奇龙大桥钢桥面铺装质量控制与防水抗滑层的应用研究

2019-04-16黎超尘曾国东黄红明

中外公路 2019年1期

黎超尘，曾国东，黄红明

(佛山市公路桥梁工程监测站有限公司，广东佛山 528041)

近年来,随着中国交通建设的快速发展，大跨径钢桥面铺装结构与铺装材料得到深入系统的研究，包括钢桥面铺装结构受力分析、铺装材料与防水黏结材料研发、铺装结构与方案设计、钢桥面铺装施工质量控制等。目前中国新建钢桥面铺装基本形成了“四种铺装材料，三类铺装结构”的格局，主要有浇筑式类、SMA类、环氧沥青类及中国新兴的树脂沥青组合体系(ERS)，铺装结构主要有同质单层、同质双层和异质双层三类，钢桥面铺装方案的选择主要根据其桥面板结构、交通荷载、所处气候环境、工程特点、工程造价、施工条件及工期要求等因素综合确定。该文主要研究分析环氧树脂防水抗滑层在齐龙大桥钢桥面铺装中的应用，开展防水黏结层及抗滑层的性能试验研究，总结分析其桥面铺装的方案选择、铺装工程施工质量控制与通车后的使用效果。

1 奇龙大桥钢桥面铺装方案研究选择

1.1 奇龙大桥交通荷载及气候特点

奇龙大桥是佛山市魁奇路东延线二期工程K2+570～K2+965段，桥梁全长395 m，跨越东平水道，采用独塔空间双索面混合梁斜拉桥，桥宽40.5 m，顶板为正交异性钢桥面板，桥面板厚度16 mm，钢箱梁主要参数如表1所示。

表1 钢箱梁主要参数 mm

佛山市魁奇路东延线二期工程大致呈东西走向，西起湖景路，途经鄱阳村、奇槎村，向东跨越东平水道，与佛山一环东线相交后落地，终止于西龙村附近，主路为双向八车道，采用一级公路标准兼顾城市道路功能。由佛山一环东线及魁奇路已有交通量和中远期交通量预测情况总体分析可知，奇龙大桥段属于中等交通条件，由于主路市区白天限货等因素，白天以小轿车通行为主，晚上存在较大比例重载车辆通行。

奇龙大桥所处地区夏季炎热、高温持续时间长，每年5-10月份的月平均气温为25～30 ℃，月平均最高气温为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，期间降雨量约占全年总降雨量的80%，所处地区的大气pH值为4.37，酸雨下降几率83%，其自然地理气候条件见表2。

1.2 奇龙大桥钢桥面铺装方案确定

通过对奇龙大桥钢桥面板结构、交通荷载及所处地理气候特点等综合分析，其钢桥面铺装方案应考虑的主要工程特点为：钢桥面板相对较厚；中等交通条件，夜间存在重载交通；高温多雨。同时综合考虑奇龙大桥工程特点、施工条件、工程造价等因素，根据表3结果，最终确定采用双层SMA的铺装方案，桥面铺装设计总厚度70 mm，铺装结构组成为：40 mmSMA-13+黏层+30 mmSMA-10+黏层+防水抗滑层+防水黏结层，其桥面铺装结构形式如图1所示。

表2 自然地理气候条件

表3 推荐铺装方案类型比选

图1 钢桥面铺装结构方案

2 环氧黏结剂的施工控制试验研究

2.1 环氧黏结剂-钢板界面拉伸剪切强度试验研究

钢桥面铺装防水黏结层的主要作用：① 对钢桥面板起到防水保护作用，防止钢桥面板生锈；② 黏结钢板与铺装层，同时承受较大的荷载剪应力。为了研究环氧树脂黏结层在不同环境温度、不同养护时间条件下拉剪强度变化规律，将黏结好的环氧树脂拉剪试件在30、40、50 ℃温度条件下养护不同时间后进行拉伸剪切试验，试验结果见表4。

由表4可知：在同一养生温度条件下，环氧黏结剂的拉剪强度随着养护时间的增加而增长，其完全固化后的拉剪强度接近6 MPa；在同一养护时间条件下，其拉剪强度随着养生温度的增加而增长，当养生温度为30 ℃时，养护48 h后其拉剪强度达到3.78 MPa，达到最终强度的64.8%，当养生温度大于40 ℃时，养护24 h其强度达到2.42 MPa以上，拉剪强度即达到最终强度的41.5%以上。环氧黏结剂-钢板界面拉伸剪切强度试验研究结果表明：在环氧黏结剂未完全固化前，其拉剪强度随着养生时间的增加逐渐增长，待其达到完全固化强度后趋于稳定，且养生温度是其拉剪强度增长的关键影响因素。

2.2 环氧黏结剂-钢板界面黏结强度试验研究

为了进一步分析环氧黏结剂与钢板之间的黏结效果，确定黏结层与钢桥面板的黏结强度，对其进行拉拔试验，试验温度为25、60 ℃，拉拔速率10 mm/min，圆形拉头底面直径D=25 mm，按式(1)计算黏结强度：

