湛江海湾大桥有限公司 524057
摘要：钢桥面铺装工程在世界上仍处于研究和发展阶段，我国的钢结构桥梁正处于迅速的发展期间，钢桥面铺装工程是钢桥面发展的重要环节。环氧沥青混凝土是一种高性能铺装材料，近年来在我国大型桥梁钢桥面铺装上应用越来越多，但使用达到一定年限，却需对原环氧沥青混凝土拆除，进行重新铺装，让钢箱梁桥面环氧沥青混凝土重铺技术更加成熟，更好地服务社会。
关键词：跨海大桥；钢箱梁桥面；环氧沥青混凝土；重铺技术应用
引言：跨海大桥钢箱梁桥面上开展沥青混凝土施工工作的要求比较高。可以将施工过程中的钢箱梁以及桥面环氧沥青混凝土视为一个整体，这一个整体一起承担着车辆的荷载力，在钢箱梁桥面上进行环氧沥青混凝土铺装，在较长的一段时间内，环氧沥青混凝土面层几乎都是保持一种受压的状态。环氧沥青混凝土施工要求、施工工艺等各方面要求比较高，为了保证质量，所以重铺技术要求更高。
一、环氧沥青混凝土特点
环氧沥青是由环氧树脂、固化剂和基质沥青经过化学改性而得到的混合物，其延展性、收缩性与钢板接近，并且拥有良好的力学性能。
环氧沥青混凝土是一种性能优异的钢桥面铺装材料，主要表现在如下几个方面：
（1）环氧沥青混凝土的高温稳定性比其他沥青混合料的要好得多，抵抗车辙变形能力非常优越，高温季节不会发生车辙、拥包等病害。
（2）环氧沥青混凝土具有优良的力学性能，较目前采用的其他沥青混合料有着无法比拟的优点和良好的可变形能力。
（3）环氧沥青混凝土耐久性好，接近零的孔隙率使得外界的水分和空气几乎无法进入，从源头上避免了沥青混凝土在使用时因为接触空气或者水分而导致的材料老化现象。
（4）环氧沥青混凝土是一种性能优良的铺装材料，具有优良的耐高温、高韧性、抗疲劳等性能，尤其对重载交通具有较强的适应性。
（5）环氧沥青混凝土具有极强的强度性能、出色的高温稳定性、优秀的柔变性能以及便捷的施工可操作性。
二、环氧沥青配合比的设计
环氧沥青是将环氧树脂加入沥青中，经与固化剂发生固化反应，形成不可逆的固化物，这种材料从根本上改变了沥青的热塑性质，而赋予沥青完全新的优良物理力学性质。用环氧沥青拌制的沥青混合料，其路用性能比普通沥青混合料优异得多。环氧沥青混合料作为高性料，在桥的施工中是由设计人确定矿料的级配，采用马歇尔试验方法确定其最佳沥青用量，综合考虑其疲劳性能、低温抗裂性、高温稳定性、水稳定性等使沥青混合料的各项指标满足设计要求。但要注意的是，在进行马歇尔试验时，试件制作应分为两组，一组为固化试件，一组为不固化试件。固化试件为成型后不脱模即放入120℃ 的恒温箱，保温4 h 的试件；不固化试件为成型后的常温养护试件。两者的试验目的不同，因为环氧沥青属热固化性材料，其性质近似混凝土，强度随养护时间的延长而增加。不固化试件是对早期开放交通后混合料铺装层受力和使用状况的模拟；固化试件是对养护期后混合料铺装层受力和使用状况的模拟，只有进行两组对比试验才能够准确的确定最佳沥青用量。
例如湛江海湾大桥钢箱梁桥面热拌环氧沥青混凝土重铺工程正式施工之前，进行环氧沥青混合料的配比设计及验证工作。本项工作是确保正式生产环氧沥青混合料质量的关键工序。主要工作内容是进行热料筛分，确定混合料级配，然后用目标配合比的油石比及油石比设计范围进行试拌，根据结合料的品质以及环氧沥青混合料的性能综合确定最佳生产油石比。
1、EA-10环氧沥青混合料目标配合比设计与评价
根据设计级配范围，由各种集料的颗粒组成拟合出合成级配见表2-1。
上表结果说明，该生产配合比各项性能均能满足设计及规范要求。
3、混合料生产：
环氧结合料的添加和拌和温度控制是环氧沥青混凝土生产的关键环节。主要控制要点为：（1）集料干燥，保证生产出厂的混合料不能有水。
