鋼橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝鼓包病害檢測(cè)與機(jī)理分析

何 明

（廣東華路交通科技有限公司 廣州510420）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速健康發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)的大跨徑（或城市高架）鋼橋建設(shè)數(shù)量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)［1-3］。環(huán)氧瀝青鋪裝因其良好的抗變形和密水能力，得到廣泛推廣應(yīng)用，但是環(huán)氧瀝青鋪裝存在的最大難題就是容易出現(xiàn)鼓包病害，由于環(huán)氧瀝青混合料的特性以及鋪裝的支撐剛度、溫度狀況和交通荷載等苛刻環(huán)境條件，鋼橋面鋪裝鼓包病害若未得到及時(shí)有效的處理，將會(huì)快速擴(kuò)展，造成裂縫、松散乃至脫產(chǎn)等嚴(yán)重病害，水的滲入將造成鋼板生銹，從而影響橋梁及鋪裝整體使用壽命和長(zhǎng)期服務(wù)性能［4-6］。目前的研究普遍認(rèn)為防水粘結(jié)層上存在一定數(shù)量的水分是導(dǎo)致鼓包現(xiàn)象的出現(xiàn)的主要原因，具體怎樣造成鼓包病害的出現(xiàn)不得而知，對(duì)于鼓包病害的識(shí)別與處置也沒(méi)有合理的方式與方法［7-9］?；诖?，本文提出了一種鋼橋面鋪裝鼓包病害檢測(cè)方法，對(duì)實(shí)際工程環(huán)氧瀝青鋪裝的鼓包病害進(jìn)行識(shí)別與處治，并對(duì)鼓包病害的機(jī)理進(jìn)行分析，旨在提升環(huán)氧瀝青鋪裝施工質(zhì)量，延長(zhǎng)環(huán)氧瀝青鋪裝使用壽命，為鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)及材料優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定良好的理論基礎(chǔ)。

1 檢測(cè)設(shè)備

鋼板、瀝青混合料、空氣不同的物質(zhì)對(duì)溫度的傳播速度及吸收程度不同，鋼板-瀝青混合料與鋼板-空氣-瀝青混合料（存在鼓包，鋼板與瀝青混合料脫離）結(jié)構(gòu)對(duì)溫度的敏感性不同，鋼板-空氣-瀝青混合料，瀝青混合料吸熱后溫度向下傳遞給鋼板，由于空氣的存在導(dǎo)致溫度傳遞相比與瀝青混合料溫度直接傳遞給鋼板的要慢，存在鼓包的瀝青混合料的溫度將比不存在鼓包的瀝青混合料的溫度要高，基于此，研發(fā)了一種新型的基于紅外熱成像技術(shù)的鋼橋面鋪裝鼓包病害檢測(cè)設(shè)備（CN209652723U），如圖1所示，該設(shè)備主要包括手機(jī)分析系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)、聲音探測(cè)系統(tǒng)；該設(shè)備基于紅外探測(cè)系統(tǒng)初步判定鼓包病害位置，通過(guò)對(duì)錘擊后聲音探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步確定鼓包病害及位置，最后手機(jī)分析系統(tǒng)顯示鼓包病害，通過(guò)該裝置能夠準(zhǔn)別、有效識(shí)別鼓包病害及位置。

圖1 一種用于鋼橋面鋪裝鼓包病害的檢檢測(cè)儀示意圖Fig.1 Schematic Diagram of a Detection Instrument for Bulge Disease of Steel Bridge Deck Pavement

2 檢測(cè)方案

對(duì)某鋼橋面環(huán)氧瀝青下面層（寬18.5 m，長(zhǎng)1 800 m）環(huán)氧鋪裝后進(jìn)行鼓包病害檢測(cè)。準(zhǔn)備檢測(cè)設(shè)備6臺(tái)，保證處于滿電狀態(tài)；檢測(cè)分為A和B兩個(gè)大組、每大組分為3小組，每小組2人；每小組配備檢測(cè)設(shè)備1臺(tái)、鐵錘1把及充電寶1個(gè)、油漆筆等其他相關(guān)工具；排查時(shí)間選擇應(yīng)在溫度范圍在30～50℃時(shí)進(jìn)行。具體檢測(cè)方案如下：

