溫拌型環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝施工技術(shù)研究

王 璽

（中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100043）

0 引言

由于環(huán)氧瀝青材料自身性能的特殊性，施工過(guò)程中對(duì)時(shí)間、溫度等因素提出了較高的要求，因此，環(huán)氧瀝青具有施工條件嚴(yán)苛、施工工序緊湊、施工關(guān)鍵技術(shù)精準(zhǔn)的特點(diǎn)。為了確保環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量，本文通過(guò)借鑒多個(gè)工程實(shí)例的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合太原市濱河?xùn)|路南延二期工程鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪裝施工，對(duì)其質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討，以期提高其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1 溫拌型環(huán)氧瀝青材料及橋面鋪裝的特點(diǎn)

1.1 環(huán)氧瀝青的材料特性

環(huán)氧瀝青相較于普通瀝青材料，在強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、耐久性等方面具有優(yōu)勢(shì)。環(huán)氧瀝青黏結(jié)料的拉拔強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度至少是常見普通橋面防水材料的6 倍，環(huán)氧瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度至少是SBS 改性瀝青混合料的4 倍[1]。

環(huán)氧瀝青固化成型后在高溫下不會(huì)流動(dòng)，70 ℃下混合料動(dòng)穩(wěn)定度是熱塑性改性瀝青混合料的5倍～10 倍，所以具有良好的高溫穩(wěn)定性。環(huán)氧瀝青在低溫下具有足夠的柔性，-10 ℃下混合料極限彎曲強(qiáng)度是熱塑性改性瀝青的3 倍，彎曲應(yīng)變?yōu)闊崴苄愿男詾r青的1.5 倍～2 倍，所以其具有良好的低溫抗裂性能。

環(huán)氧瀝青具有優(yōu)異的耐疲勞性能，可大幅降低道路運(yùn)營(yíng)后期的養(yǎng)護(hù)和維修成本，同時(shí)具有很好的耐化學(xué)物品侵蝕性和耐油性。其在酸、堿、鹽、油等溶液中浸泡15 d 后，材料性能保持完好，能有效避免在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于車輛漏油造成路面破壞和道路積雪后融雪劑對(duì)路面的侵蝕破壞。而且環(huán)氧瀝青混合料孔隙率小，可為鋼橋面提供雙層防腐蝕保護(hù)。

1.2 溫拌型環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的施工特點(diǎn)

環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料和混合料均由A，B 雙組分在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而成，其反應(yīng)過(guò)程不可逆，基于環(huán)氧瀝青材料的這一特點(diǎn)，在施工過(guò)程中，需采取專用智能混合、灑布設(shè)備。

溫拌型環(huán)氧瀝青黏結(jié)料和混合料施工必須嚴(yán)格控制施工溫度范圍和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)的施工節(jié)奏應(yīng)層層把控。

對(duì)于環(huán)氧瀝青黏結(jié)料，溫度過(guò)高將導(dǎo)致黏結(jié)材料固化反應(yīng)過(guò)快，不能有效發(fā)揮它對(duì)鋪裝層和鋼板之間的黏結(jié)作用；溫度過(guò)低將導(dǎo)致黏結(jié)材料流動(dòng)性差，灑布不均勻，不能充分覆蓋橋面鋼板，達(dá)不到防水、黏結(jié)效果。

對(duì)于環(huán)氧瀝青混合料，由于環(huán)氧瀝青材料自身特性，在一定的溫度條件下，其強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng)，溫度越高固化反應(yīng)速度越快，所需時(shí)間越短，反之，則時(shí)間越長(zhǎng)。溫度過(guò)高將導(dǎo)致混合料固化反應(yīng)過(guò)快，不能為施工提供足夠的作業(yè)時(shí)間；溫度過(guò)低將使集料中的水分不能充分干燥，影響環(huán)氧瀝青混合料性能的發(fā)揮，使混合料和易性降低，攤鋪碾壓難度增加。

