鋼橋面鋪裝層性能研究

張榮鳳

摘??要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也逐漸成為國家發(fā)展重要的一部分。近年來，我國大型鋼橋建設(shè)步伐快速前進(jìn)，鋼橋面比普通混凝土橋面來說，鋪裝層鋪設(shè)尤為重要。通過對環(huán)氧瀝青鋪裝層相關(guān)研究的分析，總結(jié)了環(huán)氧瀝青鋪裝層相關(guān)性能和應(yīng)用狀況的研究。分析結(jié)果表明：環(huán)氧瀝青鋪裝層疲勞耐久性的極限不同因素影響，對環(huán)氧瀝青鋪裝層的研究主要集中在延長使用壽命以及疲勞特性等方面;鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層的應(yīng)用研究主要針對病害成因及應(yīng)對措施等方面。

關(guān)鍵詞：鋼橋面;環(huán)氧瀝青;鋪裝層

1鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層性能研究

姚波等人為了給鋼橋面鋪裝設(shè)計提供參考，考慮了溫度、法向應(yīng)力等影響因素，進(jìn)行了鋼橋面與環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝界面剪切特性的試驗研究，結(jié)果表明鋼橋面與環(huán)氧瀝青鋪裝界面抗剪強(qiáng)度受溫度與法向應(yīng)力的影響較大，隨溫度升高而減少、隨法向應(yīng)力增加而增大;殘余抗剪強(qiáng)度受溫度影響較小，主要隨法向應(yīng)力增加而增大[1]。馬林等人以提高某橋環(huán)氧瀝青鋪裝層使用壽命為出發(fā)點，研究了環(huán)氧瀝青鋪裝層疲勞耐久性的極限受力影響因素，建立有限元模型，通過小梁試件四點彎曲疲勞試驗，分析鋪裝層的極限受力情況，結(jié)果表明隨鋪裝層的彈性模量增大，其應(yīng)力應(yīng)變減小，最后提出適當(dāng)提高環(huán)氧瀝青鋪裝層的彈性模量以提高橋梁耐久性的建議[2]。一些學(xué)者采用剪切、拉拔等試驗對幾種不同的防水粘結(jié)層性能做分析[3][4]，耿杰研究了施工隊環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層性能的影響，給出了施工建議溫度[5]。

2鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層應(yīng)用狀況

2.1鋼橋面瀝青鋪裝層材料

概括國內(nèi)外的對鋼橋面鋪裝體系的研究約有四種類型：澆注式瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂混凝土、改性瀝青SMA以及環(huán)氧樹脂瀝青混凝土[6]。

澆注式瀝青混凝土是在?220℃～260℃高溫下拌和，利用混合料的流動性攤鋪成型而無須碾的一種高瀝青含量與高礦粉含量、空隙率小于1%的瀝青混和物，20世紀(jì)50年代源于德國，廣泛應(yīng)用于日本。它具有良好的防水性能，不用再單獨設(shè)立防水層，在鋼板和鋪裝層之間鋪設(shè)一層粘結(jié)上下層的溶劑型瀝青橡膠;對于鋼橋面鋪裝，如果下面層應(yīng)用的是改性瀝青密級配混凝土，通常要鋪設(shè)防水層，防水層施工如果不當(dāng)，較易形成氣泡，邊角部位也不容易貼密實，影響施工質(zhì)量。其優(yōu)點是抗滑性、水密性、耐久性、沖擊性好及壓縮變形小、無需碾壓;缺點是礦粉及瀝青含量高，高溫抗流動性能低。

SMA是一種新型的間斷密級配瀝青混合料結(jié)構(gòu)，SMA粗集料含量約占70%，集料間填充了適量的瀝青瑪蹄脂膠漿，20世紀(jì)60年代源于德國，90年代引入美國[7]。其優(yōu)點是穩(wěn)定性高、空隙率小，耐高溫、低溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性好，抗裂、抗車轍、抗滑性好;缺點是SMA由于集料級配區(qū)間小，對混合料要求較高。

環(huán)氧瀝青混凝土是利用熔融的環(huán)氧瀝青代替水及水泥加入集料拌和成的改性瀝青混凝土。殼牌石油公司最早研發(fā)了環(huán)氧瀝青混凝土，起初用于防止機(jī)場道面被飛機(jī)燃油和噴氣的侵蝕損壞，后來廣泛應(yīng)用于正交異性鋼橋面板鋪裝[8]。其優(yōu)點是高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性，強(qiáng)度高、粘韌性好;缺點是制備、施工條件苛刻，造價高。

