环氧沥青技术在市政钢桥面项目上的应用

袁华容

环氧沥青技术在市政钢桥面项目上的应用

袁华容

（广东交通职业技术学院，广东广州510650）

通过对环氧沥青在市政工程钢桥面铺装工程中的应用研究，对环氧沥青路面材料的配比、试验指标的优化控制，对搅拌生产设备的相容性和摊铺施工过程进行了监控，形成一套指导工程实践的技术和方法。

环氧沥青；环氧沥青施工工艺；钢桥；拌和；摊铺；碾压

1 研究目的和意义

钢桥具有自重较轻、架设方便且跨越能力大等显著优势，在桥梁工程建设中应用很广泛。我国目前建成钢桥代表的有杭州湾跨海大桥、武汉长江三桥、广东虎门大桥等。随着桥梁建设技术的发展，这种桥型将具有更加广阔的应用前景。

桥面铺装是钢桥行车体系中的重要组成部分，它对桥梁使用的耐久性、行车舒适度、经济和社会效益都有着重要的作用。但是钢桥面铺装体系在使用年限内发生破坏的情况也时有发生。对于大跨径钢桥桥面铺装来说，材料与结构的研究是重点和关键。钢桥桥面铺装的破坏会影响通行，需要投入大量的人力物力进行维修。所以对于钢桥面铺装材料和工艺研究成为一项重要课题。

大跨径钢桥面可发生的变形相对较大，要求铺装材料具有良好的柔韧性，沥青基材料可以满足这个要求。但是沥青基材料会随着温度的升高而粘度下降并开始逐渐软化，从而影响钢板的粘结性能。在夏季，钢桥面的表面温度高，此时沥青基材料开始出现软化，与骨料之间的粘结性能也开始下降，易出在与钢桥面板之间的界面层产出滑移，也易出现车辙病害。环氧沥青混凝土能较好地解决温度敏感性高的缺点，且由于加入了环氧树脂，使混凝土的疲劳性能大幅提高，从而延长了钢桥面铺装的使用寿命。

环氧沥青技术是将环氧树脂和沥青同时投入到沥青混凝土拌和楼里，并和集料通过加热拌和制成的混合料，并实施摊铺压实等过程一系列的技术。环氧沥青混合料同时具备沥青的柔软性和环氧树脂的强韧性，它具有较高的耐流动性、抗车辙性能及耐久性能，对钢桥面铺装来说是极好的铺装混合料。环氧沥青技术在高速公路钢桥面上已经有了较广泛的使用，但在市政工程的钢桥面铺装的使用并不广泛。一般来说，公路工程沥青混凝土施工都必须在路线范围附近新建沥青混凝土拌和厂，新建的沥青混凝土拌和厂可以选择在施工现场附近，这个是有条件实现的，拌和好的沥青混合料不存在长距离运输的问题；而市政工程项目的特点就是工程多数情况都在城市范围内，新建拌和厂因为规划和用地等原因，一般较为困难。而原来建设的沥青混合料拌和厂位置一般固定，不随着工程地点的变化去迁移拌和厂。而从材料方面考虑，环氧沥青混凝土的性能受到其成型时温度、时间等因素变化的影响非常大，施工条件苛刻，施工中对其质量控制很难，而且材料费用昂贵，且从铺装应用过的桥面效果来看有成功的案例也有失败的案例。所以，在市政工程钢桥上摊铺环氧沥青过程中，通过对环氧沥青固化时间延长研究及精确控制、拌和设备改造，采用新的环氧沥青技术进行较远运输半径的施工工艺研究，解决市政项目拌和厂难以设在施工现场附近的实际问题，并大大的节约了沥青拌和厂的搬迁费用及工程的工期，在实际施工中具有重要的意义。本文以广州市南沙区凤凰一桥钢桥面摊铺工程等项目的施工为例，通过对环氧沥青固化时间精确控制及拌和设备配合性改造，采用环氧沥青技术进行较远运输半径的施工工艺研究，以期为后来的市政钢桥面的环氧沥青铺装技术提供借鉴。

