鋼橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)用早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑施工工藝

雷宗建，武艷萍

(1.湖北省高速公路實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，武漢 430051；2.湖北公路智能養(yǎng)護(hù)科技股份有限公司，武漢 430051)

近年來(lái)，隨著我國(guó)大跨徑鋼橋建設(shè)速度的不斷擴(kuò)大，鋼橋面鋪裝層的養(yǎng)護(hù)規(guī)模也快速增長(zhǎng)。由于大跨徑鋼橋通常位于交通要塞，交通流量大、交通組成復(fù)雜，頻繁的鋼橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)對(duì)交通影響很大，這對(duì)鋼橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)的時(shí)效性提出了更高的要求[1]。

粘結(jié)層所提供的粘結(jié)力是鋪裝層與橋面板整體性的保證，能夠防止鋪裝層內(nèi)形成滑動(dòng)面。同時(shí)，還須具有一定的抗剪能力，以抵抗車(chē)輛由于制動(dòng)產(chǎn)生的剪切力[2]。粘結(jié)層的施工受外界因素影響較大，為了減少外界的干擾，應(yīng)盡可能采用施工工期短、施工工藝簡(jiǎn)單的材料，制約鋪裝層養(yǎng)護(hù)效率的根本決定因素是材料的特性。開(kāi)發(fā)具有早期強(qiáng)度高、施工便利高效的鋪裝材料，是當(dāng)前鋼橋面快速養(yǎng)護(hù)的一個(gè)重要需求。

我公司自主研發(fā)的粘結(jié)劑早期強(qiáng)度高、養(yǎng)生周期短，一定程度上縮短了鋪裝層的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。為進(jìn)一步精簡(jiǎn)優(yōu)化其施工工藝，縮短施工作業(yè)時(shí)間，提升鋪裝層養(yǎng)護(hù)效率，該文研究不同的粘結(jié)劑涂覆工藝對(duì)鋼板與混合料間的性能影響。

1 早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑材料的性能指標(biāo)

研發(fā)的早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑，由低分子量環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑、環(huán)氧增韌劑、防流掛助劑和快速固化劑組成，具有防水和防腐的作用，易于噴涂施工，早期強(qiáng)度高，柔韌性好。具體性能如表1所示。

表1 早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑性能指標(biāo)

從表1可以看出，研發(fā)得到的粘結(jié)劑柔韌性好、早期強(qiáng)度高，在25 ℃養(yǎng)生2 h即可達(dá)到0.8 MPa拉拔粘結(jié)強(qiáng)度，80 ℃養(yǎng)生0.5 h可以達(dá)到2 MPa以上，且其抗老化性能好，在200 ℃養(yǎng)生1 h拉拔粘結(jié)強(qiáng)度仍可達(dá)到10.74 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范中2.7 MPa的要求。在實(shí)際施工中，熱拌瀝青混合料攤鋪后內(nèi)部溫度至少能在80～100 ℃保持1 h以上，因此，可以滿(mǎn)足快速開(kāi)放交通的目的。

2 粘結(jié)劑涂覆施工工藝

采用3種不同的粘結(jié)劑涂覆工藝進(jìn)行對(duì)比分析，具體施工工藝如下：

第1種(A組)：鋼板上均勻涂覆粘結(jié)劑，待其完全固化后進(jìn)行混合料鋪裝。

第2種(B組)：鋼板上均勻涂覆粘結(jié)劑，待其完全固化后，再在其上涂覆二階反應(yīng)型乳化瀝青，然后進(jìn)行混合料鋪裝。

第3種(C組)：鋼板上面均勻涂覆粘結(jié)劑后，立即進(jìn)行混合料鋪裝。

3 早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

該文使用研發(fā)的粘結(jié)劑，在青山長(zhǎng)江大橋施工現(xiàn)場(chǎng)，選用澆筑式瀝青混合料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分別按照《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T3364-02—2019中附錄B粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法、附錄C剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料與鋼板間的拉拔粘結(jié)強(qiáng)度和直接剪切強(qiáng)度試驗(yàn)研究。

3.1 拉拔粘結(jié)性能研究

拉拔粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)使用300 mm×300 mm×16 mm鋼板，按照規(guī)定對(duì)鋼板進(jìn)行噴砂除銹[3]，清潔度達(dá)到Sa2.5級(jí)[4]，粗糙度達(dá)到50～100 μm，然后在處理后鋼板上按照0.5 kg/m2的涂覆量均勻涂覆粘結(jié)劑，3塊鋼板分別采用以上介紹的3種不同粘結(jié)劑涂覆工藝方式施工。

在鋼板上進(jìn)行混合料攤鋪成型，粘附好拉拔頭后在施工現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)生(室外溫度約為5～10 ℃)，然后進(jìn)行3 d、7 d和28 d拉拔粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示，測(cè)試斷面如圖1所示。

