美國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝工藝在鋼箱梁橋面鋪裝維修工程中的應(yīng)用

張威 姚凱

摘要 文章結(jié)合蘇通長江大橋鋼橋面鋪裝維修工程案例，介紹了美國化學(xué)公司環(huán)氧瀝青拌制的瀝青混凝土的性能和優(yōu)缺點，闡述了在鋼橋面鋪裝維修施工中該瀝青混凝土的施工工藝、施工參數(shù)和注意事項，探討了美國環(huán)氧瀝青混凝土的適用性和關(guān)鍵控制措施。

關(guān)鍵詞 鋼橋面鋪裝;美國環(huán)氧瀝青混凝土;工藝;適用性;關(guān)鍵控制措施

中圖分類號 U443.33 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0113-04

0 前言

20世紀90年代中期，隨著我國長大跨徑纜索支承鋼橋大規(guī)模地建成并投入使用，鋼橋面鋪裝問題開始凸顯。為了解決運營期鋼橋面鋪裝病害問題，國內(nèi)的科研單位開展了系統(tǒng)深入的研究，采用的鋼橋面鋪裝方案包括SBS改性瀝青SMA鋪裝結(jié)構(gòu)、GA澆注式瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)和日本或美國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，并圍繞這些材料進行了多種結(jié)構(gòu)組合的研究與工程實踐。從2000年開始，首次在南京長江第二大橋鋼橋面鋪裝中應(yīng)用美國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝工藝，截至目前該鋪裝工藝在我國的鋼橋面鋪裝工程中得到了大量應(yīng)用。通過工程實踐表明，美國環(huán)氧瀝青混凝土是一種具備優(yōu)異的高低溫性能和良好的耐久性鋪裝材料，適合于我國大跨徑鋼箱梁橋鋪裝工程。

蘇通長江大橋鋼橋面鋪裝自2008年通車運行，鋪裝采用雙層5.5 cm厚美國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土，鋪裝下層厚2.5 cm，鋪裝上層厚3.0 cm，防水粘結(jié)層和鋪裝層間粘層采用環(huán)氧瀝青作為粘結(jié)材料，鋼橋面鋪裝整體狀況良好，其使用品質(zhì)保持同類鋪裝領(lǐng)先地位[1]。

隨著使用時間的延長，蘇通長江大橋過江交通量快速增長，正常情況下達6.9萬輛/日，高峰時段超過15萬輛/日，其中貨車比例接近50%，鋼橋面鋪裝局部出現(xiàn)較多裂縫和坑槽，見圖1。同時鋼橋面板在風(fēng)荷載、車輛荷載和溫度作用下，整體變形較大，鋼橋面鋪裝面臨的使用環(huán)境和自身的受力和變形較普通高等級路面復(fù)雜。因此，在日常運營階段針對出現(xiàn)的鋪裝局部病害，為改善鋪裝的使用性能，采用熱拌環(huán)氧瀝青混凝土進行局部維修是十分必要的。

為確保鋪裝維修材料的一致性及鋪裝使用性能的協(xié)調(diào)性，更好地發(fā)揮新老鋪裝的整體服務(wù)功能。維修方案仍采用環(huán)氧瀝青材料進行維修，采用單層5.5 cm厚美國環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，見圖2。

1 美國環(huán)氧瀝青混凝土特點

相比較于SMA鋪裝結(jié)構(gòu)和澆注式瀝青混凝土鋪筑結(jié)構(gòu)，美國環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的優(yōu)點是：馬歇爾試驗強度高、高溫抗車轍和低溫抗裂性能好、抵抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕和適應(yīng)自然環(huán)境變化的性能優(yōu)異。主要缺點是：混合料拌合中各種原材料加熱溫度和摻配比例控制較難，混合料出料溫度較難控制;混合料運輸和攤鋪碾壓過程中對混合料的溫度要求十分嚴格;環(huán)氧瀝青價格相較于普通道路石油瀝青高[1]。