2.2鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層應(yīng)用

1967年美國首次將環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝層，使用效果良好;隨后，荷蘭、加拿大、澳大利亞等國家一部分大跨徑鋼橋面鋪裝材料也選用環(huán)氧瀝青;日本在20世紀(jì)末對環(huán)氧瀝青研究逐漸成熟并相繼出版了技術(shù)規(guī)范和準(zhǔn)則[9]。我國對環(huán)氧瀝青鋪裝層應(yīng)用的研究起步較晚，起初主要應(yīng)用在裂縫修補(bǔ)方面。1995年，同濟(jì)大學(xué)的呂偉民教授在國內(nèi)率先開展了關(guān)于環(huán)氧瀝青的材料，并進(jìn)行了相關(guān)試驗研究;2000年，江蘇南京長江二橋首次運用環(huán)氧瀝青混凝土，此后，環(huán)氧瀝青混凝土陸續(xù)應(yīng)用在我國一些橋面鋪裝工程中;2014年，我國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》，規(guī)定了我國的鋼橋面鋪裝用環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)。

3鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層病害防治

郭威等人針對環(huán)氧瀝青鋪裝層病害，提出了小修保養(yǎng)的施工工藝：對裂縫處治采用直接灌縫和V形擴(kuò)槽灌縫兩種;坑槽修補(bǔ)給出9道實施工序;表面缺陷一般配置環(huán)氧砂漿補(bǔ)平[10]。王釹承對環(huán)氧瀝青和冷補(bǔ)兩種鋼橋面修復(fù)材料出現(xiàn)的問題進(jìn)行探究，給出了具體的處理方法[11]。匡怡研究設(shè)計出適合兩種修補(bǔ)界面粘結(jié)層的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑及其處理方式，并且經(jīng)過試驗結(jié)合實際工程受力情況，提出以抗剪強(qiáng)度評價鋼橋面修補(bǔ)界面粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度[12]。謝偉偉對雙層SMA類、澆注類和環(huán)氧瀝青類鋼橋面鋪裝類型進(jìn)行損傷病害機(jī)理分析，總結(jié)了鋼橋面鋪裝特性與鋪裝病害的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合鋼橋面維修施工的要求，提出了病害維修施工技術(shù)[13]。

4結(jié)語

隨著我國大跨徑橋梁的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，環(huán)氧瀝青以其優(yōu)良的鋪裝性能備受關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景，目前對環(huán)氧瀝青鋪裝層的研究已經(jīng)取得一些成果，依然有很多問題需要解決。

（1）環(huán)氧瀝青混凝土強(qiáng)度高，抗疲勞性和耐久性好，但是固化后變得硬脆，與鋼面板追隨性不好，易出現(xiàn)粘結(jié)層失效等病害。如何提高其柔韌性，需要從環(huán)氧瀝青的力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，進(jìn)一步研究如何提高鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層的低溫開裂等性能。

（2）針對目前環(huán)氧瀝青鋪裝層的病害成因，一些學(xué)者對其進(jìn)行防治辦法的探討并進(jìn)行開發(fā)新的修補(bǔ)材料，一定程度上能夠修復(fù)病害，但關(guān)鍵還是要在其損傷模型、疲勞壽命預(yù)測等方面開展研究，不斷提高環(huán)氧瀝青的應(yīng)用性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚波，張于曄，李方超.鋼橋面與環(huán)氧瀝青鋪裝界面剪切特性[J].中國公路學(xué)報，2017，30（03）：132-138.

[2] 馬林，黃雷，代希華，聶文，徐偉.正交異性鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝層疲勞耐久極限研究[J].橋梁建設(shè)，2019，49（04）：29-34.

[3] 張爭奇，陶晶，張思桐.橋面鋪裝環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層性能試驗與評價[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，31（04）：1-6.

[4] 黃衛(wèi)，錢振東，程剛.環(huán)氧瀝青混凝土在大跨徑鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002（05）：783-787.

[5] 耿杰.環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層及混合料疲勞性能試驗研究[D].華南理工大學(xué)，2018.

[6] 李廣.鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝工法及質(zhì)量控制研究[D].重慶交通大學(xué)，2017.

[7] 王林.鋼橋面SMA鋪裝技術(shù)理論與試驗研究[D].武漢理工大學(xué)，2002.

[8] 李水金.鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝粘結(jié)層性能與結(jié)構(gòu)力學(xué)分析[D].華南理工大學(xué)，2016.

[9] 李孝旭.環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝材料評價與應(yīng)用試驗研究[D].華南理工大學(xué)，2015.

[10] 郭威，晏冬陽，朱耀庭，俞喜蘭.環(huán)氧瀝青鋪裝層病害成因及小修保養(yǎng)策略研究[J].公路與汽運，2016（06）：225-228.

[11] 王釹承.鋼橋面環(huán)氧樹脂改性瀝青鋪裝病害研究綜述[J].四川水泥，2018（03）：340.

[12] 匡怡.鋼橋面鋪裝層修補(bǔ)用界面粘結(jié)材料的設(shè)計與性能研究[D].武漢工程大學(xué)，2018.

[13] 謝偉偉.鋼橋面鋪裝病害分析及修復(fù)材料研究[D].華南理工大學(xué)，2017.