基于冷拌改性樹脂的鋼橋面鋪裝快速修補材料性能研究

張　輝，潘友強，于迪爾，朱　雷，吳　釗

基于冷拌改性樹脂的鋼橋面鋪裝快速修補材料性能研究

張輝，潘友強，于迪爾，朱雷，吳釗

（江蘇省交通科學研究院股份有限公司新型道路材料國家工程實驗室，江蘇南京 211112）

由于高溫、超載等極端氣候和荷載條件，國內(nèi)鋼橋面鋪裝運營過程中早期破損普遍。文章對冷拌樹脂混凝土修補材料的各項性能進行試驗研究，結(jié)果表明冷拌樹脂混凝土快速修復技術(shù)，具有路用性能優(yōu)良、施工簡便、固化時間短以及良好的界面粘結(jié)等特點，工程應用效果良好。

鋼橋面鋪裝；快速修復；改性樹脂；界面粘結(jié)

1　概況

隨著國內(nèi)橋梁的大規(guī)模建設，國內(nèi)鋼橋面鋪裝的建設也在突飛猛進，通過10多年的高速發(fā)展，形成了環(huán)氧瀝青、復合澆注式以及ERS等［1］主流的高性能鋼橋面鋪裝技術(shù)。其中環(huán)氧瀝青使用性能優(yōu)良，占比最高，但工藝相對苛刻，施工質(zhì)量控制嚴格［2］。由于國內(nèi)使用條件相對惡劣，如重載、高溫和多雨等極端荷載和氣候條件［3］，尤其是超載情況較為嚴重［3-4］，國內(nèi)鋼橋面鋪裝使用壽命相對較短，往往使用幾年就開始出現(xiàn)裂縫病害，并逐漸發(fā)展至坑槽［3-5］?？硬鄄『θ舻貌坏郊皶r和有效的處治，將引起鋪裝出現(xiàn)大面積的病害，進而導致昂貴的大中修。

國內(nèi)對鋼橋面鋪裝病害修復技術(shù)的研究剛剛起步，其難度不亞于新建鋼橋面鋪裝研究［6］，與傳統(tǒng)熱塑性瀝青材料不同，環(huán)氧瀝青鋪裝屬于熱固性材料，且需要長期的養(yǎng)生，因此修復技術(shù)尤為困難。目前國內(nèi)對鋼橋面裂縫修復技術(shù)的研究與應用逐漸取得了一些成果［7-8］，但關(guān)于坑槽快速修復技術(shù)的研究還很有限，通常采用傳統(tǒng)的瀝青類材料進行簡單的回填處治，包括普通熱瀝青混合料、乳化瀝青混合料或者澆注式瀝青混合料［9］，由于力學性能不足，尤其是在高溫重載作用下，很快會發(fā)生推移等高溫病害，使用壽命很短。

本文針對鋼橋面鋪裝坑槽病害，基于冷拌樹脂研發(fā)了混凝土修補材料，并介紹了關(guān)鍵施工技術(shù)，該技術(shù)施工簡便，材料性能優(yōu)良、使用壽命長，固化時間短、可快速恢復交通。

2　材料性能

2.1體積指標

自2001年南京二橋首次引入環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝技術(shù)以來，國內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料的級配選擇基本上是近似的。為了保持與原鋪裝匹配，坑槽修補用的冷拌樹脂混合料采用與環(huán)氧瀝青基本一致的級配，見表1，采用的集料為江蘇鎮(zhèn)江茅迪橋面料，填料為石灰?guī)r礦粉。

表1　冷拌樹脂混合料合成級配及范圍

冷拌樹脂混合料采用馬歇爾試驗方法進行設計，常溫拌和，雙面擊實75次后成型馬歇爾試件，并進行體積指標試驗。一般環(huán)氧瀝青混合料油石比為6.5%左右，為了提高施工和易性和可壓實性，最終選定的最佳油石比為7.5%。馬歇爾體積指標見表2，空隙率在2%左右，能保證鋼橋面防水要求，且強度較高，馬歇爾穩(wěn)定度達到100 kN以上，高于一般的環(huán)氧瀝青混合料，是常規(guī)改性瀝青混合料強度的10倍以上。

