王 璽
(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司,北京 100043)
由于環(huán)氧瀝青材料自身性能的特殊性,施工過(guò)程中對(duì)時(shí)間、溫度等因素提出了較高的要求,因此,環(huán)氧瀝青具有施工條件嚴(yán)苛、施工工序緊湊、施工關(guān)鍵技術(shù)精準(zhǔn)的特點(diǎn)。為了確保環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量,本文通過(guò)借鑒多個(gè)工程實(shí)例的實(shí)施經(jīng)驗(yàn),結(jié)合太原市濱河?xùn)|路南延二期工程鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪裝施工,對(duì)其質(zhì)量控制措施進(jìn)行探討,以期提高其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
環(huán)氧瀝青相較于普通瀝青材料,在強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、耐久性等方面具有優(yōu)勢(shì)。環(huán)氧瀝青黏結(jié)料的拉拔強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度至少是常見普通橋面防水材料的6 倍,環(huán)氧瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度至少是SBS 改性瀝青混合料的4 倍[1]。
環(huán)氧瀝青固化成型后在高溫下不會(huì)流動(dòng),70 ℃下混合料動(dòng)穩(wěn)定度是熱塑性改性瀝青混合料的5倍~10 倍,所以具有良好的高溫穩(wěn)定性。環(huán)氧瀝青在低溫下具有足夠的柔性,-10 ℃下混合料極限彎曲強(qiáng)度是熱塑性改性瀝青的3 倍,彎曲應(yīng)變?yōu)闊崴苄愿男詾r青的1.5 倍~2 倍,所以其具有良好的低溫抗裂性能。
環(huán)氧瀝青具有優(yōu)異的耐疲勞性能,可大幅降低道路運(yùn)營(yíng)后期的養(yǎng)護(hù)和維修成本,同時(shí)具有很好的耐化學(xué)物品侵蝕性和耐油性。其在酸、堿、鹽、油等溶液中浸泡15 d 后,材料性能保持完好,能有效避免在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于車輛漏油造成路面破壞和道路積雪后融雪劑對(duì)路面的侵蝕破壞。而且環(huán)氧瀝青混合料孔隙率小,可為鋼橋面提供雙層防腐蝕保護(hù)。
環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料和混合料均由A,B 雙組分在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而成,其反應(yīng)過(guò)程不可逆,基于環(huán)氧瀝青材料的這一特點(diǎn),在施工過(guò)程中,需采取專用智能混合、灑布設(shè)備。
溫拌型環(huán)氧瀝青黏結(jié)料和混合料施工必須嚴(yán)格控制施工溫度范圍和時(shí)間節(jié)點(diǎn),對(duì)混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)的施工節(jié)奏應(yīng)層層把控。
對(duì)于環(huán)氧瀝青黏結(jié)料,溫度過(guò)高將導(dǎo)致黏結(jié)材料固化反應(yīng)過(guò)快,不能有效發(fā)揮它對(duì)鋪裝層和鋼板之間的黏結(jié)作用;溫度過(guò)低將導(dǎo)致黏結(jié)材料流動(dòng)性差,灑布不均勻,不能充分覆蓋橋面鋼板,達(dá)不到防水、黏結(jié)效果。
對(duì)于環(huán)氧瀝青混合料,由于環(huán)氧瀝青材料自身特性,在一定的溫度條件下,其強(qiáng)度隨時(shí)間而增長(zhǎng),溫度越高固化反應(yīng)速度越快,所需時(shí)間越短,反之,則時(shí)間越長(zhǎng)。溫度過(guò)高將導(dǎo)致混合料固化反應(yīng)過(guò)快,不能為施工提供足夠的作業(yè)時(shí)間;溫度過(guò)低將使集料中的水分不能充分干燥,影響環(huán)氧瀝青混合料性能的發(fā)揮,使混合料和易性降低,攤鋪碾壓難度增加。