2 施工工藝

2.1 機械設(shè)備

鋼橋面鋪裝局部維修采用移動式瀝青混凝土拌和機拌。施工前，應(yīng)對所有的拌合設(shè)備進行詳細的檢查和保養(yǎng)，確保設(shè)備狀態(tài)良好，并儲備足夠的易損件應(yīng)對突發(fā)的設(shè)備故障，確保施工的連續(xù)性。使用的主要機械設(shè)備為：1臺移動式瀝青混凝土拌和機、1臺瀝青混凝土攤鋪機、1臺13 t雙鋼輪振動壓路機、1臺30 t輪胎壓路機、1臺自回收式拋丸機、2臺運輸車。

2.2 材料

環(huán)氧瀝青混凝土所需的各種主要材料具體如下：

（1）粗細集料采用玄武巖材質(zhì)碎石，性能測試見表1，礦粉采用石灰?guī)r礦粉，性能測試結(jié)果見表2。

（2）結(jié)合材料采用美國化學(xué)系統(tǒng)公司產(chǎn)環(huán)氧瀝青，性能測試結(jié)果見表3～5，混合料級配見表6。

2.3 施工工藝

施工區(qū)域交通封閉→原鋪裝破除→拋丸除銹作業(yè)→防水粘結(jié)層施工→混合料拌和→混合料運輸→混合料攤鋪→碾壓→加速養(yǎng)生→開放交通。

2.3.1 破除原鋪裝層及拋丸除銹施工工藝

（1）交通封閉后，畫定需要修補的區(qū)域并做好標記和記錄。

（2）采用手持式切縫機沿標記好的輪廓切割原鋪裝結(jié)構(gòu)，切割角度為垂直90°，切割深度5.0 cm，避免鋸片傷及鋼面板。

（3）采用風(fēng)鎬將切割好的原鋪裝層破除，破除作業(yè)見圖3，并清掃棄運。

（4）采用自回收式拋丸機對破除原鋪裝后裸露的鋼板進行除銹作業(yè)，對照除銹標準圖譜，等級為Sa2.5級，粗糙度50～100 μm，除銹作業(yè)見圖4。

（5）采用鋼絲刷和風(fēng)力滅火器對作業(yè)面進行仔細清掃，確保工作面潔凈、無鋼砂、無雜物灰塵。

（6）對作業(yè)面進行檢查、驗收后，拋丸除銹施工后4 h內(nèi)進行防水粘結(jié)層施工。

（7）環(huán)境相對濕度大于90%或陰雨天氣時應(yīng)終止施工。

2.3.2 防水粘結(jié)層施工工藝

（1）拌合廠內(nèi)采用導(dǎo)熱油爐對美國環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料進行加熱，環(huán)氧瀝青組分A加熱至87±3 ℃，組分B1f加熱至150±3 ℃，保溫運至現(xiàn)場使用。

（2）防水粘結(jié)層施工采用人工使用刮刀進行刮涂作業(yè)，用量按照0.68 kg/m2進行作業(yè)，見圖5。每個施工區(qū)域按照總用量/灑布面積進行灑布量控制，同時按照總量校核各組分比例是否正確。

（3）采用人工對切縫側(cè)面進行刮涂作業(yè)，確保切縫部位環(huán)氧瀝青刮涂均勻，無漏刮，無匯聚現(xiàn)象。

（4）氣溫低于10 ℃、風(fēng)速大于10 m/s、相對濕度大于90%或陰雨天氣時應(yīng)停止防水粘結(jié)層施工。

（5）對作業(yè)面進行檢查、驗收后，進行封閉養(yǎng)護，準備下一工序作業(yè)。

2.3.3 環(huán)氧瀝青混合料拌和

（1）拌和站提前對拌和用環(huán)氧瀝青材料進行加熱，環(huán)氧瀝青組分A加熱溫度為87±3 ℃，環(huán)氧瀝青組分Bv加熱溫度128±3 ℃。

（2）采用人工將拌和所需的玄武巖集料按配合比人工投送至拌和機提升斗內(nèi)。玄武巖集料通過集料提升斗投送入加熱滾筒內(nèi)，集料加熱溫度控制在130 ℃左右。礦粉通過礦粉提升斗直接投送入攪拌缸內(nèi)。

