加熱養(yǎng)護(hù)環(huán)氧瀝青在鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用

□文/趙付星 劉 軍 劉亞楠 劉蓓洪

工程概況

白沙洲大橋鋼箱梁為高強(qiáng)螺栓拼接結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝，維修工程在既有的結(jié)構(gòu)上采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝，為提早通車采用大面積加熱養(yǎng)護(hù)方案。此次維修采用的是技術(shù)成熟、質(zhì)量穩(wěn)定的美國(guó)進(jìn)口的環(huán)氧瀝青，其作為一種熱固性材料有2種組分組成，A組分為環(huán)氧樹脂，Bv組分為均勻穩(wěn)定的多組分混合物；所用的石料為優(yōu)質(zhì)鋼橋面專用玄武巖并經(jīng)特殊方法加工而成的集料。通過(guò)檢測(cè)，所用原材料均符合要求，為生產(chǎn)出合格的混合料奠定了良好的基礎(chǔ)。

養(yǎng)護(hù)方案的確定

美國(guó)環(huán)氧瀝青混凝土正常的自然養(yǎng)護(hù)周期為45～60 d，待環(huán)氧瀝青完全固化后才能開放交通，而根據(jù)施工工期計(jì)劃和安排，施工完畢后到開放交通只有16 d時(shí)間，靠自然養(yǎng)護(hù)不可能達(dá)到開放交通的條件。由于環(huán)氧瀝青是一種熱固性材料，其固化過(guò)程是不可逆的化學(xué)變化，在這個(gè)過(guò)程中溫度是影響其化學(xué)反應(yīng)的主要因素，提高養(yǎng)護(hù)溫度可以加快其固化過(guò)程。根據(jù)資料，環(huán)氧瀝青在121℃的環(huán)境中，4 h可以完成固化。為此在不同的溫度條件下，養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間后，測(cè)定試件的馬歇爾穩(wěn)定度和流值，來(lái)確定合理的養(yǎng)護(hù)溫度。

為減少試驗(yàn)誤差，所有試驗(yàn)均采用同一批次制作的試件，所有試件在同一個(gè)能自動(dòng)控溫烘箱中養(yǎng)護(hù)并且由同一個(gè)人來(lái)完成試驗(yàn)操作，另外一人監(jiān)督試驗(yàn)過(guò)程，嚴(yán)格控制各溫度指標(biāo)。養(yǎng)護(hù)時(shí)預(yù)先將烘箱升到設(shè)定溫度并從試件放入烘箱中開始計(jì)時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同養(yǎng)護(hù)溫度、時(shí)間與穩(wěn)定度的關(guān)系

通過(guò)表1的分析，可以得出：隨著溫度的升高，可以顯著提高試件的穩(wěn)定度；在環(huán)氧瀝青完全固化前，同樣的養(yǎng)護(hù)溫度條件下，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，試件的穩(wěn)定度也增加；試件的流值均符合要求的20～50（0.1 mm）；環(huán)氧瀝青在121℃環(huán)境中需要4 h才能完全固化，但由于本次試驗(yàn)從試件放入烘箱中開始計(jì)時(shí)，所以在120℃的烘箱中需要5 h環(huán)氧瀝青才能完全固化，達(dá)到終極強(qiáng)度。

在80℃條件下養(yǎng)護(hù)10 h，試件的穩(wěn)定度才達(dá)到37.45 kN，環(huán)氧瀝青并沒有完全固化；在100℃的條件下養(yǎng)護(hù)8 h后其強(qiáng)度基本上就達(dá)到了極限強(qiáng)度，表明此時(shí)環(huán)氧瀝青已經(jīng)完全固化了；在121℃的條件下需要養(yǎng)護(hù)5 h才行。而根據(jù)工期計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，在80℃條件下進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)需要的時(shí)間太長(zhǎng)，不能滿足工期要求；在120℃條件下進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)，雖然可以縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間，但在施工現(xiàn)場(chǎng)大面積養(yǎng)護(hù)時(shí)達(dá)到這么高的溫度太困難，而且安全隱患太大不易控制；在100℃條件下養(yǎng)護(hù)僅需8 h就可以使環(huán)氧瀝青基本到達(dá)終極強(qiáng)度，而且養(yǎng)護(hù)時(shí)間也充足，具有可操作性，所以綜合考慮各方面情況，決定采用100℃的溫度進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)8 h的方案。