該工程起點(diǎn)為迎賓路,終點(diǎn)為文源路,設(shè)計(jì)起點(diǎn)為K0+000,設(shè)計(jì)終點(diǎn)為K15+770.289,設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為15 770.289 m。本標(biāo)段施工范圍為K5+500~K7+850,全線共長(zhǎng)2 350 m。標(biāo)段兩聯(lián)鋼箱梁橋分別設(shè)置在橫跨大王線與小牛線位置,全長(zhǎng)203 m。該橋主梁采用Q345qD,梁高2 m,整橋?qū)挾葹?3.5 m,雙向六車道。鋼箱梁橋面鋪裝施工面積為4 466 m2。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為正交異型鋼橋面板+環(huán)氧富鋅漆防銹層+環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層+3 cmEAC-10 溫拌環(huán)氧瀝青混合料+環(huán)氧瀝青黏結(jié)層+4.5 cmSBS 改性瀝青瑪蹄脂混合料(SMA-13)(見圖1)。
圖1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖
通過(guò)橋面拋丸清理機(jī)鑿毛處置(對(duì)鋼橋面進(jìn)行除銹),并保持橋面干燥,在環(huán)氧富鋅漆防腐層涂刷和環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層灑布開始前1 h~2 h,采用手持式森林滅火器對(duì)橋面進(jìn)行清掃、除塵處理。
環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料由A,B 雙組分在一定的溫度條件下通過(guò)不可逆的化學(xué)反應(yīng)而成,其灑布過(guò)程需采用環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層專用智能灑布設(shè)備。鋼橋面防水黏結(jié)層灑布量為(0.6±0.05)kg/m2;對(duì)漏灑或花灑部分需進(jìn)行人工補(bǔ)灑。噴灑量檢驗(yàn):采用“接著法”和“總量控制法”復(fù)合檢驗(yàn)噴灑量。環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)料施工條件較為嚴(yán)格,橋面施工環(huán)境溫度宜控制在5 ℃~40 ℃,空氣相對(duì)濕度應(yīng)<90 %,當(dāng)風(fēng)力超過(guò)5 級(jí)或遇雨雪天氣時(shí)嚴(yán)禁施工。
在環(huán)氧瀝青混合料攤鋪前,為防止瀝青攤鋪機(jī)和運(yùn)料車行駛打滑或附著在輪胎上,造成環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層破損,應(yīng)提前在車輛輪胎行駛軌跡位置人工灑布熱環(huán)氧瀝青混合料,灑布厚度應(yīng)≤10 mm,覆蓋率以70%~80%為宜[2]。
3.4.1 拌和
溫拌型環(huán)氧瀝青混合料拌和樓可以采用兩種形式,一種是采用傳統(tǒng)的間歇式瀝青混凝土拌和樓+環(huán)氧瀝青專用對(duì)接設(shè)備,其中環(huán)氧瀝青對(duì)接設(shè)備的作用是,將雙組分環(huán)氧瀝青在規(guī)定溫度(110 ℃~120 ℃)下按A,B 雙組分的規(guī)定比例混合,然后按配合比試驗(yàn)確定的油石比添加到拌缸中進(jìn)行拌和。另一種是采用專用的環(huán)氧瀝青混合料拌和樓進(jìn)行配料與混合料拌和。后者的可靠性更好且操作簡(jiǎn)單。
拌和前,需通過(guò)試拌確定環(huán)氧瀝青混合料的拌和溫度,以及材料計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,其出料溫度±5 ℃,級(jí)配和油石比應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。拌和中采用插入式溫度計(jì)對(duì)每一盤混合料的出料溫度進(jìn)行檢測(cè),廢棄超出規(guī)定溫度的混合料,對(duì)滿足要求的混合料需填寫“運(yùn)料單”(記錄車號(hào)、裝料數(shù)量、出料時(shí)間和溫度)。
3.4.2 運(yùn)輸
為防止混合料與運(yùn)料車車廂黏附,車廂內(nèi)涂刷植物油或柴油作為隔離劑,并對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行保溫處理[3]。運(yùn)輸時(shí)車輛需進(jìn)行編號(hào),并需將“運(yùn)料單”帶到施工現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)料車輛行至施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí),現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)采用插入式溫度計(jì)對(duì)混合料溫度及到場(chǎng)時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)和記錄。
