美国Ⅸ型环氧沥青混凝土在武汉天兴洲长江大桥的生产应用与温度控制方法

（重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336）

环氧沥青混凝土是一种由环氧树脂、固化剂与基质沥青经复杂的化学改性所得到的混合物，具有良好的高低温变形能力和抗疲劳性能，适合作为重载交通条件下大跨度钢结构桥梁的桥面铺装材料。目前，国内钢桥面铺装常用的环氧沥青材料主要有美国环氧、日本环氧和国产环氧三种类型，其中美国环氧沥青材料研发较早且性能稳定，在我国应用时间也最早。

2019年，武汉天兴洲长江大桥道路整治项目引进美国最新Ⅸ型环氧沥青用于钢桥面凿除重铺，其材料性能、组分比例、容留时间等较之前所用Ⅴ型环氧沥青有较大变化，本文结合工程实际情况，对美国Ⅸ型环氧沥青的生产控制方法进行分析和总结。

一、工程概况

武汉天兴洲长江大桥于2009年建成，是世界上第一座按照4线铁路修建的公铁两用斜拉桥，桥梁全长4657m，主跨504m，荷载等级为公路Ⅰ级，公路桥面主梁中部756m正交异性钢桥面板原设计采用双层国产环氧沥青混凝土铺装结构，本次钢桥面行车道凿除重铺采用双层美国Ⅸ型环氧沥青混凝土铺装结构方案。具体铺装结构如图1所示。

二、美国Ⅸ型环氧沥青混凝土生产

（一）生产设备添加

常规沥青拌和站主要为普通热拌沥青混合料生产设计，为满足美国温拌环氧沥青的生产要求，需要对拌和站进行相应生产设备的添加，主要包括：环氧沥青脱桶设备，A组份、BIX及BIF专用沥青储存罐，MM3.13环氧沥青计量混合机（采用3相230V电源），沥青及导热油相应管道等。

图1.钢桥面凿除重铺结构形式

（二）材料储存与添加

美国环氧沥青混凝土的所有集料采用镇江茅迪生产的玄武岩专用集料及普通石灰石矿粉，所有集料生产后均采用袋装方式进行装运，到场后储存在封闭的仓库中，避免受潮。生产时，1#～5#料采用装载机将袋装集料吊运至冷料仓上方，安排专人进行破袋处理；使用6#料时，需将其添加到矿粉车中，然后再通过矿粉车泵入玄武岩矿粉储罐。

（三）冷料标定及生产配合比设计

热筛前，需先对各冷料仓上料速度进行标定，并根据目标配合比和预定的每小时生产量设定各档集料上料速度。根据热料及矿粉筛分结果，配制与目标配合比相近的生产配合比，各档具体比例为(6～14mm): (3～6mm) : (0～3mm) :玄武岩矿粉:石灰岩矿粉=19:14:55:6:6，级配合成曲线如图2所示。

图2.环氧沥青混合料目标及生产级配合成图

（四）混合料生产控制

混合料出料温度控制是美国环氧沥青混合料生产控制的关键，需充分考虑不同温度下混合料的容留时间、运输距离、运输过程中温度变化幅度及前场施工工况等综合因素。

经逐车统计，武汉天兴洲长江大桥钢桥面施工期间，运料车从拌和站行驶至摊铺现场的平均时间约30min；运输过程中，混合料在热传导及环氧沥青聚合反应等综合因素影响下，到达摊铺现场时的温度较出厂时的温度增长0～6℃，其中约80%的混合料温度增长幅度在2～5℃之间。

考虑拌和生产、篷布覆盖、运输、前场等待及摊铺等各工序的时长需求，每辆运输车从开始装料至完成卸货所需的理论时间在60min左右，增加10～30min的风险调整时间，理想的混合料容留时间为70～90min，对应的混合料到场温度为111～117℃，根据运输过程中温度变化规律，拌和站理想出料温度宜按109～112℃控制。

根据桥面单次铺装宽度、铺装厚度和摊铺速度要求，武汉天兴洲长江大桥沥青拌和站按照90～100t/h的速度进行环氧沥青混合料生产。先加入集料、矿粉干拌15s，再加入环氧结合料湿拌45s，放料过程中安排专人逐盘检测混合料出料温度。

三、集料温度调整控制方法

常规沥青拌和站在进行热拌混合料生产时，其集料加热温度一般控制在190℃以上，要使拌和站将集料加热温度降至120～130℃，以满足美国环氧混凝土生产往往难以实现。针对此类问题，本文总结了拌和生产时降低集料温度的方法：

1.适当加大各档集料的冷料上料速度。

2.采用柴油作为拌和站燃料油。重油或轻质燃油的热值在10000～11000kcal/L之间，而柴油的热值仅有9200kcal/L左右。

3.降低燃烧器单位时间内的进油量。方法包括：减小燃烧器喷嘴尺寸；在供油管路上增加回油管路和回油阀，进行供油量的分流；对采用变频器进行转速调整的油泵，进一步调低变频器下限；更换效率更低的油泵。

4.在集料进入干燥筒前，在上料皮带末端设置喷水装置。喷水装置由储水池、水泵、水管、阀门、喷嘴及供电线路5个部分组成，喷水量的计算方式如下：

W燃烧器：燃烧器单位时间内产生的热量值；C石：石料比热容，按0.94kJ/（kg*℃）计；m石：单位时间内进入到干燥筒中的石料质量；△T石：石料温度变化；Q水：水从常温到蒸发所需的热量；Q散热：干燥筒散热及其他热量损失；C水：水的比热容，按4.2kJ/（kg*℃）计；m水：单位时间内进入到干燥筒中的水的质量；△T水：水的温度变化；r水蒸气：一个大气压下，水的汽化热，按2260kJ/kg计。

以本项目为例，石料的进料速度约为90t/h，喷水初始温度25℃，经计算可得，若需石料温度降低10℃，则喷水量为328kg/h。

四、结语

美国Ⅸ型环氧沥青混凝土在生产过程中，需充分考虑不同温度下混合料的容留时间、运输距离、运输过程中温度增长幅度及施工工况等综合因素，合理组织混合料的生产控制，确保混合料质量满足设计指标及前场施工要求。通过实践发现，在实际生产过程中，根据拌和站的不同情况，通过增加冷料上料速度、更换燃油类型、调整燃烧器进油量等多种措施，可有效满足环氧沥青混凝土生产对集料加热温度的要求。