（2）环氧树脂的投放。环氧树脂采用树脂沥青专用拌和设备进行计量后投放。环氧树脂由主剂和固化剂按重量比配合，其中主剂占56%、固化剂占44%。事先称量并拌和好，当基质沥青投入到拌缸时，同时投入环氧树脂，环氧沥青的环氧树脂添加量为按重量比基质沥青占50%，环氧树脂占50%。
（3）混合料拌合控制：各档材料按生产配合比进行称量拌和，每盘料干拌时间为5秒、湿拌时间为45秒。按此拌和时间拌和，未发现花白以及不均匀等现象，出料温度严格控制在165～185℃，不得超出190℃，最大程度的保证了前场环氧沥青混凝土的容许施工时间。
三、粘结层材料的技术要求
如何保证铺装层和钢板之间牢固耐久的粘结力，铺装层能否适应钢板复杂的应力应变状态，一方面取决于铺装材料自身的强度与韧性，另一方面还取决于铺装层与钢板以及铺装上下层间的粘结作用。铺装层和钢板之间粘结力丧失而脱层是桥面铺装损坏的一种主要表现。铺装层和钢板之间的脱层可认为是桥面铺装的完全破坏。一旦出现脱层现象，铺装层本身将很快发生破坏，铺装层在荷载作用下对钢板的摩擦冲击会破坏钢板防锈层，在空气和水分作用下会使桥面钢板表面发生锈蚀。因此，铺装与钢板之间的良好结合是桥面铺装与钢桥面板协同工作的关键，它直接影响到铺装的耐久性。如今澳大利亚的西门桥及国内较早修建的北江马房大桥（广东肇庆）、虎门大桥、湛江海湾大桥等都因此而进行了修复。
由此可见，铺装与钢桥面板、铺装上下层之间的粘结是钢桥面铺装技术中需要研究解决的关键技术之一。针对粘结层的以上作用，要求粘结层材料，首先应具有较强的粘结力以及较强的变形适应能力，并且与铺装材料及防腐涂装材料有较好的相容性，保证铺装与钢板以及铺装上下层能够共同承受各种荷载作用。其次粘结层材料应致密不透水。同时粘结层材料也应具备良好的高温抗流动性，并且考虑到施工条件的影响，要求在240℃的短暂高温下不产生老化。
四、钢桥面环氧沥青混凝土铺装质量病害
环氧沥青混凝土病害分早期损坏和使用期病害两种。早期损坏定义为在铺装层施工完成后至投入使用前的养护期间所出现的损坏。使用期病害指铺装层投入使用后桥面出现的病害问题。具体的病害有以下几种：
（1）皮料，又称结团料，是因为生产矿粉、细集料受潮积聚，生产、运输、摊铺环节混合料离析，也可能是环氧沥青混合料温度过高，或者超出其最大容留时间而固化结团，难以摊铺压实，铺装层局部表面发白。
（2）鱼尾状裂纹，环氧沥青混凝土钢桥面铺装层表面裂纹如同鱼的尾部，呈波浪型排列。鱼尾状裂纹是由于碾压不当或者混合料温度过高部分固化造成的。鱼尾状裂纹深入发展成为裂缝与坑槽，将会造成水损破坏，锈蚀钢桥面板。
（3）纵接缝抗渗水性不理想与美观性，在国内多个环氧沥青混凝土钢桥面铺装工程上都出现过，施工时必须注意处理，可以上下层错位铺装防止渗水问题。
（4）国外国内环氧沥青混凝土钢桥面铺装层的病害主要是裂缝、坑槽和车辙，纵向裂缝多位于纵向横隔板上方，横向裂缝位于横隔板上方，这两种裂缝属于疲劳裂缝，与正交异形板构造有密切关系。
（5）施工中混合料若混入雨水、雾水或者汗水在高温下汽化容易在铺装层形成鼓包，异物混入也可形成鼓包。
（6）环氧沥青混凝土铺装层的使用过程中如出现裂缝、坑槽等病害，需要及时使用环氧材料进行封闭及维修处理，否则渗水到钢箱梁将影响钢板锈蚀，同时裂缝、坑槽等病害也发展更加严重。
通过对钢桥面环氧沥青混凝土铺装质量病害的分类分析可以得出结论，实际施工中的混合料油石比、级配、温度、水分等指标控制不严、控制方法不当、控制不及时的确是造成质量病害的重要原因。所以，必须加强铺装过程质量控制，研究更有效合理的质量控制技术。
五、环氧沥青混合料重铺施工技术要求及质量控制