3.4.3 攤鋪
運(yùn)輸車輛應(yīng)行駛在提前灑布好的防滑熱瀝青混合料上,必要時(shí)應(yīng)采用側(cè)向供料機(jī)向?yàn)r青攤鋪機(jī)喂料,避免對(duì)環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層造成損壞?;旌狭蠑備伹皯?yīng)根據(jù)每車測(cè)量溫度和運(yùn)輸時(shí)間與試驗(yàn)確定的“容留時(shí)間與溫度關(guān)系表”對(duì)比,確定混合料攤鋪是否符合攤鋪?lái)樞颉備仌r(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制攤鋪速度,避免中途攤鋪機(jī)停機(jī)造成橫向冷縫。攤鋪過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)復(fù)核攤鋪層的厚度,并根據(jù)已鋪的混合料總量和已鋪的面積復(fù)核攤鋪層平均厚度是否符合設(shè)計(jì)要求[4]。
在碾壓過(guò)程中,需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)混合料溫度,并在規(guī)定的初壓(一般為85 ℃)和終壓(一般為50℃)溫度前完成碾壓[5]。為盡量減少碾壓過(guò)程對(duì)橋梁自身結(jié)構(gòu)的影響,整個(gè)碾壓過(guò)程采取靜壓方式。碾壓順序:輪胎壓路機(jī)—雙鋼輪壓路機(jī)—輪胎壓路機(jī)—雙鋼輪壓路機(jī)。在碾壓過(guò)程中如果產(chǎn)生氣泡,立刻用銳物將其戳破并重新壓實(shí)。
攤鋪過(guò)程中如采取分幅攤鋪,在第一幅碾壓成型后,第二幅攤鋪前應(yīng)對(duì)已成型的縱向接縫邊緣進(jìn)行切割處理,切割寬度5 cm~10 cm,并在切口處涂刷環(huán)氧瀝青黏結(jié)料。
溫拌型環(huán)氧瀝青鋪裝層施工結(jié)束后,在自然溫度下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的連續(xù)反應(yīng),達(dá)到一定的固化程度方可控制性開放交通,基本完成固化后才能完全開放交通;施工結(jié)束后的氣溫決定著養(yǎng)護(hù)時(shí)間和開放交通的時(shí)間。
對(duì)于雙層環(huán)氧瀝青鋪裝,應(yīng)通過(guò)留樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)得到穩(wěn)定度與時(shí)間的關(guān)系,并按照試驗(yàn)頻率(見表1)進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。當(dāng)馬歇爾穩(wěn)定度≥15 kN,且<25 kN 時(shí),可以控制性開放交通,當(dāng)馬歇爾穩(wěn)定度≥25 kN 時(shí),可以完全開放交通。
表1 馬歇爾檢驗(yàn)的頻率
針對(duì)該工程兩聯(lián)鋼箱梁環(huán)氧瀝青橋面鋪裝,通過(guò)室內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料試驗(yàn)(馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn),見表2)中擊實(shí)次數(shù)的不同(靜壓時(shí)擊實(shí)次數(shù)采用雙面50 次,振動(dòng)壓實(shí)時(shí)擊實(shí)次數(shù)采用雙面75 次),檢驗(yàn)施工過(guò)程中采取靜壓和振動(dòng)壓實(shí)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能的影響情況。通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)認(rèn)為,對(duì)于溫拌型環(huán)氧瀝青混合料,采用50 次擊實(shí)的效果與75次相當(dāng)。試驗(yàn)結(jié)果表明施工過(guò)程中采取靜壓和振動(dòng)壓實(shí)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能無(wú)影響,由于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的特殊性,對(duì)鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料施工宜采用靜壓方式。
