[12-11 16:59:29] 来源：http://www.tmgc8.com 桥梁工程 阅读：3778次
摘 要：环氧沥青因其良好的强度、抗变形能力和抗疲劳性能，在钢桥面铺装中应用越来越广泛。该文结合上海地区的交通和气候特点，对国产环氧沥青的原材料选择、钢桥面铺装结构、生产施工工艺等进行了探讨，并通过工程实践进行验证。
关键词：环氧沥青；钢桥面铺装；辉绿岩；上海
0 前言
在目前国际上比较流行的4种钢桥面铺装技术中，强度高、温度稳定性佳、耐久性良好的环氧沥青在国内得到了比较广泛的应用。环氧沥青混凝土由壳牌石油公司最初开发用于机场道面以抵抗飞机燃油和喷气的侵害，1967年首次用作美国San Mateo-Hayward大桥正交异性钢板桥面的铺装层。它是通过在沥青中添加热固性环氧树脂和固化剂，经固化反应而形成的一种强度高、韧性好的沥青混凝土。将这种材料用作钢桥面铺装的国家主要有美国、日本、加拿大、荷兰和澳大利亚，其中美国应用最为广泛。美国和日本还编写了相应的环氧沥青桥面铺装规范。
环氧沥青混凝土钢桥面铺装在国内最先应用于南京长江二桥，随后在润扬长江大桥、南京长江三桥、武汉天兴洲长江大桥、杭州湾跨海大桥、上海长江大桥等钢桥面铺装工程中得到应用。与其他铺装材料相比，环氧沥青混凝土强度高，高温时抗塑性流动和永久变形能力很强，低温抗裂性能很好，并具有极好的抗疲劳性能，具有高度的抵抗化学物质侵蚀的能力，包括溶剂、燃料和油。然而，环氧沥青混凝土的配制工艺比较复杂，施工中对时间和温度要求十分严格，施工难度大，材料费用也较高，相关技术资料在国外多属专利产品，因此造成环氧沥青铺装价格较昂贵，施工质量难以保证。从目前国内外环氧沥青钢桥面铺装工程实例来看，成功和失败案例共存，究其原因，不外乎混合料设计失误或施工控制不严。
对于上海地区来说，河网密度大，道路中桥梁比倒较高。钢结构桥梁因其造型优美、跨径较大，近年来使用比例明显趋高，同时钢桥面铺装随之也成为工程质量中的一个薄弱环节，钢桥面过早损坏现象比较普遍。目前，上海对钢桥面铺装技术研究颇为重视，国产环氧沥青当属其中一种。
1 原材料选择
(1) 环氧沥青
环氧沥青为热固性材料，在反应过程中强度逐渐增长。为使环氧沥青具有合适的反应速度，保证其具有良好的施工和易性，减少养护时间，国产环氧沥青在国外技术的基础上，进行了大量针对性研究和技术改进。国产环氧沥青除了具有很高的强度外，韧度也得到了改善。环氧沥青由组分A和B按一定比例配制而成，在配制过程中有严格的温度和时间要求。混合并固化后得到的环氧沥青技术指标如表1所示。
(2) 集料
与常规沥青混凝土相比较，环氧沥青}昆凝土的结构强度主要源自于结合料。环氧沥青是经物理和化学反应后形成的具有三维立体互穿网络的新型复合材料，是具有高强度、高粘结力、高柔韧性的新型复合材料。虽然环氧沥青混凝土为悬浮密实结构，但集料性质也不能忽视，尤其是集料的洁净程度往往影响环氧沥青混凝土的性能。早期的环氧沥青混凝土，对集料提出了很高的要求，要求采用特殊加工的玄武岩集料，规格需进一步细分。这对环氧沥青混凝土质量控制非常有利，但同时也带来了一些问题，最直接的是造价猛增，特制玄武岩集料的价格是普通玄武岩集料的6.8倍。其次，特制玄武岩集料经过多道工序加工，过分追求颗粒形状和规格，有可能对集料的表面特征反而不利。因此，本研究采用常规的辉绿岩和玄武岩集料，集料的规格分别为5.10mm、3~5mm和0~3mm。但钢桥面铺装所用集料要求比高速公路更为严格，必须干净、坚硬、耐磨，表面100%为破碎面，形状以立方体为主，另外环氧沥青混凝土对级配要求很严格，如果现有集料合成级配不理想或集料指标不能满足要求，必须更换。
表1 环氧沥青技术指标
2 环氧沥青混凝土配合比设计及性能指标
环氧沥青混凝土配合比设计采用马歇尔试验方法，根据固化后试件马歇尔稳定度、密度及空隙率等指标来分析确定环氧沥青混合料的最佳油石比。除此之外，还需确定不同拌和温度条件下的容留时间。环氧沥青混凝土的技术要求如表2。
(1) 矿料级配www.tmgc8.com
以辉绿岩为研究对象，根据各种矿料的筛分结果，进行混合料级配设计。设计得到矿料质量比为5~10mm︰3~5mm︰0~3mm︰矿粉=21︰11︰64︰4，合成级配如表3所示。
(2) 马歇尔试验
根据级配设计结果配料，采用5种不同油石比拌制环氧沥青混合料并制作未固化马歇尔试件(双面各击实50次)，拌和温度为115℃，养生温度为115℃，出料时间为40min，并将成型好的试件放入120℃烘箱中固化5h，然后测定其物理指标及马歇尔稳定度、流值，来确定最佳油石比，试验结果如表4所示。
根据马歇尔试验结果，分别绘制密度、稳定度、流值、空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率与油石比的关系曲线，如图1~6所示。
