環(huán)氧覆層在曼海大橋修復(fù)改造工程中的應(yīng)用

文/云南省保山公路局 趙富超

環(huán)氧覆層作為一種新興的橋面鋪裝形式，因其厚度薄、重量輕，可在不增加橋面荷載及鋪裝厚度的情況下修復(fù)改造橋面鋪裝。本文主要介紹了環(huán)氧覆層的技術(shù)特點，并結(jié)合云南保山曼海大橋修復(fù)改造工程的橋面鋪裝，對環(huán)氧覆層的各項性能與施工工藝、控制要點等進行了分析探討，以期為類似工程施工提供參考。

橋梁是交通運輸連接樞紐，其安全、可靠、耐久、舒適關(guān)系到民生大計。而橋面鋪裝層作為直接暴露在陽光暴曬、雨水沖刷、車輛載荷作用、環(huán)境溫度變化、各種酸堿鹽侵蝕以及碰撞車禍等惡劣因素下的磨耗層，其結(jié)構(gòu)安全直接關(guān)系到車輛行人的生命財產(chǎn)安全。加鋪環(huán)氧樹脂的薄層鋪裝（環(huán)氧覆層）可有效保護橋面。

環(huán)氧覆層主要由環(huán)氧樹脂膠黏劑和精選骨料組成。環(huán)氧樹脂薄層鋪裝有兩種鋪裝方法：砂漿法和撒播法。前者先是按照試驗配合比在常溫下將高硬度集料與環(huán)氧樹脂膠黏劑預(yù)先拌和，然后均勻攤鋪于橋面上，待其凝固后再在其表面涂刷一層環(huán)氧膠黏劑并噴灑骨料形成構(gòu)造防滑層，其空隙率VV、礦料間隙率VMA、骨架間隙率VCA都較均勻；而撒播法，則是在經(jīng)過銑刨清洗找平的橋面上傾倒環(huán)氧膠黏劑，待其自流均勻后，再撒播骨料的鋪裝方法。撒播法一般會多層鋪裝，層與層之間依次澆筑環(huán)氧膠黏劑至淹沒骨料一定深度，然后再進行下一層施工。因此，可以根據(jù)不同鋪裝需求獲得不同厚度的鋪裝效果。

工程概況

曼海大橋位于國道320線保山境內(nèi)段，為跨越怒江而建，主橋上部結(jié)構(gòu)為2孔145m連續(xù)箱梁，引橋上部結(jié)構(gòu)為30m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁，橋梁全長416.66m，主橋橋面寬為7.0m（行車道）＋2×1.1m（人行道）＋2×1.7m（拉索區(qū)）；引橋橋面寬為7.0m（行車道）＋2×2.15m（人行道）。

該橋始建于1992年，老橋設(shè)計荷載為汽車-20級，橋面鋪裝層為瀝青混凝土，2016年橋梁檢查過程中發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝層有局部破損、車轍及高低不平等現(xiàn)象。為保證主梁恒載不增加，同時保持路面與橋面顏色的統(tǒng)一性，決定將整座橋面原鋪裝的4cm厚瀝青層鑿除改鋪7mm厚環(huán)氧覆層。

環(huán)氧覆層性能

從整體方法論來看，環(huán)氧覆層的鋪裝是一個三相的復(fù)合系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的特性受這三相特性的控制：環(huán)氧覆層相、既有混凝土路面結(jié)構(gòu)和它們之間的界面。因此，當(dāng)我們考慮環(huán)氧覆層的應(yīng)用效果時，首先應(yīng)保證其與既有結(jié)構(gòu)混凝土的相容性及層間黏結(jié)強度。這些性能對它后期服役過程中的穩(wěn)定性與耐久性起到關(guān)鍵作用。

環(huán)氧覆層作為鋪裝層，也應(yīng)兼顧路用性能指標：適宜的強度抵抗各種荷載的作用；高溫穩(wěn)定性、低溫抗開裂性、水穩(wěn)定性可以保證路面的使用壽命；抗腐蝕、抗碳化、長久保持強度和外觀完整性；恢復(fù)橋面的平整度，改善抗滑、耐磨、防水性能，保證行駛質(zhì)量。