2 工程概況

該工程起點(diǎn)為迎賓路，終點(diǎn)為文源路，設(shè)計(jì)起點(diǎn)為K0+000，設(shè)計(jì)終點(diǎn)為K15+770.289，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為15 770.289 m。本標(biāo)段施工范圍為K5+500～K7+850，全線共長(zhǎng)2 350 m。標(biāo)段兩聯(lián)鋼箱梁橋分別設(shè)置在橫跨大王線與小牛線位置，全長(zhǎng)203 m。該橋主梁采用Q345qD，梁高2 m，整橋?qū)挾葹?3.5 m，雙向六車道。鋼箱梁橋面鋪裝施工面積為4 466 m2。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為正交異型鋼橋面板+環(huán)氧富鋅漆防銹層+環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層+3 cmEAC-10 溫拌環(huán)氧瀝青混合料+環(huán)氧瀝青黏結(jié)層+4.5 cmSBS 改性瀝青瑪蹄脂混合料（SMA-13）（見圖1）。

圖1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

3 環(huán)氧瀝青施工方法與技術(shù)控制措施

3.1 橋面板處理

通過(guò)橋面拋丸清理機(jī)鑿毛處置（對(duì)鋼橋面進(jìn)行除銹），并保持橋面干燥，在環(huán)氧富鋅漆防腐層涂刷和環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層灑布開始前1 h～2 h，采用手持式森林滅火器對(duì)橋面進(jìn)行清掃、除塵處理。

3.2 環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層灑布

環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料由A，B 雙組分在一定的溫度條件下通過(guò)不可逆的化學(xué)反應(yīng)而成，其灑布過(guò)程需采用環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層專用智能灑布設(shè)備。鋼橋面防水黏結(jié)層灑布量為（0.6±0.05）kg/m2；對(duì)漏灑或花灑部分需進(jìn)行人工補(bǔ)灑。噴灑量檢驗(yàn)：采用“接著法”和“總量控制法”復(fù)合檢驗(yàn)噴灑量。環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料施工條件較為嚴(yán)格，橋面施工環(huán)境溫度宜控制在5 ℃～40 ℃，空氣相對(duì)濕度應(yīng)＜90 %，當(dāng)風(fēng)力超過(guò)5 級(jí)或遇雨雪天氣時(shí)嚴(yán)禁施工。

3.3 灑布防滑熱瀝青混合料

在環(huán)氧瀝青混合料攤鋪前，為防止瀝青攤鋪機(jī)和運(yùn)料車行駛打滑或附著在輪胎上，造成環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層破損，應(yīng)提前在車輛輪胎行駛軌跡位置人工灑布熱環(huán)氧瀝青混合料，灑布厚度應(yīng)≤10 mm，覆蓋率以70%～80%為宜[2]。

3.4 環(huán)氧瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪

3.4.1 拌和

溫拌型環(huán)氧瀝青混合料拌和樓可以采用兩種形式，一種是采用傳統(tǒng)的間歇式瀝青混凝土拌和樓+環(huán)氧瀝青專用對(duì)接設(shè)備，其中環(huán)氧瀝青對(duì)接設(shè)備的作用是，將雙組分環(huán)氧瀝青在規(guī)定溫度（110 ℃～120 ℃）下按A，B 雙組分的規(guī)定比例混合，然后按配合比試驗(yàn)確定的油石比添加到拌缸中進(jìn)行拌和。另一種是采用專用的環(huán)氧瀝青混合料拌和樓進(jìn)行配料與混合料拌和。后者的可靠性更好且操作簡(jiǎn)單。

拌和前，需通過(guò)試拌確定環(huán)氧瀝青混合料的拌和溫度，以及材料計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，其出料溫度±5 ℃，級(jí)配和油石比應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。拌和中采用插入式溫度計(jì)對(duì)每一盤混合料的出料溫度進(jìn)行檢測(cè)，廢棄超出規(guī)定溫度的混合料，對(duì)滿足要求的混合料需填寫“運(yùn)料單”（記錄車號(hào)、裝料數(shù)量、出料時(shí)間和溫度）。

