环氧覆层在曼海大桥修复改造工程中的应用

文/云南省保山公路局 赵富超

环氧覆层作为一种新兴的桥面铺装形式，因其厚度薄、重量轻，可在不增加桥面荷载及铺装厚度的情况下修复改造桥面铺装。本文主要介绍了环氧覆层的技术特点，并结合云南保山曼海大桥修复改造工程的桥面铺装，对环氧覆层的各项性能与施工工艺、控制要点等进行了分析探讨，以期为类似工程施工提供参考。

桥梁是交通运输连接枢纽，其安全、可靠、耐久、舒适关系到民生大计。而桥面铺装层作为直接暴露在阳光暴晒、雨水冲刷、车辆载荷作用、环境温度变化、各种酸碱盐侵蚀以及碰撞车祸等恶劣因素下的磨耗层，其结构安全直接关系到车辆行人的生命财产安全。加铺环氧树脂的薄层铺装（环氧覆层）可有效保护桥面。

环氧覆层主要由环氧树脂胶黏剂和精选骨料组成。环氧树脂薄层铺装有两种铺装方法：砂浆法和撒播法。前者先是按照试验配合比在常温下将高硬度集料与环氧树脂胶黏剂预先拌和，然后均匀摊铺于桥面上，待其凝固后再在其表面涂刷一层环氧胶黏剂并喷洒骨料形成构造防滑层，其空隙率VV、矿料间隙率VMA、骨架间隙率VCA都较均匀；而撒播法，则是在经过铣刨清洗找平的桥面上倾倒环氧胶黏剂，待其自流均匀后，再撒播骨料的铺装方法。撒播法一般会多层铺装，层与层之间依次浇筑环氧胶黏剂至淹没骨料一定深度，然后再进行下一层施工。因此，可以根据不同铺装需求获得不同厚度的铺装效果。

工程概况

曼海大桥位于国道320线保山境内段，为跨越怒江而建，主桥上部结构为2孔145m连续箱梁，引桥上部结构为30m装配式预应力混凝土T形梁，桥梁全长416.66m，主桥桥面宽为7.0m（行车道）＋2×1.1m（人行道）＋2×1.7m（拉索区）；引桥桥面宽为7.0m（行车道）＋2×2.15m（人行道）。

该桥始建于1992年，老桥设计荷载为汽车-20级，桥面铺装层为沥青混凝土，2016年桥梁检查过程中发现桥面铺装层有局部破损、车辙及高低不平等现象。为保证主梁恒载不增加，同时保持路面与桥面颜色的统一性，决定将整座桥面原铺装的4cm厚沥青层凿除改铺7mm厚环氧覆层。

环氧覆层性能

从整体方法论来看，环氧覆层的铺装是一个三相的复合系统，这个系统的特性受这三相特性的控制：环氧覆层相、既有混凝土路面结构和它们之间的界面。因此，当我们考虑环氧覆层的应用效果时，首先应保证其与既有结构混凝土的相容性及层间黏结强度。这些性能对它后期服役过程中的稳定性与耐久性起到关键作用。

环氧覆层作为铺装层，也应兼顾路用性能指标：适宜的强度抵抗各种荷载的作用；高温稳定性、低温抗开裂性、水稳定性可以保证路面的使用寿命；抗腐蚀、抗碳化、长久保持强度和外观完整性；恢复桥面的平整度，改善抗滑、耐磨、防水性能，保证行驶质量。

环氧覆层的组成

曼海大桥环氧覆层采用撒播法施工，选取JN-RS底胶作为基底黏结剂，JN-R作为结合料黏剂，高性能陶粒作为骨料。

环氧胶黏剂性能

环氧胶黏剂作为环氧覆层的黏结材，决定了覆层的大部分核心性能。应用于曼海大桥桥面修复改造的JN-R桥面环氧胶黏剂，参考了美国ACI 548.4R-2011 Specification ForLatex-Modified Concrete (Lcm)Overlays，结合了实际工程应用的需求，其主要技术数据见表1。

从表1可以看出，JN-R环氧胶黏剂黏度低且常温下能快速固化，施工时，可自流平，且无需使用大型机械对其振捣碾压，施工简便且快速，缩短了封路时间。

表1 结合料黏剂JN-R桥面环氧胶黏剂参数要求

在直接承受重轴集中动力荷载以及桥面整体变形作用下，铺装层承受着较大的峰值拉应力及不容忽视的疲劳应力幅，传统的铺装材料由于厚度较大，边缘应变应力也较大，再加上其本身弹性模量较高，容易在过大的拉应力峰值及较高的荷载循环次数状态下开裂，而JN-R环氧胶黏剂的抗拉强度本身可达20MPa，同时其自身弹性模量较低，与桥面基材具有良好的变形协调且覆层厚度仅有7mm，边缘应变应力较小，从而使得环氧覆层的抗拉承载力及疲劳强度远超沥青混凝土与钢筋混凝土。

普通环氧胶黏剂与混凝土的热膨胀系数存在较大差异，在桥面整体升温、降温及温度梯度应力作用下时，两种材料的应变差会在薄弱的界面上产生较大次内力，在其他荷载同时组合下，交界面受力复杂，对其黏结强度考验较高。拉拔试验表明，JN-R环氧胶黏剂的黏结强度已达到3.8MPa，且破坏面外位于混凝土基材内部，足以保证在荷载作用下铺装层与混凝土基材界面整体工作，而不会出现分层破坏。