2 目前常用的钢桥面铺装方案

随着改性沥青技术的发展以及在钢桥面上的应用日趋广泛，目前有3种典型的钢桥面铺装层材料：浇筑式沥青混凝土（Guss asphalt）、沥青玛蹄脂混凝土（Stone Mastic Asphalt）、环氧沥青混凝土（EA）。

2.1 浇筑式沥青混凝土（GA）

浇筑式沥青混凝土源于德国，主要用于道路路面、屋面防水及大坝防渗等工程。我国在20世纪90年代中后期开始浇筑式沥青混凝土研究。

浇筑式沥青混凝土是采用粘度较高的沥青与集料在高温条件下长时间拌和而成的沥青混凝土材料，它具有高沥青含量、高矿粉含量、高流动性等特点。目前，国内的浇筑式沥青混凝土主要采用高粘度改性沥青做胶结材料，可提高浇筑式沥青混凝土的耐高温性能及抗疲劳性能。由于有较高沥青矿粉含量，浇筑式沥青混凝土的空隙率非常小，具有良好的水稳定性能及抗冻融破坏能力，并且可以减少水分浸入沥青铺装层与钢桥面之间的界面而导致的界面层脱粘等病害。除此之外，较高的沥青含量使之有较好的柔性，从而具有较好的低温抗裂性及与钢板的协同变形能力。但是浇筑式沥青混凝土最大的缺点就是高温稳定性能差。对于我国南方地区来说，浇筑式沥青混凝土无法适应我国南方高温多雨的气候条件，极易出现由此造成的车辙及横向推移的病害。

2.2 沥青玛蹄脂混凝土（SMA）

沥青玛蹄脂混凝土采用了骨架密实型级配设计方法，粗集料采取间断骨架设计，集料之间通过嵌挤形成骨架，沥青材料、纤维稳定剂、矿粉及细集料填充于SMA的骨架之间，胶结成为一体的路面材料。它具有较好的强度及耐久性。

尽管SMA作为高速公路面层材料时具备良好的水稳定性能，但是作为钢桥面铺装层使用，它还是易出现水损害。笔者曾在2005年左右从事过虎门大桥钢桥面的沥青面层维修工作，就是采用的这种设计结构图。当时在笔者去做这个沥青面层维修工作之前，已经因为病害原因，其他单位已经做个几个不同的方案去维修过。应该说当时在施工过程中控制质量的各个环节都是比较到位的。在大修后的较长一段时间内，这种双层SMA的沥青面层的使用情况还算良好。但是，这种设计在行车作用下，在钢桥面局部出现下挠，这时SMA铺装层也随之下挠，在这个过程中扩大了表面孔隙，此时，动水压力除了自身向铺装层内部分散以外，还使铺装层的一些微裂纹沿着钢桥面与铺装层之间的界面处扩散发展。长期的动水压力会侵蚀集料表面的沥青膜从而造成水损害；微裂纹的发展导致钢板与铺装层的粘结力下降，从而出现铺装层的滑移、坑槽等病害。所以，虎门大桥的钢桥面沥青在维修过后的后来还是出现了一些病害。