養(yǎng)護(hù)方案模擬

根據(jù)確定的養(yǎng)護(hù)方案，在室外進(jìn)行模擬試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證加熱養(yǎng)護(hù)效果。接上可以自動(dòng)控溫在100℃的加熱源并在周圍用耐高溫隔熱棉進(jìn)行封閉，在最外面用棉被包裹不使溫度散失并在下面放入試件，試件到加熱源垂直距離為35 cm，不能太近以防試件局部升溫過(guò)快。預(yù)先將試件擺好，接通電源后開始計(jì)時(shí)并每隔1 h記錄試件表面溫度，在養(yǎng)護(hù)6 h和8 h時(shí)，取出加熱源下面和加熱邊緣處各一塊試件測(cè)定其馬歇爾穩(wěn)定度，測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下試件表面溫度及穩(wěn)定度

由表2可知，最后試件表面溫度基本維持在100℃左右，因?yàn)樵嚰窃诖藴囟认吗B(yǎng)護(hù)的，但由于試件表面吸熱，所以溫度略高于設(shè)定溫度；對(duì)照表1，在同樣養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，其穩(wěn)定度小于烘箱中養(yǎng)護(hù)的試件，因?yàn)樵诤嫦渲械脑嚰?，從其一開始就在100℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，而且烘箱中的試件是全面均勻受熱，而這里的試件的環(huán)境溫度是逐漸升溫的，比較符合實(shí)際情況，而且這里的試件由于是放在地上，試件底部不能吸收到熱量，所以是正常的；從養(yǎng)護(hù)8 h的最終穩(wěn)定度看，均符合穩(wěn)定度＞45 kN的通車條件。

養(yǎng)護(hù)方案實(shí)施

現(xiàn)場(chǎng)制作兩套加熱養(yǎng)護(hù)設(shè)備平行移動(dòng)，全橋整幅同時(shí)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)設(shè)備以鋼性支架做支撐，下面等間距焊接能支撐重載的滾輪作為移動(dòng)設(shè)備，鋼性支架寬度比橋梁半幅寬度略窄以順利移動(dòng)（支架寬度11.5 m，半幅寬度12 m），支架上滿布可散熱排管，排管距環(huán)氧瀝青鋪裝35 cm，導(dǎo)熱油在排管中循環(huán)，排管上面滿鋪隔熱棉，在最外面覆蓋棉被保溫，用導(dǎo)熱油爐對(duì)導(dǎo)熱油加熱并能夠自動(dòng)控制溫度，導(dǎo)熱油爐和養(yǎng)護(hù)支架一同移動(dòng)，另外要隨時(shí)監(jiān)控養(yǎng)護(hù)設(shè)備內(nèi)的空氣溫度，使其維持在100℃左右這樣就保證了加熱的連續(xù)性和均勻性。養(yǎng)護(hù)時(shí)應(yīng)有專人管理監(jiān)控，做好養(yǎng)護(hù)防水，防高溫設(shè)施并配有電工值守，隨時(shí)做好溫度記錄。

實(shí)施養(yǎng)護(hù)時(shí)，測(cè)定橋面上不同試件馬歇爾穩(wěn)定度來(lái)檢驗(yàn)實(shí)際的養(yǎng)護(hù)效果，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 實(shí)際養(yǎng)護(hù)試件穩(wěn)定度

從表3看，所測(cè)試件的穩(wěn)定度都符合要求，也與室內(nèi)試驗(yàn)很好地統(tǒng)一，說(shuō)明此次加熱養(yǎng)護(hù)方案是成功的，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

建議

（1）加熱養(yǎng)護(hù)后由于鋪裝層溫度較高，環(huán)氧瀝青混凝土較軟，此時(shí)要嚴(yán)格限制人員車輛通行，無(wú)關(guān)人員不能進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，要待環(huán)氧瀝青混合料完全冷卻后才可以通行。

（2）由于是高溫作業(yè)，要制定嚴(yán)密的防火措施，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督檢查。

（3）密切注意觀察白沙洲大橋通行后環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的情況，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。