桥面环氧抗滑铺装层间粘结拉拔试验分析

胡宏源，申茂枝，盛大文，磨炼同

（1.武汉光谷建设投资有限公司，武汉 430205；2.内蒙古锡林郭勒盟公路管理处，锡林浩特 026000；3.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点试验室，武汉 430070）

武汉市八一路延长线（卓刀泉北路至鲁磨路）工程包括光谷大桥、八一湖大桥和菱角湖大桥，其中光谷大桥为钢箱桥，其余两个为混凝土桥。光谷大桥采用钢桁拱桥桥型，是武汉第一次在湖面上架设结构轻盈的钢拱桥，主要考虑了东湖景区桥梁结构对轻盈、美观方面的要求，适应于东湖景区对环境与建筑物相互协调方面的需求。在上述三座桥梁中，其非机动车道和人行道均采用了彩色环氧抗滑薄层铺装，其设计方案为“钢板喷砂除锈或混凝土桥面抛丸处理＋环氧涂层＋表面撒布碎石＋环氧涂层＋表面撒布碎石”方案，两层环氧薄层总厚度约为7mm。

薄层环氧抗滑铺装材料是一种新型的道路材料，其厚度仅为5～10mm，由环氧树脂和单一粒径耐磨集料组合而成。其中，环氧树脂作为粘结剂，与集料、混凝土粘结性好，可对桥面起到很好的保护作用。由于采用单一粒径耐磨集料，铺装层表面粗糙，可起到很好的抗滑作用。薄层环氧抗滑铺装厚度很小，使得其成本与传统沥青和水泥混凝土铺装相比仍有一定的优势。此外，薄层环氧抗滑铺装的表面修复简单，可在原有环氧铺装层上再铺筑一薄层环氧抗滑材料即可，无需长时间养护，可在夜间施工，第二天即可开放交通。

环氧薄层铺装的主要破坏形式有开裂、脱层和磨损掉粒。开裂产生的原因主要有：一是铺装层与基层的热膨胀系数不同产生的温缩开裂，二是基层产生的反射裂缝。脱层主要由于层间连接不足造成的，其主要原因是表面处理不好，水泥浮浆未处理干净；底层未完全干透，水分在层间粘结处积累造成铺装层和底层的脱落，在轮胎作用和冻融作用下导致脱层。表面磨损掉粒多发生在轮迹带，主要是由于车轮和铺装层的过度摩擦引起的。此外，环氧胶拌和不均匀，初凝时间过快也易造成表面集料粘结不足而脱落。

环氧薄层铺装是一种新材料和工艺，目前在国内尚未形成统一的规范和标准。由于是薄层铺装材料，其层间粘结强度是重要的性能指标。环氧材料种类多，粘结性能差异大，难以建立统一的标准。该论文将结合环氧薄层铺装在武汉市八一路延长线（卓刀泉北路至鲁磨路）工程的实际应用，利用现场钻芯拉拔试验，检验其在正常施工条件下与混凝土桥面及钢桥面的层间粘结性能，为今后此类材料制定规范和验收标准提供参考依据。

1 原材料与施工工艺

该项目所用粘结剂为DH－IV环氧胶黏剂，由武汉兴正源路桥复合材料有限公司生产，是一种无溶剂、100%固含、低模量双组分复合材料粘结剂。环氧胶黏剂的固化时间对温度较敏感，固化温度宜在15～30℃之间。表1为DH－IV环氧胶黏剂主要性能试验结果。

表1 DH－IV环氧胶黏剂主要性能试验结果

环氧薄层铺装施工工艺与碎石封层相似，即采用环氧底涂＋集料抛撒实现薄层施工。在涂抹第一层环氧胶前，须对钢桥面或混凝土桥面进行抛丸表面处理。在钢桥面铺装中，钢板抛丸除锈是最为关键的工艺之一，抛丸除锈处理是确保环氧底涂层与钢桥面良好粘结的根本保证，是钢桥面铺装中最重要的工艺，处理后钢桥面应清洁并具有一定的粗糙度。钢桥面抛丸除锈处理以表面清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到50～100μm为主要的施工监控标准。混凝土桥面亦采用表面抛丸处理，以彻底清除表面浮浆，为环氧胶粘结提供洁净、粗糙的界面。