環(huán)氧覆層的組成

曼海大橋環(huán)氧覆層采用撒播法施工，選取JN-RS底膠作為基底黏結(jié)劑，JN-R作為結(jié)合料黏劑，高性能陶粒作為骨料。

環(huán)氧膠黏劑性能

環(huán)氧膠黏劑作為環(huán)氧覆層的黏結(jié)材，決定了覆層的大部分核心性能。應(yīng)用于曼海大橋橋面修復(fù)改造的JN-R橋面環(huán)氧膠黏劑，參考了美國ACI 548.4R-2011 Specification ForLatex-Modified Concrete (Lcm)Overlays，結(jié)合了實際工程應(yīng)用的需求，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出，JN-R環(huán)氧膠黏劑黏度低且常溫下能快速固化，施工時，可自流平，且無需使用大型機械對其振搗碾壓，施工簡便且快速，縮短了封路時間。

表1 結(jié)合料黏劑JN-R橋面環(huán)氧膠黏劑參數(shù)要求

在直接承受重軸集中動力荷載以及橋面整體變形作用下，鋪裝層承受著較大的峰值拉應(yīng)力及不容忽視的疲勞應(yīng)力幅，傳統(tǒng)的鋪裝材料由于厚度較大，邊緣應(yīng)變應(yīng)力也較大，再加上其本身彈性模量較高，容易在過大的拉應(yīng)力峰值及較高的荷載循環(huán)次數(shù)狀態(tài)下開裂，而JN-R環(huán)氧膠黏劑的抗拉強度本身可達20MPa，同時其自身彈性模量較低，與橋面基材具有良好的變形協(xié)調(diào)且覆層厚度僅有7mm，邊緣應(yīng)變應(yīng)力較小，從而使得環(huán)氧覆層的抗拉承載力及疲勞強度遠超瀝青混凝土與鋼筋混凝土。

普通環(huán)氧膠黏劑與混凝土的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，在橋面整體升溫、降溫及溫度梯度應(yīng)力作用下時，兩種材料的應(yīng)變差會在薄弱的界面上產(chǎn)生較大次內(nèi)力，在其他荷載同時組合下，交界面受力復(fù)雜，對其黏結(jié)強度考驗較高。拉拔試驗表明，JN-R環(huán)氧膠黏劑的黏結(jié)強度已達到3.8MPa，且破壞面外位于混凝土基材內(nèi)部，足以保證在荷載作用下鋪裝層與混凝土基材界面整體工作，而不會出現(xiàn)分層破壞。

骨料性能

骨料在環(huán)氧覆層體系中形成堅強的骨架，可減小體系的收縮。同時，由于采用了單粒徑、有棱角、硬度高的骨料，體系的強度與耐磨性有了保證。在撒播過程中，表層骨料是以隨機狀態(tài)鑲嵌到覆層上的，因此，在保證較好平整度的同時，擁有了較高的構(gòu)造深度。該工程選用高性能陶粒作為骨料（見表2）。

表2 高性能陶粒試驗參數(shù)

環(huán)氧覆層施工

施工流程

環(huán)氧覆層施工流程如下：

橋面鋪裝混凝土（基層）處理→JN-RS底膠配制→涂刷JN-RS底膠→JN-R膠液配制→涂刷第一層膠液→撒播第一層骨料→養(yǎng)護、回收多余骨料→涂刷第二層膠液→撒播第二層骨料→第二層的養(yǎng)護與骨料回收。

施工質(zhì)量控制要點

橋面鋪裝混凝土修復(fù)

鋪設(shè)JN-R橋面環(huán)氧覆層并非對橋面進行結(jié)構(gòu)補強，橋面狀況是否良好直接決定著環(huán)氧覆層能否正常運行。除了對裂縫表面封閉或壓力注膠外，對嚴重開裂、破損松散的混凝土，面積較大的區(qū)域首先放樣劃線，采用混凝土切割機，然后采用電鎬、風(fēng)鎬第小型機械配合人工鑿除受損混凝土，不采用大型機械破碎施工，以避免對橋梁結(jié)構(gòu)形成破壞。恢復(fù)橋面鋼筋（鋼筋應(yīng)與原有鋼筋進行搭接焊），清理干凈后采用JN-RX高韌性環(huán)氧混凝土重新澆筑，對損壞面積較小的坑塘，清理破損混凝土?xí)r盡量避免破壞的原有鋼筋。