⑴A大組以9.25 m為檢測(cè)橫斷，3個(gè)小組橫向均勻錯(cuò)開(kāi)延縱向拉網(wǎng)式排查，直至所有段落排查完畢；B大組在A大組后面不少于30 m，進(jìn)行復(fù)查，前后各3個(gè)小組行進(jìn)路線應(yīng)保持基本一致。因此，每次總排查相當(dāng)于2次全面排查；

⑵每小組2人，1人持檢測(cè)設(shè)備對(duì)鋪裝層進(jìn)行觀察，另1人持鐵錘、油漆筆對(duì)鼓包或疑似鼓包的位置進(jìn)行敲擊確認(rèn)及標(biāo)記；

⑶原則上，每個(gè)段落的總排查應(yīng)不少于2次，即全面排查不少于4次，2次總排查宜安排在不同日期；

⑷排查行走速度宜控制在約600～800 m/h（散步慢走），根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，應(yīng)逆光進(jìn)行觀察，獲得鋪裝層更多細(xì)節(jié)；

⑸當(dāng)檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)鼓包或疑似鼓包時(shí)，小組另1人應(yīng)在逆光方向（防止身體遮擋陽(yáng)光造成溫度降低影響判定）持鐵錘進(jìn)行敲擊確認(rèn)及標(biāo)記。

3 檢測(cè)結(jié)果及病害機(jī)理分析

3.1 檢測(cè)結(jié)果

基于新型的基于紅外熱成像技術(shù)的鋼橋面鋪裝鼓包病害檢測(cè)設(shè)備對(duì)鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝進(jìn)行全斷面掃描，如圖2所示，對(duì)溫度異常部位進(jìn)行標(biāo)記，如圖3所示，并采用錘擊聲音方式確定是否出現(xiàn)鼓包病害，如圖4所示。

圖2 鼓包紅外全斷面檢測(cè)Fig.2 Infrared Full Section Detection of Bulge

圖3 溫度異常部位進(jìn)行標(biāo)記Fig.3 Labeling the Abnormal Parts of the Temperature

圖4 錘擊聲音方式確定病害Fig.4 Hammer Sound Mode to Determine the Disease

檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)3處鼓包病害，并對(duì)鼓包位置進(jìn)行切割、挖除確認(rèn)，檢測(cè)結(jié)果跟現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)結(jié)果一致，說(shuō)明了該基于紅外熱成像技術(shù)的鋼橋面鋪裝鼓包病害檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)方法是可靠的，能夠準(zhǔn)確有效檢測(cè)環(huán)氧瀝青鋪裝的鼓包病害，檢測(cè)方案也是合理的。

3.2 病害機(jī)理分析

鼓包是形成于鋪裝體系與橋面板之間，豎向表現(xiàn)為鋪裝材料被頂起，平面近似呈現(xiàn)圓形的一種病害現(xiàn)象。由于環(huán)氧瀝青鋪裝空隙率一般低于3%，處于密實(shí)狀態(tài)，施工過(guò)程中環(huán)氧瀝青混凝土內(nèi)滯留水氣無(wú)法排出，是造成鼓包病害的主要原因。鼓包病害的出現(xiàn)主要跟混合料的特性、水、氣等因素有關(guān)，其病害機(jī)理分析如下：

3.2.1 水分受熱汽化的膨脹作用

環(huán)氧鋪鋪層底下水分在高溫作用下汽化并不斷膨脹，向上難以從密實(shí)的加鋪層逃逸，向下難以從舊路面層逃逸，導(dǎo)致蒸汽壓力增加，從而形成了加鋪層鼓包病害。

3.2.2 干燥空氣受熱膨脹作用

界面之間即使不存在水分，高溫的瀝青混合料對(duì)密封進(jìn)去的空氣進(jìn)行了加熱，卷入的干燥空氣受熱膨脹也可導(dǎo)致鼓包病害產(chǎn)生。

