钢桥面环氧沥青混凝土铺装鼓包病害检测与机理分析

何 明

（广东华路交通科技有限公司 广州510420）

0 引言

随着我国经济的快速健康发展，近年来我国的大跨径（或城市高架）钢桥建设数量呈现增加的趋势［1-3］。环氧沥青铺装因其良好的抗变形和密水能力，得到广泛推广应用，但是环氧沥青铺装存在的最大难题就是容易出现鼓包病害，由于环氧沥青混合料的特性以及铺装的支撑刚度、温度状况和交通荷载等苛刻环境条件，钢桥面铺装鼓包病害若未得到及时有效的处理，将会快速扩展，造成裂缝、松散乃至脱产等严重病害，水的渗入将造成钢板生锈，从而影响桥梁及铺装整体使用寿命和长期服务性能［4-6］。目前的研究普遍认为防水粘结层上存在一定数量的水分是导致鼓包现象的出现的主要原因，具体怎样造成鼓包病害的出现不得而知，对于鼓包病害的识别与处置也没有合理的方式与方法［7-9］。基于此，本文提出了一种钢桥面铺装鼓包病害检测方法，对实际工程环氧沥青铺装的鼓包病害进行识别与处治，并对鼓包病害的机理进行分析，旨在提升环氧沥青铺装施工质量，延长环氧沥青铺装使用寿命，为钢桥面铺装结构及材料优化设计奠定良好的理论基础。

1 检测设备

钢板、沥青混合料、空气不同的物质对温度的传播速度及吸收程度不同，钢板-沥青混合料与钢板-空气-沥青混合料（存在鼓包，钢板与沥青混合料脱离）结构对温度的敏感性不同，钢板-空气-沥青混合料，沥青混合料吸热后温度向下传递给钢板，由于空气的存在导致温度传递相比与沥青混合料温度直接传递给钢板的要慢，存在鼓包的沥青混合料的温度将比不存在鼓包的沥青混合料的温度要高，基于此，研发了一种新型的基于红外热成像技术的钢桥面铺装鼓包病害检测设备（CN209652723U），如图1所示，该设备主要包括手机分析系统、红外探测系统、声音探测系统；该设备基于红外探测系统初步判定鼓包病害位置，通过对锤击后声音探测系统进一步确定鼓包病害及位置，最后手机分析系统显示鼓包病害，通过该装置能够准别、有效识别鼓包病害及位置。

图1 一种用于钢桥面铺装鼓包病害的检检测仪示意图Fig.1 Schematic Diagram of a Detection Instrument for Bulge Disease of Steel Bridge Deck Pavement

2 检测方案

对某钢桥面环氧沥青下面层（宽18.5 m，长1 800 m）环氧铺装后进行鼓包病害检测。准备检测设备6台，保证处于满电状态；检测分为A和B两个大组、每大组分为3小组，每小组2人；每小组配备检测设备1台、铁锤1把及充电宝1个、油漆笔等其他相关工具；排查时间选择应在温度范围在30～50℃时进行。具体检测方案如下：

⑴A大组以9.25 m为检测横断，3个小组横向均匀错开延纵向拉网式排查，直至所有段落排查完毕；B大组在A大组后面不少于30 m，进行复查，前后各3个小组行进路线应保持基本一致。因此，每次总排查相当于2次全面排查；

⑵每小组2人，1人持检测设备对铺装层进行观察，另1人持铁锤、油漆笔对鼓包或疑似鼓包的位置进行敲击确认及标记；

⑶原则上，每个段落的总排查应不少于2次，即全面排查不少于4次，2次总排查宜安排在不同日期；

⑷排查行走速度宜控制在约600～800 m/h（散步慢走），根据检测结果，应逆光进行观察，获得铺装层更多细节；

⑸当检测人员发现鼓包或疑似鼓包时，小组另1人应在逆光方向（防止身体遮挡阳光造成温度降低影响判定）持铁锤进行敲击确认及标记。

3 检测结果及病害机理分析

3.1 检测结果

基于新型的基于红外热成像技术的钢桥面铺装鼓包病害检测设备对钢桥面环氧沥青铺装进行全断面扫描，如图2所示，对温度异常部位进行标记，如图3所示，并采用锤击声音方式确定是否出现鼓包病害，如图4所示。