(1)

式中：σ为黏结强度(MPa)；F为对拉头施加的最大拉力(kN)；D为圆形拉头底面半径(mm)。

计算得到25、60 ℃时环氧黏结剂-钢板界面黏结强度分别为9.56、8.75 MPa，说明环氧黏结剂具有较高的黏结强度；环氧黏结剂从25 ℃升高到60 ℃温度条件下时，其黏结强度仅衰减8.5%，说明环氧黏结剂温度敏感性较低。

2.3 环氧黏结剂拉伸试验研究

为了进一步分析环氧黏结剂的抗拉强度与拉伸剪切强度的关系，对其展开拉伸强度试验研究。将搅拌均匀的混合树脂制作成哑铃状试件，待养生完成后采用专门的材料试验机进行试验，拉伸速率为500 mm/min，试验温度23 ℃，拉伸强度按式(2)计算，试验结果见表5。

表5 环氧黏结剂的拉伸试验结果

(2)

式中：σt为拉伸强度(MPa)；p为试件断裂时的最大荷载(N)；b为试件宽度(mm)；d为试件厚度(mm)。

由表5可知：环氧黏结剂的拉伸强度为16.7 MPa，其拉伸强度是拉剪强度的2.87倍，说明环氧黏结剂具有较高的拉伸强度。

2.4 铺装层-钢板界面黏结强度试验研究

为了进一步分析铺装层与钢板的黏结效果，首先将打磨好的钢板涂布防水黏结层，涂布厚度为0.4 mm，待防水黏结层达到强度要求后，涂布防水抗滑层的同时撒布4.75～9.5 mm单一粒径碎石，待防水抗滑层达到强度要求后，洒布0.6 kg/m2的改性乳化沥青黏层，第二天将SMA-10混合料倒入已放入钢板的试模中碾压成型，待养生完成后取出试件并在钢板正上方进行钻芯，到达钢板厚即停止。对铺装层-钢板界面组合试件进行拉拔试验时，试验温度为25 ℃和60 ℃，拉拔速率为10 mm/min，圆形拉头底面直径D=95 mm，得到25、60 ℃时铺装层-钢板界面黏结强度分别为0.63、0.10 MPa，其破坏界面基本上都是界面混合料破坏；组合试件从25 ℃升高到60 ℃时其黏结强度衰减84.1%，说明铺装层与钢板界面黏结强度对温度敏感性较高。

3 奇龙大桥钢桥面铺装施工质量控制

3.1 配合比设计

奇龙大桥钢桥面铺装层由SMA-13铺装上层和SMA-10铺装下层组成，混合料所用沥青采用SBS高黏改性沥青，所用集料采用闪长岩碎石。SMA-13及SMA-10混合料矿料合成级配见表6，根据配合比设计确定的SMA-13、SMA-10混合料最佳油石比分别为6.1%、6.3%。

3.2 防水黏结层与抗滑层施工质量控制

奇龙大桥钢桥面铺装在9月中旬进行环氧黏结层的施工，对其典型气候条件进行了24 h的气温、箱体桥面板温度检测，施工期间全天气温为28～36 ℃，箱体顶板温度为29～54 ℃。确定抛丸除锈后的钢板表面在45 min内进行0.3～0.5 mm防水黏结层施工，最长施工时间控制在1 h以内，该项目采用梯队施工基本小于30 min。完成防水黏结层施工2 d后，检测其黏结层的强度，结果如表7所示，其强度满足要求后，进行防水抗滑层撒布施工。

表6 桥面铺装层矿料合成级配(目标级配)

表7 环氧黏结剂的强度试验结果

注：合格率100%。

防水抗滑层的施工首先是涂布一层0.7～0.9 mm环氧黏结层，在涂布的同时撒布一层4.75～9.5 mm单粒径碎石。环氧类黏结料的各组分按照比例配制后，在搅拌器内搅拌均匀，从加第一组分材料开始至搅拌均匀可以出料的时间宜根据气温控制在5～15 min之间，净搅拌时间不得低于3 min以保证各组分搅拌均匀，从加入固化剂组分开始至搅拌均匀可以出料的时间不得高于25 min以保证在材料初始固化前有足够的时间进行碎石撒布工作，其制备总时间及净搅拌时间随气温的变化规律见表8。

表8 不同气温条件下环氧黏结料拌和参考时间

3.3 钢桥面铺装全幅施工质量控制

奇龙大桥钢桥面铺装采用全幅摊铺施工工艺，解决了钢桥面铺装沥青混合料施工冷接缝等薄弱环节问题，较好地衔接了沥青混合料的出料、运输、摊铺及碾压全过程施工工艺，确保了SMA混合料的摊铺温度和压实质量。钢桥面全幅施工有利于保证SMA混合料的摊铺速度与供料速度的平衡，减少了摊铺机的停顿次数，同时有利于减少SMA混合料的离析现象。奇龙大桥钢桥面铺装施工过程中基本没出现推移及离析问题，较好地完成了SMA混合料铺装的全幅施工。