2.3 环氧沥青混凝土（EA）

环氧沥青混凝土是一种采用环氧树脂作为改性剂加入沥青中，在固化剂的作用下，环氧基发生开环反应逐步开始固化，与沥青材料一起为骨料提供粘结力，形成的胶结材料。

环氧沥青及环氧沥青混凝土早在20世纪60年代便已经在国外开展研究，较具有代表性的系统研究是美国的及日本的公司。

目前，国内在使用沥青玛蹄脂混凝土及浇筑式沥青混凝土作为我国钢桥面铺装层材料时都出现了不同程度破坏。环氧沥青混凝土是一种较理想的材料，但成本较高，是一般路面的几十倍。从其发展应用来看，成功和不成功的例子都有。不成功的例子主要有以下几个原因：首先，环氧沥青混凝土的制备工艺较复杂，除需要专业的技术人员和设备外，其性能还受到很多外在因素（如钢板表面状况、施工环境温度及湿度、成型温度等）的影响，施工条件极其苛刻，其中任何一个环节的控制不好都会造成环氧沥青混凝土的性能受到较大影响；此外，环氧树脂是一种热固性材料，固化时间快，可操作时间很短，沥青材料需要加热至150℃才能操作施工，这时环氧树脂的固化反应发展迅速，固化时间短，操作不当除影响混凝土的性能以外，甚至会出现大量的废料，从而造成严重的经济损失。所以，环氧沥青混凝土的施工条件苛刻，施工中对其质量要求严格，需从选材、混合料配比、生产拌和设备改造及现场摊铺施工等一系列过程进行研究，形成整体的成套技术工艺及工法，并指导实际工程。

3 环氧沥青材料研究

考虑针对市政钢桥项目，从考虑利用原有沥青混合料拌和厂的角度出发，通常施工现场离拌和厂的距离会较远，需选用固化时间相对长的材料。例如在广州市南沙区凤凰一桥钢桥面摊铺工程项目中，沥青拌和厂设在广州市天河区，而施工地点在广州市南沙区，沥青拌和厂就距离工程现场约50 km。对环氧沥青路面施工而言，其运输距离较远，必须选择固化时间较长的材料。在这种情况下，我们详细对比了美国材料和日本材料的各项性能，并在其中选择了后者，本文也针对后者进行研究。

3.1 环氧树脂的技术指标

环氧树脂由主剂和固化剂两种材料混合组成，其中主剂和固化剂的重量比为：主剂:固化剂=56:44。环氧树脂的添加量:环氧树脂=45(50): 55(50)（按重量）。

3.2 环氧沥青的技术指标(表1-表2)

表1 环氧沥青养生固化后的技术指标

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3.3 环氧沥青的固化情况

环氧沥青的固化时间取决于其使用固化剂的性能。日本的环氧材料在固化时间方面相对于美国生产的环氧材料来说较长，一般从材料出厂到摊铺碾压完成后的时间大约要控制在1-2.5 h之内，这在市政工程项目环氧沥青施工中优势明显。在本项目广州市南沙区凤凰一桥钢桥面摊铺工程中，因为材料运输距离和时间长，必须对材料的固化时间有较精确的确定。为此，召开了专题技术会议，邀请了研究该材料的专家及相关使用过该日本环氧材料的施工单位项目管理人员进行了分析。并通过本工程的试验段进行固化时间相关数据收集，最终确定：在本工程项目中，从材料的出场到摊铺碾压完成的时间应控制在2 h以内，这样可以确保该环氧沥青工程的施工质量。

3.4 环氧沥青混合料的抗疲劳性能

根据反复弯曲试验结果（图1）分析可知，环氧沥青混合料的抗疲劳性能表现良好，它是改性沥青混合料和浇注式沥青混合料的10倍左右，是普通沥青混合料的100倍左右。

4 环氧沥青混合料的拌和施工

图1 反复弯曲试验结果

在本工程项目中，单位原有的沥青拌和厂设在距离施工地点较远，并且需经过广州的市区路段。对于施工的拌和控制、运输过程、施工组织、现场摊铺和碾压控制等配合的要求很高。所以本项目成立了以富有施工经验的管理人员和设备人员等组成的高效项目组织机构；在项目实施前就组织多次会议专题研究这个在市政工程项目上的钢桥面环氧沥青施工的各项问题并组织学习参观了广东其他地区之前完成的钢桥面环氧沥青面层成功和不成功的部分项目，学习在钢桥上摊铺环氧沥青的经验，也吸取了一些教训。同时聘请了高校和行业内的专家来进行指导，掌握其中的技术难点和重点，通过要素分析提出可能出现的各种问题，并制定预防措施和应急方案。通过各项材料研究、配合比研究、施工组织设计分析和各项配合协同分析，认为可以利用公司原有拌和厂来完成这个项目，而不需要新设沥青拌和厂或租赁施工现场附近的拌和厂来完成拌和。在施工过程中，高效的项目组织机构在协调解决施工的拌和控制、运输过程、施工组织、现场摊铺和碾压控制随时发生的问题起到了重要作用。