3.2.3 氣體泵吸作用

白天隨著氣溫升高，鼓泡內(nèi)氣體體積發(fā)生膨脹，鋪裝瀝青類材料在高溫下變軟，作用在其上的壓力使其發(fā)生變形產(chǎn)生鼓包，而晚上隨著氣溫降低，鼓包內(nèi)氣體壓力下降，低于外界氣壓，但鋪裝上層材料已經(jīng)變硬，很難再恢復(fù)原來(lái)的形狀，這樣就在鼓包內(nèi)部產(chǎn)生了局部真空，鼓包外的氣體就會(huì)通過(guò)表面裂紋或空隙進(jìn)入鼓包內(nèi)部，晚上鼓包吸入的氣體超過(guò)白天排出的氣體，當(dāng)溫度升高后鼓包準(zhǔn)備第二個(gè)發(fā)展周期，氣體泵吸作用致使鼓包病害加劇。

4 鼓包病害處治及防止

4.1 鼓包病害處治

鼓包開(kāi)裂是環(huán)氧瀝青鋪裝的常見(jiàn)病害，鼓包病害可能發(fā)生在施工過(guò)程中，較多的水分滲水環(huán)氧瀝青混合料，不能在瀝青混合料中及時(shí)排除，將會(huì)由于熱脹冷縮作用沖擊環(huán)氧瀝青混凝土形成鼓包；鼓包現(xiàn)象也可能發(fā)生在鋪裝運(yùn)營(yíng)階段，在施工過(guò)程中環(huán)氧瀝青混合料內(nèi)滯留的少量水汽在高溫作用下會(huì)逐漸膨脹形成包，鼓包在反復(fù)行車荷載作用下會(huì)逐漸擴(kuò)展，在水-熱-荷載耦合作用下鼓包將破壞開(kāi)裂形成裂縫，繼續(xù)擴(kuò)展將導(dǎo)致環(huán)氧瀝青混合料松散、剝落，同時(shí)雨水下滲至中下面層，最終導(dǎo)致鋪裝脫層，破壞、剝離防水粘結(jié)層，最終在動(dòng)水壓力作用下不斷沖擊鋼板，導(dǎo)致鋼板銹蝕；若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理將不會(huì)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料的使用性能帶來(lái)影響，也會(huì)避免因鼓包造成開(kāi)裂或坑槽病害。

環(huán)氧瀝青鋪裝在施工過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)鼓包病害，應(yīng)首先進(jìn)行標(biāo)記，然后采用切割設(shè)備對(duì)出現(xiàn)病害位置進(jìn)行分割和切割（見(jiàn)圖5），再補(bǔ)涂防水粘結(jié)層材料（見(jiàn)圖6），采用跟鋪裝相同的環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行補(bǔ)料并作擊實(shí)處理，確保環(huán)氧鋪裝整體的優(yōu)良性能。

圖5 溫度異常部位分割和切割Fig.5 Segmentation and Cutting of Abnormal Temperature Part

圖6 補(bǔ)涂防水粘結(jié)層材料Fig.6 Recoating of Waterproof Bonding Layer Material

4.2 鼓包病害的防止

為了提升環(huán)氧瀝青混合料的鋪裝質(zhì)量，防止鼓包病害出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)采取以下措施：

⑴每天的施工時(shí)間的應(yīng)安排在氣溫升高以后進(jìn)行。在施工季節(jié)上，要避開(kāi)濕度較大季節(jié)，盡量安排在8月份以后的旱季進(jìn)行施工。

⑵施工應(yīng)該盡量避免在雨季或者雨天進(jìn)行，橋面鋪裝尤其是大跨徑橋面鋪裝環(huán)境一般較為濕潤(rùn)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)監(jiān)控施工環(huán)境的溫、濕度，準(zhǔn)備好吹風(fēng)筒及加熱機(jī)，及時(shí)清潔、干燥工作面，避免因水汽帶來(lái)的不利影響。

⑶在施工期執(zhí)行嚴(yán)格的防水、防油污等管理措施的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)工藝研究。

⑷在下一道工序，要對(duì)工作面再次檢查，發(fā)現(xiàn)存留的鼓包，應(yīng)立即處治。

5 結(jié)論

針對(duì)鋼橋面鋪裝環(huán)氧瀝青混合料鋪裝存在的“鼓包”病害難題，提出一種基于紅外熱成像技術(shù)的鼓包病害檢測(cè)技術(shù)，對(duì)應(yīng)用工程的環(huán)氧鋪裝進(jìn)行檢測(cè)和病理分析，檢測(cè)技術(shù)可靠，檢測(cè)方法合理；針對(duì)性地提出了防止措施和處治技術(shù)，工程應(yīng)用效果良好。