橋面環(huán)氧抗滑鋪裝層間粘結(jié)拉拔試驗分析

胡宏源，申茂枝，盛大文，磨煉同

（1.武漢光谷建設(shè)投資有限公司，武漢 430205；2.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟公路管理處，錫林浩特 026000；3.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點試驗室，武漢 430070）

武漢市八一路延長線（卓刀泉北路至魯磨路）工程包括光谷大橋、八一湖大橋和菱角湖大橋，其中光谷大橋為鋼箱橋，其余兩個為混凝土橋。光谷大橋采用鋼桁拱橋橋型，是武漢第一次在湖面上架設(shè)結(jié)構(gòu)輕盈的鋼拱橋，主要考慮了東湖景區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)對輕盈、美觀方面的要求，適應(yīng)于東湖景區(qū)對環(huán)境與建筑物相互協(xié)調(diào)方面的需求。在上述三座橋梁中，其非機動車道和人行道均采用了彩色環(huán)氧抗滑薄層鋪裝，其設(shè)計方案為“鋼板噴砂除銹或混凝土橋面拋丸處理＋環(huán)氧涂層＋表面撒布碎石＋環(huán)氧涂層＋表面撒布碎石”方案，兩層環(huán)氧薄層總厚度約為7mm。

薄層環(huán)氧抗滑鋪裝材料是一種新型的道路材料，其厚度僅為5～10mm，由環(huán)氧樹脂和單一粒徑耐磨集料組合而成。其中，環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，與集料、混凝土粘結(jié)性好，可對橋面起到很好的保護作用。由于采用單一粒徑耐磨集料，鋪裝層表面粗糙，可起到很好的抗滑作用。薄層環(huán)氧抗滑鋪裝厚度很小，使得其成本與傳統(tǒng)瀝青和水泥混凝土鋪裝相比仍有一定的優(yōu)勢。此外，薄層環(huán)氧抗滑鋪裝的表面修復(fù)簡單，可在原有環(huán)氧鋪裝層上再鋪筑一薄層環(huán)氧抗滑材料即可，無需長時間養(yǎng)護，可在夜間施工，第二天即可開放交通。

環(huán)氧薄層鋪裝的主要破壞形式有開裂、脫層和磨損掉粒。開裂產(chǎn)生的原因主要有：一是鋪裝層與基層的熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的溫縮開裂，二是基層產(chǎn)生的反射裂縫。脫層主要由于層間連接不足造成的，其主要原因是表面處理不好，水泥浮漿未處理干凈；底層未完全干透，水分在層間粘結(jié)處積累造成鋪裝層和底層的脫落，在輪胎作用和凍融作用下導(dǎo)致脫層。表面磨損掉粒多發(fā)生在輪跡帶，主要是由于車輪和鋪裝層的過度摩擦引起的。此外，環(huán)氧膠拌和不均勻，初凝時間過快也易造成表面集料粘結(jié)不足而脫落。

環(huán)氧薄層鋪裝是一種新材料和工藝，目前在國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準。由于是薄層鋪裝材料，其層間粘結(jié)強度是重要的性能指標。環(huán)氧材料種類多，粘結(jié)性能差異大，難以建立統(tǒng)一的標準。該論文將結(jié)合環(huán)氧薄層鋪裝在武漢市八一路延長線（卓刀泉北路至魯磨路）工程的實際應(yīng)用，利用現(xiàn)場鉆芯拉拔試驗，檢驗其在正常施工條件下與混凝土橋面及鋼橋面的層間粘結(jié)性能，為今后此類材料制定規(guī)范和驗收標準提供參考依據(jù)。

1 原材料與施工工藝

該項目所用粘結(jié)劑為DH－IV環(huán)氧膠黏劑，由武漢興正源路橋復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)，是一種無溶劑、100%固含、低模量雙組分復(fù)合材料粘結(jié)劑。環(huán)氧膠黏劑的固化時間對溫度較敏感，固化溫度宜在15～30℃之間。表1為DH－IV環(huán)氧膠黏劑主要性能試驗結(jié)果。

表1 DH－IV環(huán)氧膠黏劑主要性能試驗結(jié)果

環(huán)氧薄層鋪裝施工工藝與碎石封層相似，即采用環(huán)氧底涂＋集料拋撒實現(xiàn)薄層施工。在涂抹第一層環(huán)氧膠前，須對鋼橋面或混凝土橋面進行拋丸表面處理。在鋼橋面鋪裝中，鋼板拋丸除銹是最為關(guān)鍵的工藝之一，拋丸除銹處理是確保環(huán)氧底涂層與鋼橋面良好粘結(jié)的根本保證，是鋼橋面鋪裝中最重要的工藝，處理后鋼橋面應(yīng)清潔并具有一定的粗糙度。鋼橋面拋丸除銹處理以表面清潔度達到Sa2.5級，粗糙度達到50～100μm為主要的施工監(jiān)控標準。混凝土橋面亦采用表面拋丸處理，以徹底清除表面浮漿，為環(huán)氧膠粘結(jié)提供潔凈、粗糙的界面。

當完成橋面處理后，應(yīng)及時進行環(huán)氧底涂層施工，在環(huán)氧未初凝前須滿撒布集料。當?shù)淄繉迎h(huán)氧固化后，對多余集料進行回收，再涂抹第二層環(huán)氧膠和撒布集料鋪裝第二層。施工時第一層環(huán)氧膠黏劑的用量為1.0L/m2，細集料用量為5.4kg/m2；第二層環(huán)氧膠黏劑的用量為2.0L/m2，細集料用量為7.6kg/m2。若局部平整度差的區(qū)域，應(yīng)進行多層鋪筑，以提高局部厚度。