环氧沥青混凝土有热拌环氧沥青混凝土与温拌环氧沥青混凝土之分，其中热拌环氧沥青混凝土是一种特殊的热固性材料，固化后具有高强度、优良抗疲劳性及密水性等优点，是一种性能优异的钢桥面铺装材料。热拌环氧沥青材料的最大优势在于：改变了温拌环氧沥青混凝土施工中受温度、时间等因素的制约，只需要釆用与普通热拌沥青路面施工工艺相近的方式进行施工即可。此外，热拌环氧沥青混凝土所规定的165-190℃拌合温度高于温拌环氧沥青混凝土110℃-130℃拌合温度，有利于集料的选择。如下以湛江海湾大桥钢箱梁桥面热拌环氧沥青混凝土重铺工程为例浅谈：
本项目建设内容为拆除旧铺装并新建桥面铺装。设计车速80km/h，桥面铺装设计总厚度50mm，结构组成为：25mm环氧沥青混合料EA-10+0.4kg/㎡环氧树脂粘结层+25mm环氧沥青混合料+0.4kg/㎡环氧树脂防水粘结层。
1、首先将桥面铺装层按设计宽度切缝，切缝前标出切割线，分隔8-10m预先凿一小孔以判断该段铺装层大致厚度，切割时专人控制预防误伤钢板，采用小型切割机多工作面的方式进行切割，切缝深度控制在3.5cm左右，再用挖掘机将切割后的铺装层铲除，余留的桥面铺装和环氧树脂防水层采用人工方式去除。
2、由于大桥在钢箱梁的连接部位采用焊接工艺进行连接，桥面有不平整的情况，因此在挖除施工时更需加倍注意，不能伤及钢板，不能对钢板的接缝部位造成损伤。
3、原环氧沥青混合料清理完后，对钢板上残余的环氧粘结层进行清理，达到喷砂要求后，进行喷砂除锈（5-1钢箱梁桥面喷砂除锈工艺流程图）。喷砂除锈质量控制要点：a. 喷砂除锈后的钢箱梁桥面板表面应达到GB8923-88标准Sa2.5级的要求；b. 粗糙度的要求必须达到Rz：50～120μm。检测方法：用塑胶帖纸法测量。
5-1钢箱梁桥面喷砂除锈工艺流程图
4、为防止桥面上凝聚的水分破坏粘结层和钢板间的粘结力，应在桥面干燥、气温大于等于10℃以及行车道表面温度大于10℃时滚涂粘结层。如果预期在用铺装层覆盖粘结层之前会出现降温、大雾、相对湿度大于85％以及露水、下雨、风速大于10m/s等情况，则不滚涂粘结层。
5、环氧粘结层由环氧树脂（主剂）和固化剂（硬化剂）组成，主剂和固化剂按照1：1混合，主剂和固化剂分别加热至30℃，按照1：1的比例拌和3分钟（采用定时开关控制），拌和温度维持在20～30℃。
6、环氧粘结层的喷洒。在施工过程中严格控制：粘结层施工条件、清洁已涂装过的桥面、喷洒区、粘结料准备、正常喷洒量、养护等工序的质量要求。
7、环氧沥青混合料拌和（5-2环氧沥青混合料生产流程图）。环氧沥青混合料用3000型拌和站拌制，拌和厂配有足够设备的试验室，能及时提供试验资料，并能及时对环氧沥青混合料的生产进行检验。正式拌和前先进行试拌，全面取样进行马歇尔稳定试验，检验温度、矿料级配及沥青含量的合格性，拌和好的混合料中的环氧沥青的含量要在其固化前用抽提法确定，如不符合要求进行调整。专人检查沥青拌和料质量，对于生产出的沥青混合料温度要每盘抽查一次，必须使所有集料颗粒全部裹复沥青结合料，并以沥青混合料拌和均匀为度；并目测每盘料质量，一旦发现花白料、焦料及温度不合格、离析现象就应立即弃掉，直至合格为止。必要时停止拌和，找出原因并予以处理。
5-2环氧沥青混合料生产流程图