当完成桥面处理后，应及时进行环氧底涂层施工，在环氧未初凝前须满撒布集料。当底涂层环氧固化后，对多余集料进行回收，再涂抹第二层环氧胶和撒布集料铺装第二层。施工时第一层环氧胶黏剂的用量为1.0L/m2，细集料用量为5.4kg/m2；第二层环氧胶黏剂的用量为2.0L/m2，细集料用量为7.6kg/m2。若局部平整度差的区域，应进行多层铺筑，以提高局部厚度。

2 试验结果与讨论

在环氧薄层铺装前，对桥面混凝土的拉拔强度进行了检测。拉拔前对混凝土进行了钻芯，钻芯深度约10mm，芯样直径为50mm。芯样表面用快速固化胶粘剂与拉拔仪拉头粘结。表2为桥面混凝土钻芯拉拔试验结果。表中数据显示混凝土拉拔强度在2.0～4.0MPa之间，拉拔断裂强度均值为2.81MPa，该结果与混凝土拉伸强度范围相一致。

表2 桥面混凝土钻芯拉拔试验结果

表3为环氧薄层钻芯拉拔试验结果。除了一个试验结果为0.61MPa外，其余试验结果均高于2.0MPa，拉拔强度均值为2.38MPa，与混凝土拉拔强度均值较接近。拉拔试验断面分析表明试验断面可发生在混凝土内部、混凝土－薄层铺装界面处以及二者的结合，如图1所示。断面情况分析表明界面破坏占主导地位，表明与混凝土强度、铺装层强度相比，界面粘结处于不利的地位，在使用过程中可能会发生层间脱皮现象。当然这完全取决于铺装层的受力状态，若实际受力大于粘结强度，破坏才有可能发生。由于实测得的粘结强度较大，预计发生破坏的可能性较小。此外，界面破坏占主导亦表明了桥面表面处理的重要性。可以预见的是，环氧铺装层的粘结强度应与混凝土的拉伸断裂强度在同一水平上。当强度过大时，环氧胶变硬和脆，与混凝土温缩变形协调性差，易产生温缩开裂。

表3 混凝土桥面环氧薄层铺装层现场钻芯拉拔试验结果

表4为钢板－环氧材料室内拉拔试验结果，其分别考虑了钢板与纯环氧胶的粘结性能以及钢板－环氧铺装层（含集料）的粘结性能。试验结果表明在常温下钢板与纯环氧胶的拉拔强度可达到10MPa，当温度升高到60℃后，其粘结强度为1.50MPa，表明温度对环氧材料的粘结强度会产生很大的影响。室内成型的钢板－环氧铺装层拉拔试验结果则表明其拉拔强度为4.65MPa，远小于钢板与纯环氧胶的拉拔强度。

表4 钢板－环氧材料室内拉拔试验结果

表5为钢桥面环氧薄层铺装钻芯拉拔试验结果。现场试验钢桥面温度为30～40℃。现场钻芯拉拔强度均值为3.65MPa，与室内拉拔试验结果接近，但小于室内试验值，表明室内试验条件控制优于现场条件。现场拉拔试验发现断面主要发生在近界面粘结区，断面有环氧胶残留在钢板上。界面破坏占主导表明了环氧薄层在实际使用过程中易发生界面破坏，具体表现为层间脱皮，建议在使用期间加强监控，以便及时发现和修补，减少脱层破坏面积。

表5 环氧薄层铺装层现场钻芯拉拔试验结果

3 结 语

环氧薄层抗滑铺装在武汉市八一路延长线（卓刀泉北路至鲁磨路）工程钢桥面和混凝土桥面进行了实体工程应用，现场实际应用效果良好。作为一种新材料与工艺，环氧薄层铺装材料的耐久性将是一直关注的问题。此外，应结合实体工程使用情况建立材料技术规范和相关验收标准。现场拉拔试验强度可作为重要的检测指标，但环氧薄层铺装的粘结强度应达到多少才是合适？是否应设定一个最小值才能确保？上述问题一直存在较大的争议。该项目的实测结果表明环氧薄层铺装材料与混凝土的粘结强度均值2.38MPa，与混凝土拉伸断裂强度相当。钢桥面环氧薄层铺装现场钻芯拉拔强度均值为3.65MPa，与混凝土铺装相比有显著提高，表明了粘结强度与基层材料有很大的关系。拉拔断面分析表明试验断面以近界面处破坏占主导，表明了其在实际使用过程中可发生界面破坏，具体表现为层间脱皮，应加强使用期间的监控。现场施工时须重视桥面表面处理工艺，以确保层间粘结强度。

［1］ 方 星，王兴昌，磨炼同，等.环氧薄层铺装材料加速加载试验研究［J］.公路，2010（10）：214－219.

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