2 試驗結(jié)果與討論

在環(huán)氧薄層鋪裝前，對橋面混凝土的拉拔強度進行了檢測。拉拔前對混凝土進行了鉆芯，鉆芯深度約10mm，芯樣直徑為50mm。芯樣表面用快速固化膠粘劑與拉拔儀拉頭粘結(jié)。表2為橋面混凝土鉆芯拉拔試驗結(jié)果。表中數(shù)據(jù)顯示混凝土拉拔強度在2.0～4.0MPa之間，拉拔斷裂強度均值為2.81MPa，該結(jié)果與混凝土拉伸強度范圍相一致。

表2 橋面混凝土鉆芯拉拔試驗結(jié)果

表3為環(huán)氧薄層鉆芯拉拔試驗結(jié)果。除了一個試驗結(jié)果為0.61MPa外，其余試驗結(jié)果均高于2.0MPa，拉拔強度均值為2.38MPa，與混凝土拉拔強度均值較接近。拉拔試驗斷面分析表明試驗斷面可發(fā)生在混凝土內(nèi)部、混凝土－薄層鋪裝界面處以及二者的結(jié)合，如圖1所示。斷面情況分析表明界面破壞占主導(dǎo)地位，表明與混凝土強度、鋪裝層強度相比，界面粘結(jié)處于不利的地位，在使用過程中可能會發(fā)生層間脫皮現(xiàn)象。當然這完全取決于鋪裝層的受力狀態(tài)，若實際受力大于粘結(jié)強度，破壞才有可能發(fā)生。由于實測得的粘結(jié)強度較大，預(yù)計發(fā)生破壞的可能性較小。此外，界面破壞占主導(dǎo)亦表明了橋面表面處理的重要性。可以預(yù)見的是，環(huán)氧鋪裝層的粘結(jié)強度應(yīng)與混凝土的拉伸斷裂強度在同一水平上。當強度過大時，環(huán)氧膠變硬和脆，與混凝土溫縮變形協(xié)調(diào)性差，易產(chǎn)生溫縮開裂。

表3 混凝土橋面環(huán)氧薄層鋪裝層現(xiàn)場鉆芯拉拔試驗結(jié)果

表4為鋼板－環(huán)氧材料室內(nèi)拉拔試驗結(jié)果，其分別考慮了鋼板與純環(huán)氧膠的粘結(jié)性能以及鋼板－環(huán)氧鋪裝層（含集料）的粘結(jié)性能。試驗結(jié)果表明在常溫下鋼板與純環(huán)氧膠的拉拔強度可達到10MPa，當溫度升高到60℃后，其粘結(jié)強度為1.50MPa，表明溫度對環(huán)氧材料的粘結(jié)強度會產(chǎn)生很大的影響。室內(nèi)成型的鋼板－環(huán)氧鋪裝層拉拔試驗結(jié)果則表明其拉拔強度為4.65MPa，遠小于鋼板與純環(huán)氧膠的拉拔強度。

表4 鋼板－環(huán)氧材料室內(nèi)拉拔試驗結(jié)果

表5為鋼橋面環(huán)氧薄層鋪裝鉆芯拉拔試驗結(jié)果。現(xiàn)場試驗鋼橋面溫度為30～40℃。現(xiàn)場鉆芯拉拔強度均值為3.65MPa，與室內(nèi)拉拔試驗結(jié)果接近，但小于室內(nèi)試驗值，表明室內(nèi)試驗條件控制優(yōu)于現(xiàn)場條件。現(xiàn)場拉拔試驗發(fā)現(xiàn)斷面主要發(fā)生在近界面粘結(jié)區(qū)，斷面有環(huán)氧膠殘留在鋼板上。界面破壞占主導(dǎo)表明了環(huán)氧薄層在實際使用過程中易發(fā)生界面破壞，具體表現(xiàn)為層間脫皮，建議在使用期間加強監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)和修補，減少脫層破壞面積。

表5 環(huán)氧薄層鋪裝層現(xiàn)場鉆芯拉拔試驗結(jié)果

3 結(jié) 語

環(huán)氧薄層抗滑鋪裝在武漢市八一路延長線（卓刀泉北路至魯磨路）工程鋼橋面和混凝土橋面進行了實體工程應(yīng)用，現(xiàn)場實際應(yīng)用效果良好。作為一種新材料與工藝，環(huán)氧薄層鋪裝材料的耐久性將是一直關(guān)注的問題。此外，應(yīng)結(jié)合實體工程使用情況建立材料技術(shù)規(guī)范和相關(guān)驗收標準。現(xiàn)場拉拔試驗強度可作為重要的檢測指標，但環(huán)氧薄層鋪裝的粘結(jié)強度應(yīng)達到多少才是合適？是否應(yīng)設(shè)定一個最小值才能確保？上述問題一直存在較大的爭議。該項目的實測結(jié)果表明環(huán)氧薄層鋪裝材料與混凝土的粘結(jié)強度均值2.38MPa，與混凝土拉伸斷裂強度相當。鋼橋面環(huán)氧薄層鋪裝現(xiàn)場鉆芯拉拔強度均值為3.65MPa，與混凝土鋪裝相比有顯著提高，表明了粘結(jié)強度與基層材料有很大的關(guān)系。拉拔斷面分析表明試驗斷面以近界面處破壞占主導(dǎo)，表明了其在實際使用過程中可發(fā)生界面破壞，具體表現(xiàn)為層間脫皮，應(yīng)加強使用期間的監(jiān)控。現(xiàn)場施工時須重視橋面表面處理工藝，以確保層間粘結(jié)強度。

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