根据马歇尔试验法原则，确定最佳油石比为6.8%。选取该最佳油石比，成型马歇尔试件，并固化12h，以确定其最终强度，其马歇尔指标如表5所示。
由表5可知，在固化12h的情况下，油石比6.8%的平均空隙率在2%~3%之间，强度达到了63.12kN，故其具有良好的最终强度。
综上述，最佳油石比为6.8%。
(3) 容留时间的确定
沥青混合料摊铺、碾压需要沥青保持在合适的粘度，才能取得较为理想的施工效果。将某一特定温度下，从环氧沥青A、B组分混合起，至环氧沥青混合料碾压完成的这段时间，称为该温度下环氧沥青混合料的保留时间。若保留时间过短，则环氧沥青粘度太低，施工和易性差，混合料无法充分压实；反之保留时间过长，则环氧沥青粘度过高，导致混合料结块而无法摊铺、碾压，因此，环氧沥青混合料的碾压需要在合适的保留时间内完成。将环氧沥青混合料可充分压实的保留时间范围，称为环氧沥青混合料的容留时间。可见，容留时间是环氧沥青混合料施工过程中最重要的技术指标。
容留时间的确定方法如下：根据上述试验确定的最佳油石比，分别在110℃、115℃、120℃、125℃、130℃温度条件下拌制混合料，并在相同温度下保温，设定不同长短保温时间之后再成型马歇尔试件，对养生后的试件分别进行马歇尔试验。马歇尔试验结果如表6。
根据上述试验结果及现场施工条件即可确定优选拌和温度与各温度条件下的容留时间。
表2 环氧沥青混合料技术要求
表3 混合料矿料级配计算结果
表4 固化马歇尔试验结果
图1 空隙率与油石比关系曲线图
图2 稳定度与油石比关系曲线
图3 矿料间隙率与油石比关系曲线
图4 沥青饱和度与油石比关系曲线
图5 毛体积相对密度与油石比关系曲线
图6 流值与油石比关系曲线
表5 最佳油石比固化马歇尔试验(固化12h)
表6 容留时间确定试验
3 环氧沥青生产施工
由于环氧沥青为反应型材料，合适的生产施工温度和施工时间是其质量的关键。根据以往经验，由于环氧沥青温度控制不严导致废料现象远超过常规热拌沥青混合料，而由于时间控制不严、“死料”未及时清理造成的质量问题也屡屡产生。因此，对环氧沥青混凝土的生产施工，必须注意做到：
(1) 正式拌和前先进行试拌，并全面取样进行马歇尔试验，检验温度、矿料级配及沥青含量的合格性，如不符合要求须进行调整，直到合格为止。
(2) 环氧沥青拌合的温度应保持在115±5℃范围内或者根据运距和环境温度做适当调整。
(3) 运输过程中采取严格的保温措施。为保证运输时间，施工前进行实地考察，合理安排运输时间。
(4) 摊铺机每天摊铺工作前进行预热，控制预热温度在100+5℃之间，摊铺机摊铺出来的混合料在单位距离宽度内数量应相等，能使压实厚度满足要求。为防止摊铺机打滑，可在轮迹带宽带范围内人工撒布热混合料。摊铺速度应根据供料能力及各料车送料单的“容许卸料时间范围”进行及时调整，以控制不停机、不超时、速度不突变，力求匀速摊铺为原则。
(5) 碾压采用双钢双振压路机2台和胶轮压路机2台。摊铺机布料后立刻进行初压是实现合适的压实度的重要步骤。初压终了温度不低于82℃，初压应使用胶轮压路机完成，复压应立刻用双钢轮压路机，终压用胶轮压路机压实。通常胶轮压路机压实4~6遍可以满足压实度要求，压实应在混合料温度下降至60℃之前完成。www.tmgc8.com
(6) 如摊铺不能为全副摊铺，必须在接缝处进行切缝处理。采用手扶式切割机进行切割，为450斜切缝，在铺装碾压完l~2h后进行。
4 工程案例
上海目前已有5座钢桥采用环氧沥青铺装技术，分别为上海长江大桥主桥、闵浦大桥、沿浦路川杨河桥(现名耀龙路桥)、龙华港桥和蕴藻浜钢桥。
川杨河钢桥为双层环氧沥青混凝土结构，铺装总厚度为5.5cm，由北京路桥中咨科技有限公司和上海建设机场道路工程有限公司联合施工。龙华港钢桥和菹藻浜钢桥为4cm环氧沥青混凝土+4cmSMA-13铺装结构，由上海建设机场道路工程有限公司施工。防水粘结层和铺装层结合料均采用国产环氧沥青。与双层环氧沥青铺装结构相比，SMA具有更好的抗滑性能，且可缩短养护时间，并且造价明显降低。该方案在国内钢桥面铺装中已有应用，例如南京市古平岗立交和南京下关滨江大道钢桥面铺装。其典型结构如图7。
川杨河桥和龙华港桥都采用单幅施工方式，纵缝都需采用切缝方式进行搭接。施工过程中，虽然对切缝处进行划线来保证缝的平顺，但实际控制较难。所以在菹藻浜钢桥摊铺环氧沥青混凝土时，尝试采用全副摊铺的方式，即不进行切缝处理，保证了铺装层的整体性。
从川杨河桥、龙华港桥和菹藻浜钢桥三座小跨径桥梁环氧沥青铺筑质量来看，由于在生产施工过程中对每道工序进行了严格控制，各工序衔接较好，产生的废料少，路面各项技术指标均满足设计要求。
图7 环氧沥青+SMA铺装结构示意图
严 军，曹亚东，俞国平，周盛东，蔡 明
(上海建设机场道路工程有限公司，上海市200023)
