黎超塵， 曾國(guó)東， 黃紅明

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站有限公司， 廣東 佛山 528041)

近年來(lái),隨著中國(guó)交通建設(shè)的快速發(fā)展，大跨徑鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)與鋪裝材料得到深入系統(tǒng)的研究，包括鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力分析、鋪裝材料與防水黏結(jié)材料研發(fā)、鋪裝結(jié)構(gòu)與方案設(shè)計(jì)、鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量控制等。目前中國(guó)新建鋼橋面鋪裝基本形成了“四種鋪裝材料，三類(lèi)鋪裝結(jié)構(gòu)”的格局，主要有澆筑式類(lèi)、SMA類(lèi)、環(huán)氧瀝青類(lèi)及中國(guó)新興的樹(shù)脂瀝青組合體系(ERS)，鋪裝結(jié)構(gòu)主要有同質(zhì)單層、同質(zhì)雙層和異質(zhì)雙層三類(lèi)，鋼橋面鋪裝方案的選擇主要根據(jù)其橋面板結(jié)構(gòu)、交通荷載、所處氣候環(huán)境、工程特點(diǎn)、工程造價(jià)、施工條件及工期要求等因素綜合確定。該文主要研究分析環(huán)氧樹(shù)脂防水抗滑層在齊龍大橋鋼橋面鋪裝中的應(yīng)用，開(kāi)展防水黏結(jié)層及抗滑層的性能試驗(yàn)研究，總結(jié)分析其橋面鋪裝的方案選擇、鋪裝工程施工質(zhì)量控制與通車(chē)后的使用效果。

1 奇龍大橋鋼橋面鋪裝方案研究選擇

1.1 奇龍大橋交通荷載及氣候特點(diǎn)

奇龍大橋是佛山市魁奇路東延線二期工程K2+570～K2+965段，橋梁全長(zhǎng)395 m，跨越東平水道，采用獨(dú)塔空間雙索面混合梁斜拉橋，橋?qū)?0.5 m，頂板為正交異性鋼橋面板，橋面板厚度16 mm，鋼箱梁主要參數(shù)如表1所示。

表1 鋼箱梁主要參數(shù) mm

佛山市魁奇路東延線二期工程大致呈東西走向，西起湖景路，途經(jīng)鄱陽(yáng)村、奇槎村，向東跨越東平水道，與佛山一環(huán)東線相交后落地，終止于西龍村附近，主路為雙向八車(chē)道，采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)兼顧城市道路功能。由佛山一環(huán)東線及魁奇路已有交通量和中遠(yuǎn)期交通量預(yù)測(cè)情況總體分析可知，奇龍大橋段屬于中等交通條件，由于主路市區(qū)白天限貨等因素，白天以小轎車(chē)通行為主，晚上存在較大比例重載車(chē)輛通行。

奇龍大橋所處地區(qū)夏季炎熱、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，每年5-10月份的月平均氣溫為25～30 ℃，月平均最高氣溫為32～38 ℃；年降雨量1 681.2 mm，年平均雨日146.5 d，雨季集中在4-9月份，期間降雨量約占全年總降雨量的80%，所處地區(qū)的大氣pH值為4.37，酸雨下降幾率83%，其自然地理氣候條件見(jiàn)表2。

1.2 奇龍大橋鋼橋面鋪裝方案確定

通過(guò)對(duì)奇龍大橋鋼橋面板結(jié)構(gòu)、交通荷載及所處地理氣候特點(diǎn)等綜合分析，其鋼橋面鋪裝方案應(yīng)考慮的主要工程特點(diǎn)為：鋼橋面板相對(duì)較厚；中等交通條件，夜間存在重載交通；高溫多雨。同時(shí)綜合考慮奇龍大橋工程特點(diǎn)、施工條件、工程造價(jià)等因素，根據(jù)表3結(jié)果，最終確定采用雙層SMA的鋪裝方案，橋面鋪裝設(shè)計(jì)總厚度70 mm，鋪裝結(jié)構(gòu)組成為：40 mmSMA-13+黏層+30 mmSMA-10+黏層+防水抗滑層+防水黏結(jié)層，其橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