图2 鼓包红外全断面检测Fig.2 Infrared Full Section Detection of Bulge

图3 温度异常部位进行标记Fig.3 Labeling the Abnormal Parts of the Temperature

图4 锤击声音方式确定病害Fig.4 Hammer Sound Mode to Determine the Disease

检测人员发现3处鼓包病害，并对鼓包位置进行切割、挖除确认，检测结果跟现场确认结果一致，说明了该基于红外热成像技术的钢桥面铺装鼓包病害检测设备检测方法是可靠的，能够准确有效检测环氧沥青铺装的鼓包病害，检测方案也是合理的。

3.2 病害机理分析

鼓包是形成于铺装体系与桥面板之间，竖向表现为铺装材料被顶起，平面近似呈现圆形的一种病害现象。由于环氧沥青铺装空隙率一般低于3%，处于密实状态，施工过程中环氧沥青混凝土内滞留水气无法排出，是造成鼓包病害的主要原因。鼓包病害的出现主要跟混合料的特性、水、气等因素有关，其病害机理分析如下：

3.2.1 水分受热汽化的膨胀作用

环氧铺铺层底下水分在高温作用下汽化并不断膨胀，向上难以从密实的加铺层逃逸，向下难以从旧路面层逃逸，导致蒸汽压力增加，从而形成了加铺层鼓包病害。

3.2.2 干燥空气受热膨胀作用

界面之间即使不存在水分，高温的沥青混合料对密封进去的空气进行了加热，卷入的干燥空气受热膨胀也可导致鼓包病害产生。

3.2.3 气体泵吸作用

白天随着气温升高，鼓泡内气体体积发生膨胀，铺装沥青类材料在高温下变软，作用在其上的压力使其发生变形产生鼓包，而晚上随着气温降低，鼓包内气体压力下降，低于外界气压，但铺装上层材料已经变硬，很难再恢复原来的形状，这样就在鼓包内部产生了局部真空，鼓包外的气体就会通过表面裂纹或空隙进入鼓包内部，晚上鼓包吸入的气体超过白天排出的气体，当温度升高后鼓包准备第二个发展周期，气体泵吸作用致使鼓包病害加剧。

4 鼓包病害处治及防止

4.1 鼓包病害处治

鼓包开裂是环氧沥青铺装的常见病害，鼓包病害可能发生在施工过程中，较多的水分渗水环氧沥青混合料，不能在沥青混合料中及时排除，将会由于热胀冷缩作用冲击环氧沥青混凝土形成鼓包；鼓包现象也可能发生在铺装运营阶段，在施工过程中环氧沥青混合料内滞留的少量水汽在高温作用下会逐渐膨胀形成包，鼓包在反复行车荷载作用下会逐渐扩展，在水-热-荷载耦合作用下鼓包将破坏开裂形成裂缝，继续扩展将导致环氧沥青混合料松散、剥落，同时雨水下渗至中下面层，最终导致铺装脱层，破坏、剥离防水粘结层，最终在动水压力作用下不断冲击钢板，导致钢板锈蚀；若能及时发现并处理将不会对环氧沥青混合料的使用性能带来影响，也会避免因鼓包造成开裂或坑槽病害。

环氧沥青铺装在施工过程中若发现鼓包病害，应首先进行标记，然后采用切割设备对出现病害位置进行分割和切割（见图5），再补涂防水粘结层材料（见图6），采用跟铺装相同的环氧沥青混合料进行补料并作击实处理，确保环氧铺装整体的优良性能。

图5 温度异常部位分割和切割Fig.5 Segmentation and Cutting of Abnormal Temperature Part

图6 补涂防水粘结层材料Fig.6 Recoating of Waterproof Bonding Layer Material

4.2 鼓包病害的防止

为了提升环氧沥青混合料的铺装质量，防止鼓包病害出现，应当采取以下措施：

⑴每天的施工时间的应安排在气温升高以后进行。在施工季节上，要避开湿度较大季节，尽量安排在8月份以后的旱季进行施工。

⑵施工应该尽量避免在雨季或者雨天进行，桥面铺装尤其是大跨径桥面铺装环境一般较为湿润，应当及时监控施工环境的温、湿度，准备好吹风筒及加热机，及时清洁、干燥工作面，避免因水汽带来的不利影响。

⑶在施工期执行严格的防水、防油污等管理措施的同时，还应加强工艺研究。

⑷在下一道工序，要对工作面再次检查，发现存留的鼓包，应立即处治。

5 结论

针对钢桥面铺装环氧沥青混合料铺装存在的“鼓包”病害难题，提出一种基于红外热成像技术的鼓包病害检测技术，对应用工程的环氧铺装进行检测和病理分析，检测技术可靠，检测方法合理；针对性地提出了防止措施和处治技术，工程应用效果良好。