3.4.2 運(yùn)輸

為防止混合料與運(yùn)料車車廂黏附，車廂內(nèi)涂刷植物油或柴油作為隔離劑，并對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行保溫處理[3]。運(yùn)輸時(shí)車輛需進(jìn)行編號(hào)，并需將“運(yùn)料單”帶到施工現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)料車輛行至施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)采用插入式溫度計(jì)對(duì)混合料溫度及到場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)和記錄。

3.4.3 攤鋪

運(yùn)輸車輛應(yīng)行駛在提前灑布好的防滑熱瀝青混合料上，必要時(shí)應(yīng)采用側(cè)向供料機(jī)向?yàn)r青攤鋪機(jī)喂料，避免對(duì)環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層造成損壞?；旌狭蠑備伹皯?yīng)根據(jù)每車測(cè)量溫度和運(yùn)輸時(shí)間與試驗(yàn)確定的“容留時(shí)間與溫度關(guān)系表”對(duì)比，確定混合料攤鋪是否符合攤鋪?lái)樞颉備仌r(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制攤鋪速度，避免中途攤鋪機(jī)停機(jī)造成橫向冷縫。攤鋪過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)復(fù)核攤鋪層的厚度，并根據(jù)已鋪的混合料總量和已鋪的面積復(fù)核攤鋪層平均厚度是否符合設(shè)計(jì)要求[4]。

3.5 環(huán)氧瀝青混合料碾壓

在碾壓過(guò)程中，需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)混合料溫度，并在規(guī)定的初壓（一般為85 ℃）和終壓（一般為50℃）溫度前完成碾壓[5]。為盡量減少碾壓過(guò)程對(duì)橋梁自身結(jié)構(gòu)的影響，整個(gè)碾壓過(guò)程采取靜壓方式。碾壓順序：輪胎壓路機(jī)—雙鋼輪壓路機(jī)—輪胎壓路機(jī)—雙鋼輪壓路機(jī)。在碾壓過(guò)程中如果產(chǎn)生氣泡，立刻用銳物將其戳破并重新壓實(shí)。

3.6 邊緣部位的處理

攤鋪過(guò)程中如采取分幅攤鋪，在第一幅碾壓成型后，第二幅攤鋪前應(yīng)對(duì)已成型的縱向接縫邊緣進(jìn)行切割處理，切割寬度5 cm～10 cm，并在切口處涂刷環(huán)氧瀝青黏結(jié)料。

3.7 養(yǎng)護(hù)及開放交通

溫拌型環(huán)氧瀝青鋪裝層施工結(jié)束后，在自然溫度下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的連續(xù)反應(yīng)，達(dá)到一定的固化程度方可控制性開放交通，基本完成固化后才能完全開放交通；施工結(jié)束后的氣溫決定著養(yǎng)護(hù)時(shí)間和開放交通的時(shí)間。

對(duì)于雙層環(huán)氧瀝青鋪裝，應(yīng)通過(guò)留樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)得到穩(wěn)定度與時(shí)間的關(guān)系，并按照試驗(yàn)頻率（見表1）進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。當(dāng)馬歇爾穩(wěn)定度≥15 kN，且＜25 kN 時(shí)，可以控制性開放交通，當(dāng)馬歇爾穩(wěn)定度≥25 kN 時(shí)，可以完全開放交通。

表1 馬歇爾檢驗(yàn)的頻率

4 環(huán)氧瀝青施工質(zhì)量控制措施

4.1 碾壓方式的確定

針對(duì)該工程兩聯(lián)鋼箱梁環(huán)氧瀝青橋面鋪裝，通過(guò)室內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料試驗(yàn)（馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，見表2）中擊實(shí)次數(shù)的不同（靜壓時(shí)擊實(shí)次數(shù)采用雙面50 次，振動(dòng)壓實(shí)時(shí)擊實(shí)次數(shù)采用雙面75 次），檢驗(yàn)施工過(guò)程中采取靜壓和振動(dòng)壓實(shí)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能的影響情況。通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)認(rèn)為，對(duì)于溫拌型環(huán)氧瀝青混合料，采用50 次擊實(shí)的效果與75次相當(dāng)。試驗(yàn)結(jié)果表明施工過(guò)程中采取靜壓和振動(dòng)壓實(shí)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能無(wú)影響，由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的特殊性，對(duì)鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料施工宜采用靜壓方式。