表2 自然地理氣候條件

表3 推薦鋪裝方案類(lèi)型比選

圖1 鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案

2 環(huán)氧黏結(jié)劑的施工控制試驗(yàn)研究

2.1 環(huán)氧黏結(jié)劑-鋼板界面拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究

鋼橋面鋪裝防水黏結(jié)層的主要作用：① 對(duì)鋼橋面板起到防水保護(hù)作用，防止鋼橋面板生銹；② 黏結(jié)鋼板與鋪裝層，同時(shí)承受較大的荷載剪應(yīng)力。為了研究環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)層在不同環(huán)境溫度、不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下拉剪強(qiáng)度變化規(guī)律，將黏結(jié)好的環(huán)氧樹(shù)脂拉剪試件在30、40、50 ℃溫度條件下養(yǎng)護(hù)不同時(shí)間后進(jìn)行拉伸剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知：在同一養(yǎng)生溫度條件下，環(huán)氧黏結(jié)劑的拉剪強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增長(zhǎng)，其完全固化后的拉剪強(qiáng)度接近6 MPa；在同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下，其拉剪強(qiáng)度隨著養(yǎng)生溫度的增加而增長(zhǎng)，當(dāng)養(yǎng)生溫度為30 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)48 h后其拉剪強(qiáng)度達(dá)到3.78 MPa，達(dá)到最終強(qiáng)度的64.8%，當(dāng)養(yǎng)生溫度大于40 ℃時(shí)，養(yǎng)護(hù)24 h其強(qiáng)度達(dá)到2.42 MPa以上，拉剪強(qiáng)度即達(dá)到最終強(qiáng)度的41.5%以上。環(huán)氧黏結(jié)劑-鋼板界面拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究結(jié)果表明：在環(huán)氧黏結(jié)劑未完全固化前，其拉剪強(qiáng)度隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加逐漸增長(zhǎng)，待其達(dá)到完全固化強(qiáng)度后趨于穩(wěn)定，且養(yǎng)生溫度是其拉剪強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵影響因素。

2.2 環(huán)氧黏結(jié)劑-鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

為了進(jìn)一步分析環(huán)氧黏結(jié)劑與鋼板之間的黏結(jié)效果，確定黏結(jié)層與鋼橋面板的黏結(jié)強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為25、60 ℃，拉拔速率10 mm/min，圓形拉頭底面直徑D=25 mm，按式(1)計(jì)算黏結(jié)強(qiáng)度：

(1)

式中：σ為黏結(jié)強(qiáng)度(MPa)；F為對(duì)拉頭施加的最大拉力(kN)；D為圓形拉頭底面半徑(mm)。

計(jì)算得到25、60 ℃時(shí)環(huán)氧黏結(jié)劑-鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度分別為9.56、8.75 MPa，說(shuō)明環(huán)氧黏結(jié)劑具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度；環(huán)氧黏結(jié)劑從25 ℃升高到60 ℃溫度條件下時(shí)，其黏結(jié)強(qiáng)度僅衰減8.5%，說(shuō)明環(huán)氧黏結(jié)劑溫度敏感性較低。

2.3 環(huán)氧黏結(jié)劑拉伸試驗(yàn)研究

為了進(jìn)一步分析環(huán)氧黏結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度與拉伸剪切強(qiáng)度的關(guān)系，對(duì)其展開(kāi)拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)研究。將攪拌均勻的混合樹(shù)脂制作成啞鈴狀試件，待養(yǎng)生完成后采用專(zhuān)門(mén)的材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，拉伸速率為500 mm/min，試驗(yàn)溫度23 ℃，拉伸強(qiáng)度按式(2)計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 環(huán)氧黏結(jié)劑的拉伸試驗(yàn)結(jié)果

(2)

式中：σt為拉伸強(qiáng)度(MPa)；p為試件斷裂時(shí)的最大荷載(N)；b為試件寬度(mm)；d為試件厚度(mm)。

由表5可知：環(huán)氧黏結(jié)劑的拉伸強(qiáng)度為16.7 MPa，其拉伸強(qiáng)度是拉剪強(qiáng)度的2.87倍，說(shuō)明環(huán)氧黏結(jié)劑具有較高的拉伸強(qiáng)度。

2.4 鋪裝層-鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

為了進(jìn)一步分析鋪裝層與鋼板的黏結(jié)效果，首先將打磨好的鋼板涂布防水黏結(jié)層，涂布厚度為0.4 mm，待防水黏結(jié)層達(dá)到強(qiáng)度要求后，涂布防水抗滑層的同時(shí)撒布4.75～9.5 mm單一粒徑碎石，待防水抗滑層達(dá)到強(qiáng)度要求后，灑布0.6 kg/m2的改性乳化瀝青黏層，第二天將SMA-10混合料倒入已放入鋼板的試模中碾壓成型，待養(yǎng)生完成后取出試件并在鋼板正上方進(jìn)行鉆芯，到達(dá)鋼板厚即停止。對(duì)鋪裝層-鋼板界面組合試件進(jìn)行拉拔試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)溫度為25 ℃和60 ℃，拉拔速率為10 mm/min，圓形拉頭底面直徑D=95 mm，得到25、60 ℃時(shí)鋪裝層-鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度分別為0.63、0.10 MPa，其破壞界面基本上都是界面混合料破壞；組合試件從25 ℃升高到60 ℃時(shí)其黏結(jié)強(qiáng)度衰減84.1%，說(shuō)明鋪裝層與鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)溫度敏感性較高。

3 奇龍大橋鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量控制

3.1 配合比設(shè)計(jì)

奇龍大橋鋼橋面鋪裝層由SMA-13鋪裝上層和SMA-10鋪裝下層組成，混合料所用瀝青采用SBS高黏改性瀝青，所用集料采用閃長(zhǎng)巖碎石。SMA-13及SMA-10混合料礦料合成級(jí)配見(jiàn)表6，根據(jù)配合比設(shè)計(jì)確定的SMA-13、SMA-10混合料最佳油石比分別為6.1%、6.3%。

