-004

2015-01-13

李珩(1972-)，男，上海人，工程师，从事市政道路桥梁建设项目管理工作。