（3）采用電腦控制的流量閥進行拌和所需的環(huán)氧瀝青計量工作，按照組分A∶組分Bv質(zhì)量比1∶5.85進行質(zhì)量控制，兩種組分環(huán)氧瀝青混合后通過計量系統(tǒng)輸入拌和缸內(nèi)。

（4）送入攪拌缸的集料和礦粉經(jīng)過5 s的干拌后，加入環(huán)氧瀝青濕拌50 s，確保拌和后的混合料無花料、無離析現(xiàn)象發(fā)生。美國環(huán)氧瀝青混合料合格的出料溫度為110～121 ℃，對超出出料溫度范圍的混合料應(yīng)予廢棄。

2.3.4 環(huán)氧瀝青混合料運輸

（1）環(huán)氧瀝青混合料運輸車采用單軸自卸車輛，車廂隔離劑采用食用油，涂抹量不宜過多，以車廂不粘料為宜，防止食用油過多滴灑。

（2）采用裝載機將拌和好的混合料裝載至運輸車內(nèi)，根據(jù)每天的施工量，確定適宜的裝載噸位。混合料裝載完畢后，采用棉被和篷布進行覆蓋保溫，防止運輸過程中混合料的溫度過度散失。

（3）拌和站安排專人填寫送料單，詳細記錄每車混合料的拌和起止時間、混合料溫度、噸位等數(shù)據(jù)。送料單隨車輛運至施工現(xiàn)場后，交至調(diào)度人員。

（4）車輛運輸過程中因故停車時，應(yīng)及時通知管理人員，并及時搶修。

2.3.5 環(huán)氧瀝青混合料攤鋪碾壓

（1）攤鋪前，提前0.5 h進行攤鋪機熨平板加熱，熨平板預(yù)熱溫度控制在100 ℃左右。

（2）由于每塊修補面積較小、鋪裝厚度較薄等特殊性，從運輸車卸料至攤鋪完成應(yīng)盡快進行，防止未碾壓的混合料溫度過度降低，影響后續(xù)的壓實效果。

（3）碾壓方案。初壓采用雙鋼輪壓路機，碾壓三次，第一次前靜后振，第二、三次振動碾壓。

復(fù)壓采用輪胎壓路機，碾壓三次。

終壓采用雙鋼輪壓路機，碾壓至無輪跡。

（4）碾壓溫度控制。初壓終了溫度應(yīng)大于82 ℃，復(fù)壓終了溫度應(yīng)大于65 ℃。

（5）壓路機輪胎隔離劑宜采用水溶性洗潔劑，碾壓時人工擦涂至輪胎表面，防止輪胎粘連混合料。

（6）環(huán)氧瀝青混合料鋪裝施工后，在養(yǎng)生期間應(yīng)安排專人隨時檢查環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑有無鼓包現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)鼓包，應(yīng)使用鋼針刺穿鼓包，然后向鼓包內(nèi)注入環(huán)氧粘結(jié)材料，最后使用橡皮錘擊平鼓包，將多余的環(huán)氧粘結(jié)劑清理干凈。

（7）攤鋪碾壓施工應(yīng)在氣溫和路面10 ℃以上，風(fēng)速15 m/s 以下的天氣條件下開展施工。

2.3.6 封閉養(yǎng)護

鋪筑的環(huán)氧瀝青混合料隨著內(nèi)部樹脂的固化反應(yīng)，其混合料強度逐步增加，強度的增加與鋪裝內(nèi)部溫度正相關(guān)。傳統(tǒng)大面積環(huán)氧瀝青鋪裝采用自然養(yǎng)生的方法，封閉養(yǎng)生長達28天時間，維修施工中應(yīng)重點考慮到時效性，既要盡量減少對橋面交通流的影響，縮短維修的時間，又要避免因環(huán)氧瀝青混合料固化反應(yīng)不充分，從而影響鋪裝質(zhì)量。