施工適宜性評估

環(huán)氧覆層的施工效果受到諸多環(huán)境因素的影響，如天氣、溫度、基體混凝土狀態(tài)等。一般地，覆層施工宜在晴天進行，雨天、霧天及潮濕天氣不得施工；施工前測定橋面與環(huán)境溫度，施工適宜溫度為15℃至35℃，環(huán)境溫度小于5℃時，不得進行環(huán)氧覆層鋪設(shè)施工，環(huán)境溫度超過35℃時，應(yīng)通過試驗確定膠液可操作時間；此外，施工前需測定基體混凝土含水率，含水率合格后方可進行后續(xù)工序。

洗刨與打磨

橋面瀝青殘留物較多，有些滲入基體混凝土較深，且橋面高低不平，因此，采用大型整體銑刨機和小型銑刨機聯(lián)合進行銑刨；對于銑刨不能達到的邊角與溝槽，以及橋面仍未能清除的污漬，用手砂輪人工打磨直至基層混凝土露出粗骨料。

環(huán)氧覆層鋪設(shè)

膠液配制 將A、B組份按比例稱量，倒入攪拌桶中用可調(diào)速電鉆加配油漆攪拌槳攪拌，攪拌時轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分至600轉(zhuǎn)/分，以盡可能減少氣泡混入。攪拌2分鐘后，將預(yù)攪拌均勻的膠液從一攪拌桶翻倒至另一攪拌桶中，再次攪拌1分鐘，以確保充分攪拌均勻。

涂刷底膠 JN-RS底膠的主要作用有：一、封閉作用。通過封閉基層，防止水分、堿性及其他不良物質(zhì)滲出；二、增加黏結(jié)力。底膠具有極強的滲透性和黏結(jié)能力，可以增加覆層體系與基層之間的黏結(jié)力。改善基體混凝土質(zhì)量。滲入基體混凝土的底膠，可有效增加其強度，修復(fù)前期因洗刨或打磨導(dǎo)致的二次損傷，保證其整體性，使覆層獲得質(zhì)量良好的基體。

為了證實底膠在實際施工中的效果，該工程特別進行了現(xiàn)場試驗，具體結(jié)果見表3?？梢钥吹?，無論基面處理方式如何，涂刷底膠后拉拔強度都會有明顯增長?；炷粱w銑刨處理后的拉拔強度較打磨處理低，證明銑刨作業(yè)對混凝土的二次損傷更大，底膠的存在可以恢復(fù)其質(zhì)量，但仍不及無損傷或少損傷的情況。

涂刷面膠 JN-R膠液配制完畢后需立即在底膠固化前鋪于底膠上，并用帶齒的耙子將膠液均勻的涂刮在基面上，膠液用量應(yīng)控制在每平方米不少于1kg。

撒播骨料 將骨料（骨料須完全干燥、無水分、無灰塵）撒播至均勻涂抹有膠液的基面，撒播骨料直至基面完全被骨料覆蓋且不存在濕潤的區(qū)域。如果表面露膠，需要進行補撒，以保證平整度。

圍擋養(yǎng)護 骨料撒播完成后進入養(yǎng)生階段，養(yǎng)生期間禁止行人和車輛通過，養(yǎng)生時間根據(jù)溫度情況。養(yǎng)生期間應(yīng)盡量保持面層的通風(fēng)與干燥。

回收多余骨料 養(yǎng)生期后，用吸塵設(shè)備或人工掃除表面多余的骨料，并進行骨料的回收與篩選，用于下次施工。

表3 涂刷底膠效果現(xiàn)場測試結(jié)果

環(huán)氧覆層效果評測

環(huán)氧覆層施工完成后，評價其效果：環(huán)氧覆層與混凝土基材的黏接性能良好，拉拔破壞測試結(jié)果為3.2MPa，且混凝土內(nèi)發(fā)生破壞；環(huán)氧覆層的摩擦系數(shù)為67，構(gòu)造深度達到1.2mm，滿足規(guī)范要求；行車平穩(wěn)舒適，對橋梁沖擊荷載較小。

結(jié)語

通過分析曼海大橋的具體案例可以看出，環(huán)氧覆層技術(shù)在橋面修復(fù)改造中，與原結(jié)構(gòu)層間的黏結(jié)情況良好，不存在薄弱層的情況。覆層摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度等測試指標優(yōu)異，改善了橋面平整度，同時具有抗滑耐磨、施工工期短、開放交通早等的優(yōu)點，能夠快速改善橋梁的行駛狀況，符合橋梁修復(fù)改造的發(fā)展方向。