8、环氧沥青混合料摊铺。为避免环氧混凝土之间出现纵向冷接缝，湛江海湾大桥钢箱梁桥面环氧沥青混合料的摊铺采用两台摊铺机呈阶梯式并行进行双机联铺，根据作业宽度组装摊铺机，两台摊铺机作业间距2-4m，搭接宽度20-30cm。原则上不设置横向施工缝，不得已时上下层施工缝要间隔1m以上，横向施工缝禁止设置在横隔板顶板。摊铺延伸出钢箱梁桥面板10m，保证钢箱梁桥面铺装沥青混凝土与主桥沥青混凝土接缝密实。环氧沥青混凝土摊铺控制要点如下：（1）所有作业人员在作业区域内需穿戴防护装备，施工过程需在质检人员指导下进行必要的补料作业。严禁未经许可在新铺路面上行走。（2）环氧沥青混合料的摊铺宜采用非接触式找平仪按厚度控制。摊铺机摊铺前应提前预热到165℃以上。（3）设专人计算并控制摊铺速度，以达到不停机、不超时、力求匀速摊铺为原则，摊铺速度控制在 2-3m/min。（4）摊铺方向及顺序的设置应能保证摊铺的顺利进行，并尽可能的减少料车及机械在已铺的环氧沥青面层或粘结层上行驶。（5）湛江海湾大桥钢箱梁桥面右侧路缘带及中分带的桥面铺装由于使用情况良好，保留利用。新旧铺装间的边缘采用路面锯进行垂直切割，形成 90°的施工缝，接缝界面涂布环氧沥青粘结剂。切割时注意控制切割深度，避免切割到桥面钢板。（6）施工时的气温和路面在10℃以下，风速在10m/s以上的常时大风天气时要避免施工。（7）如因天气、设备等原因造成留设施工缝时，必须机械切割施工缝。
9、环氧沥青混合料的压实。（1）碾压时压路机驱动轮面向摊铺机，由低到高，依次连续均匀碾压，相邻碾压面重叠 1/3轮宽，碾压过程中压路机不得在铺装层上转向、调头，压路机起动、停止必须减速缓行，不准紧急刹车制动。（2）要对初压、复压、终压段落设置明显标志，便于司机辨认。对碾压顺序、压路机组合、碾压遍数、碾压速度及碾压温度应设专岗管理和检查、记录，杜绝面层漏压。（3）对于压路机碾压不到的局部位置，采用人工夯或手扶式振动夯等小型机具振捣密实。（4）摊铺过程中若产生鼓包，应立刻用锐物将其戳破并重新压实。（5）环氧沥青混合料碾压应严格控制温度，初压开始时混合料的内部温度应不低于 150℃；复压开始时混合料的表面温度应不低于 110℃；终压开始时混合料的表面温度应不低于90℃。采用“紧跟慢压”的连续式碾压工艺（钢轮压路机与轮胎式压路机组合），确保碾压温度和压实度，避免混合料开裂、推挤和移动。压路机组合及碾压遍数可参考下表，并根据现场碾压情况进行适当调整。
10、环氧沥青混合料的养生及检验。（1）环氧沥青混凝土铺装施工完毕后，要进行养护，采用自然养护方式。养护期一般为4～15天，具体时间根据环境温度和同步试验确定。养生期间禁止一切车辆通行。（2）检验项目。环氧沥青面层施工完毕后，立即对高程、厚度、横坡度、平整度等技术指标，按招标文件等规范要求进行检测验收，各项指标均达到了专项设计要求，并高于规范的专项验收标准。
11、环氧沥青混合料施工工艺流程，详见图5-3。
5-3环氧沥青混合料施工工艺流程图
结束语
钢箱梁进行环氧沥青混凝土桥面重铺施工过程中，必须按照规范要求施工，减少施工条件的影响，环氧沥青混凝土钢桥面铺装技术在我国的应用也很成熟，由于一些钢箱梁桥面环氧沥青铺装层使用已经需重铺，所以环氧沥青重铺施工技术也将会广泛应用，但针对其一些特别的质量病害，必须加强铺装过程质量控制，研究更有效合理的质量控制技术，使这项技术更好的服务于桥梁通行运营。从湛江海湾大桥钢箱梁环氧沥青重铺工程实践出发，对环氧沥青混凝土材料与施工工艺进行了全面探讨，为今后钢桥面重铺装提供了积极的指导意义。
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[9]湛江海湾大桥钢箱梁桥面铺装大修工程方案汇编（2017.8）
论文作者:陈益
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/12
标签：沥青论文; 环氧论文; 桥面论文; 混凝土论文; 钢板论文; 病害论文; 固化剂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;