維修項目應(yīng)用30萬大卡導(dǎo)熱油爐加熱導(dǎo)熱油，利用循環(huán)泵將加熱后的導(dǎo)熱油在保溫罩內(nèi)的加熱管網(wǎng)中循環(huán)，維持保溫罩內(nèi)溫度為120 ℃持續(xù)對環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝進行加熱，加速養(yǎng)生速度，由自然養(yǎng)生需要的28天縮短為1天。具體實施步驟為：

（1）配置30萬大卡導(dǎo)熱油爐，加熱管網(wǎng)采用鋼管、法蘭、閥門等自主加工成符合施工需要的形狀，單片面積5 m2。根據(jù)施工面積，加工足量的加熱管網(wǎng)片。保溫罩采用角鐵制作骨架，上面錨固紅外反射板材，增加紅外輻射效率，板材的形狀、大小和數(shù)量與加熱管網(wǎng)片相匹配。

（2）將小型導(dǎo)熱油爐、發(fā)電機、加熱管網(wǎng)、保溫罩通過一輛中型貨車運至鋪裝維修現(xiàn)場。

（3）根據(jù)維修面積和形狀，通過耐高溫軟管連接單片加熱管網(wǎng)，組成大面積加熱管網(wǎng)。管網(wǎng)上設(shè)置保溫罩，形成相對密閉的加熱環(huán)境，見圖6。

（4）啟動發(fā)電機、導(dǎo)熱油爐、循環(huán)泵，開始加熱。

（5）美國環(huán)氧瀝青混凝土養(yǎng)生溫度120 ℃，為抵消養(yǎng)生系統(tǒng)熱量損失，設(shè)置導(dǎo)熱油爐加熱恒溫溫度較養(yǎng)生溫度高20 ℃左右。

（6）120 ℃恒溫加速養(yǎng)生8 h，同步養(yǎng)生的馬歇爾試件強度≥30 kN時，即可拆除養(yǎng)生設(shè)備，開放交通。

3 結(jié)語

針對蘇通大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝病害的調(diào)查分析及維修案例的使用觀察，合理的環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護方案和病害維修方案對鋼橋面鋪裝使用的耐久性至關(guān)重要，采用美國環(huán)氧瀝青混凝土工藝，利用小型拌和機和加速養(yǎng)生設(shè)備處治病害，其與原鋪裝路面能形成整體和良好的防滲水效果，適用于不中斷交通的條件下開展局部鋼橋面鋪裝維修作業(yè)。另外針對鋼橋面鋪裝的特殊性，應(yīng)重點開展好以下幾方面工作：

（1）重視鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑的日常檢查工作，對發(fā)現(xiàn)的鋪裝病害，及時制定修補方案并實施。

（2）對鋪裝完成后初期出現(xiàn)的鼓包病害，及時按照文中對鼓包的處置措施消除鼓包，確保鋪裝層和鋼板結(jié)合緊密，避免運營階段該位置出現(xiàn)坑槽等病害。

（3）小于（20×20）cm的坑槽可以采用047膠冷拌混合料進行修補，坑槽尺寸超過該尺寸的應(yīng)采用熱拌環(huán)氧瀝青混凝土進行修補。冷拌和熱拌混合料的強度應(yīng)大于原鋪裝設(shè)計馬歇爾試驗強度等級。

參考文獻

[1]常肖露，徐曉易.蘇通大橋鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝養(yǎng)護技術(shù)研究[C].2013年全國公路養(yǎng)護技術(shù)學(xué)術(shù)年會，2014：49-54.