骨料性能

骨料在环氧覆层体系中形成坚强的骨架，可减小体系的收缩。同时，由于采用了单粒径、有棱角、硬度高的骨料，体系的强度与耐磨性有了保证。在撒播过程中，表层骨料是以随机状态镶嵌到覆层上的，因此，在保证较好平整度的同时，拥有了较高的构造深度。该工程选用高性能陶粒作为骨料（见表2）。

表2 高性能陶粒试验参数

环氧覆层施工

施工流程

环氧覆层施工流程如下：

桥面铺装混凝土（基层）处理→JN-RS底胶配制→涂刷JN-RS底胶→JN-R胶液配制→涂刷第一层胶液→撒播第一层骨料→养护、回收多余骨料→涂刷第二层胶液→撒播第二层骨料→第二层的养护与骨料回收。

施工质量控制要点

桥面铺装混凝土修复

铺设JN-R桥面环氧覆层并非对桥面进行结构补强，桥面状况是否良好直接决定着环氧覆层能否正常运行。除了对裂缝表面封闭或压力注胶外，对严重开裂、破损松散的混凝土，面积较大的区域首先放样划线，采用混凝土切割机，然后采用电镐、风镐第小型机械配合人工凿除受损混凝土，不采用大型机械破碎施工，以避免对桥梁结构形成破坏。恢复桥面钢筋（钢筋应与原有钢筋进行搭接焊），清理干净后采用JN-RX高韧性环氧混凝土重新浇筑，对损坏面积较小的坑塘，清理破损混凝土时尽量避免破坏的原有钢筋。

施工适宜性评估

环氧覆层的施工效果受到诸多环境因素的影响，如天气、温度、基体混凝土状态等。一般地，覆层施工宜在晴天进行，雨天、雾天及潮湿天气不得施工；施工前测定桥面与环境温度，施工适宜温度为15℃至35℃，环境温度小于5℃时，不得进行环氧覆层铺设施工，环境温度超过35℃时，应通过试验确定胶液可操作时间；此外，施工前需测定基体混凝土含水率，含水率合格后方可进行后续工序。

洗刨与打磨

桥面沥青残留物较多，有些渗入基体混凝土较深，且桥面高低不平，因此，采用大型整体铣刨机和小型铣刨机联合进行铣刨；对于铣刨不能达到的边角与沟槽，以及桥面仍未能清除的污渍，用手砂轮人工打磨直至基层混凝土露出粗骨料。

环氧覆层铺设

胶液配制 将A、B组份按比例称量，倒入搅拌桶中用可调速电钻加配油漆搅拌桨搅拌，搅拌时转速为400转/分至600转/分，以尽可能减少气泡混入。搅拌2分钟后，将预搅拌均匀的胶液从一搅拌桶翻倒至另一搅拌桶中，再次搅拌1分钟，以确保充分搅拌均匀。

涂刷底胶 JN-RS底胶的主要作用有：一、封闭作用。通过封闭基层，防止水分、碱性及其他不良物质渗出；二、增加黏结力。底胶具有极强的渗透性和黏结能力，可以增加覆层体系与基层之间的黏结力。改善基体混凝土质量。渗入基体混凝土的底胶，可有效增加其强度，修复前期因洗刨或打磨导致的二次损伤，保证其整体性，使覆层获得质量良好的基体。

为了证实底胶在实际施工中的效果，该工程特别进行了现场试验，具体结果见表3。可以看到，无论基面处理方式如何，涂刷底胶后拉拔强度都会有明显增长。混凝土基体铣刨处理后的拉拔强度较打磨处理低，证明铣刨作业对混凝土的二次损伤更大，底胶的存在可以恢复其质量，但仍不及无损伤或少损伤的情况。

涂刷面胶 JN-R胶液配制完毕后需立即在底胶固化前铺于底胶上，并用带齿的耙子将胶液均匀的涂刮在基面上，胶液用量应控制在每平方米不少于1kg。

撒播骨料 将骨料（骨料须完全干燥、无水分、无灰尘）撒播至均匀涂抹有胶液的基面，撒播骨料直至基面完全被骨料覆盖且不存在湿润的区域。如果表面露胶，需要进行补撒，以保证平整度。

围挡养护 骨料撒播完成后进入养生阶段，养生期间禁止行人和车辆通过，养生时间根据温度情况。养生期间应尽量保持面层的通风与干燥。

回收多余骨料 养生期后，用吸尘设备或人工扫除表面多余的骨料，并进行骨料的回收与筛选，用于下次施工。

表3 涂刷底胶效果现场测试结果

环氧覆层效果评测

环氧覆层施工完成后，评价其效果：环氧覆层与混凝土基材的黏接性能良好，拉拔破坏测试结果为3.2MPa，且混凝土内发生破坏；环氧覆层的摩擦系数为67，构造深度达到1.2mm，满足规范要求；行车平稳舒适，对桥梁冲击荷载较小。

结语

通过分析曼海大桥的具体案例可以看出，环氧覆层技术在桥面修复改造中，与原结构层间的黏结情况良好，不存在薄弱层的情况。覆层摩擦系数、构造深度等测试指标优异，改善了桥面平整度，同时具有抗滑耐磨、施工工期短、开放交通早等的优点，能够快速改善桥梁的行驶状况，符合桥梁修复改造的发展方向。