表2 3 d、7 d和28 d拉拔粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 /MPa

從測(cè)試結(jié)果可以看出：

1)3種涂覆粘結(jié)劑工藝方式的粘結(jié)強(qiáng)度均隨養(yǎng)生時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)，C組粘結(jié)強(qiáng)度最高，A組次之，B組粘結(jié)強(qiáng)度最低。

2)A組在不同養(yǎng)生時(shí)間下粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試破壞斷面均比較光滑，且均為粘結(jié)層與瀝青混合料的結(jié)合面處。因混合料鋪裝前粘結(jié)劑層已完全固化，瀝青混合料的高溫對(duì)粘結(jié)劑與混合料間的粘結(jié)強(qiáng)度形成所起的作用較小，結(jié)合面處為受力薄弱處，故優(yōu)先從結(jié)合面處破壞。

3)B組在混合料鋪裝前涂覆二階反應(yīng)型乳化瀝青，在7 d前測(cè)試時(shí)還未完全固化，待其完全固化后其強(qiáng)度仍低于粘結(jié)劑粘結(jié)強(qiáng)度，故B組測(cè)試破壞斷面均為二階反應(yīng)型乳化瀝青層與混合料結(jié)合面處。

4)C組7 d及以上試件測(cè)試破壞斷面均為拉拔頭處，即粘結(jié)劑與混合料的粘結(jié)強(qiáng)度要大于實(shí)際測(cè)試結(jié)果。這是因?yàn)樵谡辰Y(jié)劑固化前進(jìn)行混合料的鋪裝，粘結(jié)劑與混合料間作用面積更大，在混合料高溫作用下環(huán)氧基團(tuán)快速反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成整體受力結(jié)構(gòu)，達(dá)到快速固化的效果。

3.2 直接剪切性能研究

澆筑式瀝青混合料與鋼板間的直接剪切強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)分為3組(同上)，鋼板選用直徑100 mm鋼板，鋼板表面處理同上，將預(yù)先準(zhǔn)備好的套筒套在圓形鋼板上，現(xiàn)場(chǎng)取樣倒入套筒內(nèi)，如圖2所示，待其冷卻后取下套筒在青山長(zhǎng)江大橋現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行同條件養(yǎng)生(室外溫度為5～10 ℃)。使用UTM-100進(jìn)行3 d、7 d和28 d直接剪切強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示，測(cè)試斷面圖如圖3所示。

表3 3 d/7 d/28 d直接剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果/MPa

從測(cè)試結(jié)果可以看出：

1)3種涂覆粘結(jié)劑工藝方式的直剪強(qiáng)度均隨著養(yǎng)生時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變大，C組直剪強(qiáng)度值最大，A組次之，B組最低，與粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果相吻合。

2)鋼板上涂覆的粘結(jié)劑表干后再進(jìn)行瀝青混合料鋪裝(A組和B組)的直剪強(qiáng)度值相差不大，且均為層間破壞，這說(shuō)明粘結(jié)劑層表干后再進(jìn)行鋪裝，粘結(jié)劑層與混合料層結(jié)合面處為受力薄弱處，并未形成整體受力結(jié)構(gòu)。

3)在鋼板上涂覆粘結(jié)劑后立即進(jìn)行混合料鋪裝的早期直剪強(qiáng)度遠(yuǎn)大于粘結(jié)劑表干后進(jìn)行鋪裝的強(qiáng)度，3 d的直剪強(qiáng)度已達(dá)到1.35 MPa，7 d之前的直剪強(qiáng)度為粘結(jié)劑表干后進(jìn)行鋪裝的2倍以上，且破壞斷面為混合料內(nèi)部，這說(shuō)明測(cè)試得到的結(jié)果為混合料剪切強(qiáng)度，粘結(jié)劑與混合料間剪切強(qiáng)度要大于混合料的強(qiáng)度。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)自主研發(fā)的粘結(jié)劑用3種不同的涂覆施工工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，得到的結(jié)論如下：

在鋼板上涂覆粘結(jié)劑后直接進(jìn)行瀝青混合料鋪裝的施工工藝方式，在不同養(yǎng)生時(shí)間下進(jìn)行測(cè)試得到的直接剪切強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度均明顯大于粘結(jié)劑固化后的強(qiáng)度。因此，采用研發(fā)的早強(qiáng)型環(huán)氧粘結(jié)劑進(jìn)行鋼橋面鋪裝層養(yǎng)護(hù)施工時(shí)，鋼板上涂覆粘結(jié)劑后無(wú)需等待即可進(jìn)行上面層的鋪裝，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)開(kāi)放交通的要求。