表2　冷拌樹脂混合料體積指標

2.2水穩(wěn)定性

冷拌樹脂混合料極其密實，空隙率較低，基本不透水，且樹脂膠結(jié)料與集料粘附強度極高，因此水對混合料性能的影響不大。表3為冷拌樹脂混合料的水穩(wěn)定性試驗結(jié)果，其條件與非條件馬歇爾穩(wěn)定度都在100 kN以上，條件與非條件劈裂強度都大于9.9 MPa，可見其殘留穩(wěn)定度和TSR凍融劈裂比均未出現(xiàn)下降，具有優(yōu)良的水穩(wěn)定性。

表3　冷拌樹脂混合料水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

2.3抗裂性能

樹脂屬于高分子材料，強度較高，其變形能力則相對偏低，尤其是常溫固化型的。本文通過采用增柔和增韌劑改性后，使其變形能力得到明顯改善。表4為冷拌樹脂混合料常溫與低溫彎曲試驗結(jié)果，結(jié)果表明：常溫狀態(tài)下，冷拌樹脂混合料與環(huán)氧瀝青的極限破壞應變相近，彎拉強度高出環(huán)氧瀝青30%；而在低溫（-10℃）狀態(tài)下，冷拌樹脂混合料極限破壞應變下降幅度較大，達到2 700μ ε左右，但與傳統(tǒng)改性瀝青SMA相當?？梢钥闯霰疚难邪l(fā)的冷拌樹脂混合料不但具有較高的強度，還具有一定的變形能力。

表4　冷拌樹脂混合料低溫性能試驗結(jié)果及技術(shù)要求

2.4高溫性能

高溫性能一直是傳統(tǒng)熱塑性瀝青類材料的弱點，鋼橋面鋪裝高溫持續(xù)時間相對一般瀝青路面更長，且重載、超載現(xiàn)象更為普遍，傳統(tǒng)的瀝青熱補料或者乳化瀝青冷補料，通常由于高溫性能不足，在夏季很快發(fā)生推移病害。

冷拌樹脂和環(huán)氧瀝青混合料都屬于熱固性材料，強度高，且對溫度不敏感，高溫狀態(tài)下不會出現(xiàn)流動現(xiàn)象，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。冷拌樹脂和環(huán)氧瀝青的60 ℃動穩(wěn)定度均達到20 000次/mm以上，是傳統(tǒng)改性SMA的4倍以上。

2.5界面粘結(jié)性能

鋪裝界面粘結(jié)材料一直鋼橋面鋪裝養(yǎng)護工程研究的熱點與難點。以往采用冷補料進行坑槽修補并通車后，新舊鋪裝接縫在荷載反復作用下，較易發(fā)生二次開裂。目前國內(nèi)對界面粘結(jié)材料的自主研發(fā)與評估屬于空白。本文研發(fā)了一種環(huán)氧粘結(jié)劑，作為鋼板的防水粘結(jié)層和新舊鋪裝接縫粘結(jié)材料。

為了評估該界面粘結(jié)劑對新舊異質(zhì)鋪裝的粘接效果，本文分別成型了環(huán)氧瀝青和冷拌樹脂混合料小梁試件，并分別對半切割后采用該界面粘結(jié)料進行粘接，約固化3～5 h后進行低溫彎曲試驗。結(jié)果如表5所示，粘結(jié)后的小梁試件彎拉強度達到31 MPa左右，極限破壞應變達到3 100 με左右，接近原環(huán)氧瀝青混合料的80%，具有良好的修復效果。

表5　小梁復合件抗裂試驗

3　施工工藝

首先做好交通封閉后，將坑槽病害內(nèi)的混凝土挖除并清理干凈；其后采用手工打磨方式對鋼板進行除銹，并立即在鋼板表面和新舊鋪裝接縫四壁涂布環(huán)氧粘結(jié)劑，用量約為1 kg/m2；然后將稱量好的礦料和冷拌樹脂膠結(jié)料 （含A和B組分）投入小型拌和機，拌和1～2 min后，直接將冷拌樹脂混合料人工攤鋪于坑槽內(nèi)，并采用平板夯等小型工具進行振動壓實；常溫養(yǎng)護3～5 h后，混合料完成固化，可恢復交通。