3.2 防水黏結(jié)層與抗滑層施工質(zhì)量控制

奇龍大橋鋼橋面鋪裝在9月中旬進(jìn)行環(huán)氧黏結(jié)層的施工，對(duì)其典型氣候條件進(jìn)行了24 h的氣溫、箱體橋面板溫度檢測(cè)，施工期間全天氣溫為28～36 ℃，箱體頂板溫度為29～54 ℃。確定拋丸除銹后的鋼板表面在45 min內(nèi)進(jìn)行0.3～0.5 mm防水黏結(jié)層施工，最長(zhǎng)施工時(shí)間控制在1 h以內(nèi)，該項(xiàng)目采用梯隊(duì)施工基本小于30 min。完成防水黏結(jié)層施工2 d后，檢測(cè)其黏結(jié)層的強(qiáng)度，結(jié)果如表7所示，其強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)行防水抗滑層撒布施工。

表6 橋面鋪裝層礦料合成級(jí)配(目標(biāo)級(jí)配)

表7 環(huán)氧黏結(jié)劑的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

注：合格率100%。

防水抗滑層的施工首先是涂布一層0.7～0.9 mm環(huán)氧黏結(jié)層，在涂布的同時(shí)撒布一層4.75～9.5 mm單粒徑碎石。環(huán)氧類(lèi)黏結(jié)料的各組分按照比例配制后，在攪拌器內(nèi)攪拌均勻，從加第一組分材料開(kāi)始至攪拌均勻可以出料的時(shí)間宜根據(jù)氣溫控制在5～15 min之間，凈攪拌時(shí)間不得低于3 min以保證各組分?jǐn)嚢杈鶆?，從加入固化劑組分開(kāi)始至攪拌均勻可以出料的時(shí)間不得高于25 min以保證在材料初始固化前有足夠的時(shí)間進(jìn)行碎石撒布工作，其制備總時(shí)間及凈攪拌時(shí)間隨氣溫的變化規(guī)律見(jiàn)表8。

表8 不同氣溫條件下環(huán)氧黏結(jié)料拌和參考時(shí)間

3.3 鋼橋面鋪裝全幅施工質(zhì)量控制

奇龍大橋鋼橋面鋪裝采用全幅攤鋪施工工藝，解決了鋼橋面鋪裝瀝青混合料施工冷接縫等薄弱環(huán)節(jié)問(wèn)題，較好地銜接了瀝青混合料的出料、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓全過(guò)程施工工藝，確保了SMA混合料的攤鋪溫度和壓實(shí)質(zhì)量。鋼橋面全幅施工有利于保證SMA混合料的攤鋪速度與供料速度的平衡，減少了攤鋪機(jī)的停頓次數(shù)，同時(shí)有利于減少SMA混合料的離析現(xiàn)象。奇龍大橋鋼橋面鋪裝施工過(guò)程中基本沒(méi)出現(xiàn)推移及離析問(wèn)題，較好地完成了SMA混合料鋪裝的全幅施工。

4 奇龍大橋通車(chē)后的鋪裝性能表現(xiàn)

調(diào)查跟蹤了奇龍大橋鋼橋面SMA鋪裝通車(chē)1年后的使用性能情況，在中等交通及高溫、雨季、低溫的循環(huán)作用下，其鋼橋面鋪裝路面使用性能表現(xiàn)良好，表面構(gòu)造較佳，通車(chē)后的檢測(cè)情況如表9所示，長(zhǎng)期性能還有待于進(jìn)一步跟蹤觀測(cè)。

表9 通車(chē)1年后橋面鋪裝性能表現(xiàn)

5 結(jié)論

(1) 根據(jù)奇龍大橋鋼橋面板結(jié)構(gòu)、交通荷載等級(jí)、氣候特點(diǎn)、工程造價(jià)、施工條件及工期要求等因素綜合研究其鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)方案，最終比選確定采用雙層SMA的鋪裝方案。

(2) 試驗(yàn)評(píng)價(jià)了環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)層的養(yǎng)生強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，在環(huán)氧黏結(jié)劑未完全固化前，其拉剪強(qiáng)度隨著養(yǎng)生時(shí)間的增加逐漸增長(zhǎng)，待其達(dá)到完全固化強(qiáng)度后趨于穩(wěn)定，且養(yǎng)生溫度是其拉剪強(qiáng)度增長(zhǎng)的關(guān)鍵影響因素；環(huán)氧黏結(jié)劑-鋼板界面黏結(jié)強(qiáng)度較高，對(duì)溫度敏感性較低。

(3) 針對(duì)防水抗滑層在齊龍大橋鋼橋面鋪裝應(yīng)用之際，提出了防水黏結(jié)層及抗滑層的施工控制要求；鋼橋面全幅施工有利于減少SMA混合料的離析現(xiàn)象，較好地銜接了瀝青混合料的出料、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓全過(guò)程施工工藝。

(4) 調(diào)查跟蹤了奇龍大橋鋼橋面SMA鋪裝通車(chē)1年后的使用情況，其橋面鋪裝整體路用性能表現(xiàn)良好，長(zhǎng)期性能有待于進(jìn)一步跟蹤觀測(cè)。