表2 環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

4.2 初壓和終壓溫度確定

為了確保該標(biāo)段兩聯(lián)鋼箱梁環(huán)氧瀝青的鋪裝質(zhì)量，通過(guò)改變室內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料的成型條件，將環(huán)氧瀝青混合料拌和完成后放置于自然條件下冷卻，分別冷卻至初壓溫度（90 ℃，85 ℃），終壓溫度（60℃，50℃）條件下成型馬歇爾試件，再經(jīng)過(guò)120 ℃條件下養(yǎng)護(hù)6 h，測(cè)試不同成型溫度（正面擊實(shí)時(shí)溫度為高值，反面擊實(shí)時(shí)溫度為低值）對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明不同成型溫度條件下，對(duì)混合料密度及穩(wěn)定度幾乎沒有影響[6]（見表3）。

表3 環(huán)氧瀝青混合料初壓和終壓溫度確定

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)一般為2.5 cm+2.5 cm 雙層環(huán)氧瀝青混合料，或者是3 cm 環(huán)氧瀝青混合料+4.5 cm SMA 瀝青瑪蹄脂混合料，使用該結(jié)構(gòu)橋面大修周期一般在25 年～30 年，相當(dāng)于瀝青路面設(shè)計(jì)使用期的2 倍（國(guó)內(nèi)首座環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝工程——南京長(zhǎng)江二橋于2001 年通車，現(xiàn)已使用超過(guò)20 年仍然完好）。采用“雙層環(huán)氧瀝青”鋪裝的鋼橋面造價(jià)約1 500 元/m2，采用“下層環(huán)氧+上層改性瀝青”結(jié)構(gòu)的鋼橋面鋪裝造價(jià)約900 元/m2，若按照30 年使用期初步估計(jì)，一個(gè)路面大修期15 年內(nèi)兩種結(jié)構(gòu)橋面鋪裝總成本分別為750 元/m2和450 元/m2。

鋼橋面用普通改性瀝青混合料橋面鋪裝一般結(jié)構(gòu)為4 cm+6 cm SBS 改性瀝青混凝土，鋪裝層的造價(jià)約200 元/m2，使用該結(jié)構(gòu)橋面大修頻率一般為3 年/次～4 年/次，如果15 年內(nèi)大修4 次，則一個(gè)路面設(shè)計(jì)使用期橋面鋪裝總成本約為1 000 元/m2（不含挖除舊鋪裝層的費(fèi)用）。

經(jīng)分析可見，環(huán)氧瀝青混合料鋼橋面鋪裝與普通改性瀝青混凝土鋼橋面鋪裝相比，可大幅減少橋面鋪裝大、中修費(fèi)用，又可節(jié)約維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用[7]。

5.2 環(huán)境效益

溫拌型環(huán)氧瀝青混合料的拌和溫度一般在120℃以下，較常用的聚合物改性瀝青混合料低60 ℃～70 ℃，屬于典型的溫拌型混合料，可以節(jié)省30%左右的燃油，降低CO2、煙塵等50%排放量，減少SO2、氮氧化合物60%～70%排放量，具有較好的節(jié)能、環(huán)保特性。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)溫拌型環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝施工技術(shù)在太原市濱河?xùn)|路南延二期工程鋼橋面施工中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)作為一種新型的橋面鋪裝，因其性能優(yōu)越，且具有環(huán)保性，使環(huán)氧瀝青的價(jià)值功能也很好得以體現(xiàn)。首先，環(huán)氧瀝青橋面鋪裝層厚度的減薄減小了橋梁恒載，增加了橋梁的承載能力儲(chǔ)備，延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命。其次，環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度高、溫度穩(wěn)定性好、耐久性能優(yōu)越，減少了維修養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，避免了因歷年多次維修給使用者帶來(lái)的不便。最后，環(huán)氧瀝青的拌和溫度一般在110 ℃～120 ℃，屬于典型的溫拌材料，路用性能高，非常適合應(yīng)用于城市鋼箱梁橋面的鋪裝工程應(yīng)用。