目前本文研發(fā)的冷拌樹脂混凝土坑槽快速修復技術(shù)在國內(nèi)多個大跨徑鋼橋面鋪裝養(yǎng)護工程中得到成功應用，使用近4年來狀況良好，未發(fā)生二次破損，大幅延長了鋪裝使用壽命，對推遲鋪裝大中修養(yǎng)護時機起到了明顯改善作用。

4　結(jié)語

鋼橋面鋪裝使用條件相對于一般瀝青路面惡劣，小修保養(yǎng)頻率較為頻繁，普通的瀝青類修補材料由于力學性能不足，修補后二次破損較為普遍，尤其是高溫穩(wěn)定性問題；而環(huán)氧瀝青由于需要長期養(yǎng)生，交通封閉壓力過大，并不適用于日常養(yǎng)護。

本文研發(fā)的冷拌樹脂混凝土采用冷拌冷鋪工藝，施工簡便，且具有優(yōu)良的路用性能，水穩(wěn)定性以及高、低溫性能等指標與進口環(huán)氧瀝青相當，且固化時間較短，只需3～4 h，可快速恢復交通，填補了國內(nèi)鋼橋面高性能快速修補材料空白。

界面粘結(jié)一直是鋼橋面修補技術(shù)的難點，本文采用的環(huán)氧粘結(jié)劑可有效粘結(jié)新舊鋪裝，接縫位置抗裂性能優(yōu)良，具有良好的修復效果。

［1］Youqiang Pan，Zhixiang Zhang，Rongji Cao. Research on ERS Steel Deck Pavement Techniques［J］. Journal of Testing and Evaluation. 2012，40（7）：1260-1264.

［2］DB32T 2284—2012 雙組分環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］朱文白，張輝，潘友強.大跨徑鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝典型病害研究［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2013，10（5）：23-25.

［4］李丹，余健，章登精.南京地區(qū)環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害分析及養(yǎng)護措施［J］.森林工程，2012，28（5）：86-91.

［5］韓超，李浩天，賈渝.基于現(xiàn)代化檢測的環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝病害研究［J］. 公路工程，2011，36（1）：50-54.

［6］黃衛(wèi)，錢振東，張磊.鋼橋面鋪裝局部修復方案試驗研究［J］.土木工程學報，2006，39（8）：87-90.

［7］張輝，潘友強，張健.大跨徑環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝裂縫修復材料性能試驗研究［J］. 公路，2013（12）：36-39.

［8］錢振東，何長江.鋼橋面裂縫快速修復材料性能試驗研究［J］.東南大學學報：自然科學版2008，38（2）：255-259.

［9］胡濤，胡德勇，李璐.澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝維修中的應用［J］. 橋隧工程，2012（1）：66-69.

Research on Performance of Quick Repair Material Modified by Resin for Steel Deck Pavement

Zhang Hui， Pan Youqiang， Yu Di' er， Zhu Lei， Wu Zhao
（National Engineering Laboratory for Advanced Road Materials， Jiangsu Transportation Institute， Nanjing 211112， China）

Early diseases in steel deck surfacing are common in China because of high temperature and heavy duty. The performances of quick repair technique based on modified resin are researched in this paper. The results show that the modified resin repairing material has good performances including good mechanical property， simple construction and good interfacial bonding behavior. The technique has applied in some deck pavements maintenance engineering and obtains good effects.

steel deck pavement； quick repair； modified resin； interfacial bonding

U443.33

A

1672-9889（2015）01-0007-02

江蘇省自然科學基金項目（項目編號：BK2011085）

張輝（1985-），男，江蘇南通人，工程師，主要從事鋼橋面鋪裝及路面研究工作。

（2014-06-09）