4.1 拌和

环氧沥青混合料具有以下特性：①有较高的耐流动和抗车辙性能；②对温度的依存性较小，在较大的温度范围内也能发挥其稳定的物理性能；③对反复弯曲疲劳试验具有较高的抗裂性能；④用普通的沥青拌和楼即可生产，用通常使用的沥青混合料的摊铺设备和压路设备即可，生产施工不需特殊设备；⑤拌和前的集料可以高温加热，除去集料中的水分。

环氧沥青混合料用普通的沥青拌和楼拌和即可，仅仅需要进行很小的改造。环氧沥青混合料要另外添加到拌和楼里，环氧树脂的添加方法有两种：一种是用自动计量自动添加的环氧树脂添加设备；另外一种方法是按照拌和楼混合料的拌和量，事先称好所需的环氧树脂的用量，人工添加到拌和楼里。根据现场的实际情况可任选以上两种方法之一。拌和条件见表3。

表3 拌和条件

4.2 现场施工

4.2.1 防水粘层油

对钢桥面铺装来说，铺装结构和钢板、上面层和下面层之间的粘结效果直接影响环氧沥青混合料路面的疲劳性能。如果粘结效果好的话，铺装和钢板成为一体结构，能够延长铺装本身的疲劳寿命。防水粘结层采用环氧粘层油，建议撒布量为0.4 kg/m2左右，确保较强的粘结力，能提高铺面的使用寿命。

4.2.2 摊铺和碾压

环氧沥青混凝土路面的摊铺和碾压与一般的沥青路面施工在机械配备上并无很大的差别，但要注意两点：①环氧沥青对温度的控制要求很高，必须在规定的温度完成摊铺和碾压才能保证工程的质量。而通常市政桥面的施工现场离拌和厂距离都不会很近，这就要在施工组织上考虑好，考虑好材料的运输线路，并且要着重避开由于城市道路特有的上下班时间可能在运输途中的塞车现象，避免在过程中温降过大影响质量，其温度控制如表4所示。②环氧沥青材料在施工过程中不能和水接触。所以在本项目上，由于广州地区的气象变化较快，特别是施工现场所在的广州市南沙区，处于珠江的一个出海口区域附近，气候复杂多变，经常市区还天气晴朗艳阳高照，而南沙的施工现场就飘来一片阴云下起雨来。而这种雨对钢桥面的环氧沥青施工来说，它的破坏是毁灭性的。为了避免天气对施工的影响，在施工阶段向气象部门定制了详细的特殊气象服务。通过特殊定制，在生产施工过程中，即时气象情况的掌握覆盖了整个沥青生产拌和厂、运输路线及施工现场，防止施工过程可能的降雨影响，确保了不会因为雨水而影响施工质量。其次，在摊铺机械和碾压机械下部都进行了加装防止水掉到施工路面的防水布，工人着装也进行了特别防护，防止施工机械用水的洒落及施工人员汗水的掉落，进行精细施工。

表4 温度控制

5 结语

通过环氧沥青技术在市政钢桥面工程项目实践的应用，在环氧沥青材料、拌和及现场施工各环节找到适合市政工程钢桥面环氧沥青施工的一系列方法，以期为类似的市政项目钢桥面环氧沥青工程施工提供借鉴。

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[4]王勤福，张伟．京杭运河特大桥钢桥面环氧沥青铺装设计与施工[J]．交通科技，2013，(S1)．

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Application of Epoxy Asphalt Technology in Municipal Steel Bridge Surface Project

YUAN Hua-rong

(Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 510650,China)

On the basis of application research of epoxy asphalt in municipal engineering steel bridge deck pavement engineering,this paper illustrates how to form a set of guiding engineering practice of the technology and methods by controlling the ratio of epoxy asphalt pavement materials,optimization of the index test,mixing production equipment compatibility and spread paving construction process monitoring.

epoxy asphalt;construction technology of epoxy asphalt;steel bridge;mixing;spreading;rolling

U443.33

A

1671-8496-(2016)-04-0019-05

2016-09-19

袁华容(1977-)，男，高级工程师，硕士研究生

研究方向：路基路面