表2 環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果
為了確保該標(biāo)段兩聯(lián)鋼箱梁環(huán)氧瀝青的鋪裝質(zhì)量,通過(guò)改變室內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料的成型條件,將環(huán)氧瀝青混合料拌和完成后放置于自然條件下冷卻,分別冷卻至初壓溫度(90 ℃,85 ℃),終壓溫度(60℃,50℃)條件下成型馬歇爾試件,再經(jīng)過(guò)120 ℃條件下養(yǎng)護(hù)6 h,測(cè)試不同成型溫度(正面擊實(shí)時(shí)溫度為高值,反面擊實(shí)時(shí)溫度為低值)對(duì)環(huán)氧瀝青混合料性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明不同成型溫度條件下,對(duì)混合料密度及穩(wěn)定度幾乎沒有影響[6](見表3)。
表3 環(huán)氧瀝青混合料初壓和終壓溫度確定
鋼橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)一般為2.5 cm+2.5 cm 雙層環(huán)氧瀝青混合料,或者是3 cm 環(huán)氧瀝青混合料+4.5 cm SMA 瀝青瑪蹄脂混合料,使用該結(jié)構(gòu)橋面大修周期一般在25 年~30 年,相當(dāng)于瀝青路面設(shè)計(jì)使用期的2 倍(國(guó)內(nèi)首座環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝工程——南京長(zhǎng)江二橋于2001 年通車,現(xiàn)已使用超過(guò)20 年仍然完好)。采用“雙層環(huán)氧瀝青”鋪裝的鋼橋面造價(jià)約1 500 元/m2,采用“下層環(huán)氧+上層改性瀝青”結(jié)構(gòu)的鋼橋面鋪裝造價(jià)約900 元/m2,若按照30 年使用期初步估計(jì),一個(gè)路面大修期15 年內(nèi)兩種結(jié)構(gòu)橋面鋪裝總成本分別為750 元/m2和450 元/m2。
鋼橋面用普通改性瀝青混合料橋面鋪裝一般結(jié)構(gòu)為4 cm+6 cm SBS 改性瀝青混凝土,鋪裝層的造價(jià)約200 元/m2,使用該結(jié)構(gòu)橋面大修頻率一般為3 年/次~4 年/次,如果15 年內(nèi)大修4 次,則一個(gè)路面設(shè)計(jì)使用期橋面鋪裝總成本約為1 000 元/m2(不含挖除舊鋪裝層的費(fèi)用)。
經(jīng)分析可見,環(huán)氧瀝青混合料鋼橋面鋪裝與普通改性瀝青混凝土鋼橋面鋪裝相比,可大幅減少橋面鋪裝大、中修費(fèi)用,又可節(jié)約維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用[7]。
溫拌型環(huán)氧瀝青混合料的拌和溫度一般在120℃以下,較常用的聚合物改性瀝青混合料低60 ℃~70 ℃,屬于典型的溫拌型混合料,可以節(jié)省30%左右的燃油,降低CO2、煙塵等50%排放量,減少SO2、氮氧化合物60%~70%排放量,具有較好的節(jié)能、環(huán)保特性。
通過(guò)溫拌型環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝施工技術(shù)在太原市濱河?xùn)|路南延二期工程鋼橋面施工中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn),環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)作為一種新型的橋面鋪裝,因其性能優(yōu)越,且具有環(huán)保性,使環(huán)氧瀝青的價(jià)值功能也很好得以體現(xiàn)。首先,環(huán)氧瀝青橋面鋪裝層厚度的減薄減小了橋梁恒載,增加了橋梁的承載能力儲(chǔ)備,延長(zhǎng)了橋梁的使用壽命。其次,環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度高、溫度穩(wěn)定性好、耐久性能優(yōu)越,減少了維修養(yǎng)護(hù)的次數(shù),避免了因歷年多次維修給使用者帶來(lái)的不便。最后,環(huán)氧瀝青的拌和溫度一般在110 ℃~120 ℃,屬于典型的溫拌材料,路用性能高,非常適合應(yīng)用于城市鋼箱梁橋面的鋪裝工程應(yīng)用。