鋼橋面鋪裝環氧瀝青防水粘結層的應用研究

李珩

(上海浦東路橋建設股份有限公司，上海市 200122)

鋼橋面鋪裝環氧瀝青防水粘結層的應用研究

李珩

(上海浦東路橋建設股份有限公司，上海市 200122)

調研了國內幾個鋼橋面鋪裝產生的病害，分析了產生這些病害的兩個主要原因是防水粘結層本身的路用性能及其施工工藝上的問題。研究了環氧瀝青防水粘結材料的力學性能及施工工藝，并在上海昌吉東路大橋上得到成功應用。

鋼橋面鋪裝;病害;環氧瀝青;路用性能;施工工藝;上海市

0 引言

鋼橋橋面鋪裝應用較為廣泛，結構受力復雜，一直是世界各國研究的熱點［1］。我國是從上世紀80年代才開始對鋼橋面鋪裝有所研究，近幾年也取得了較為豐碩的成果。但隨著交通量及交通軸載的增加，國內外的部分鋼橋橋面鋪裝在使用不久就發生了損壞，造成了極大的經濟損失，社會反響較大，已經引起了人們的廣泛關注。根據大量實地調研發現，鋼橋面鋪裝防水粘結層的失效是鋼橋面鋪裝損害的重要原因之一［2］。

環氧瀝青是經物理和化學反應后形成的具有三維立體互穿網絡的新型復合材料。環氧瀝青成型前分為兩個組分，A組分是環氧樹脂，B組分是均勻穩定的多組分混合物。兩組分在一定溫度下經過反應形成性能優良的聚合物。本文選用環氧瀝青作為鋼橋鋪裝防水粘結層，并在上海昌吉東路大橋得到成功應用。

1 鋼橋面鋪裝病害調研

1.1 同濟路立交SW匝道

外環線同濟路立交SW匝道，2001年3月竣工，橋梁總跨長215.57 m，鋼板厚16 mm，縱坡較大，重車交通流量大。橋面鋪裝采用改性瀝青混合料，鋪裝結構為:35mmLK-15+45 mmLH-25+乳化瀝青粘層油+Φ10@125鋼筋(長450 mm，錯位布置)。該橋面鋪裝實施較早，橋面防水粘結層采用性能較差的乳化瀝青，在使用不久就發生了病害。

2013年5月，對同濟路立交進行現場調研。從現場調研情況來看，局部鋪裝層開裂嚴重，并伴有部分脫落;橋面存在部分車轍、擁包損壞(見圖1、圖2)。

圖1 同濟路立交匝道縱向裂縫實景

圖2 同濟路立交匝道車轍及擁包實景

1.2 中環線北翟路立交NW匝道

中環線北翟路立交2010年3月竣工，NW匝道鋼箱梁橋跨長98 m。該匝道鋼橋面鋪裝結構組成為:環氧防水粘結層+30 mm澆注式瀝青混凝土(GA-10)+50 mm瀝青瑪蹄脂碎石(SMA-13)。該鋼橋面鋪裝雖采用了環氧瀝青，但由于冬季施工時且未采取相關措施，養護時間較短等原因運營后也產生了一些病害。

從現場調研情況來看，橋面鋪裝表面存在局部橫向裂縫，裂縫寬度最大為5 cm;鋪裝層局部區域出現帶狀隆起和凹陷變形，并伴隨著橫向開裂;在鋼橋面和混凝土橋面的伸縮縫處，存在脫層現象，里面有水及雜物進入(見圖3、圖4)。

圖3 北翟路立交橫向開裂、隆起實景

圖4 中環線北翟路脫層實景

1.3 病害分析

經過現場調查，由于防水粘結層失效引起的病害主要有:裂縫、脫層和擁抱。

1.3.1 裂縫

橫向裂縫。防水粘結層的失效首先導致了隆起和凹陷，當面層抗拉力和防水粘結層的粘結力的合力不足以抵抗行車荷載的反復作用時就會產生裂縫，裂縫會將雨水帶入防水粘結層表面逐步降低其粘結力。

縱向裂縫。縱向裂縫一般出現在縱隔板、橫隔板、縱向加勁肋部位的頂部。這是由于加勁肋和正交異性板銜接處的應力較大，破壞了防水粘結層，然后擴展到鋪裝層。

1.3.2 脫層

這是防水粘結層失效引起的最嚴重的破壞方式。在溫度荷載和行車荷載的共同作用下，橋面板和鋼橋面鋪裝層之間存在較大的剪應力，逐步產生較大的剪切變形。如果防水粘結層的抗剪切小于鋪裝層與鋼板之間的剪應力，那么鋪裝層和鋼板之間就會產生脫層。鋪裝層與鋼板之間粘結層的破壞或脫層不僅大大降低了兩者復合作用，增加了鋪裝層內部的應力，加速鋪裝面層的破壞［3］。

1.3.3 擁包

擁包是同時由于鋪裝層承載力不足以及防水粘結層的脫層共同引起的。當鋪裝層和鋼板已經產生了脫層之后，鋪裝層強度較弱的情況下就會被車輛不斷擠壓，擠壓后可能產生沉陷或者裂縫威脅鋪裝層安全。

從上述分析結果來看，防水粘結層病害的主要原因是材料粘結強度不足或施工工藝雜亂。因此，要挑選合適的鋼橋面鋪裝防水粘結層。

2 防水粘結層研究

目前，鋼橋面鋪裝結構防水粘結材料主要可以分為以下三類:溶劑型防水粘結材料、熱熔型防水粘結材料、熱固性防水粘結材料［4］。

2.1 溶劑型防水粘結材料

所謂溶劑型防水粘結材料，即常溫下即可直接鋪筑的粘結材料。目前常用的主要有兩種:可溶性橡膠瀝青和乳化瀝青。可溶性橡膠瀝青一般首先使用特殊溶劑溶解膠粉，完成后去除部分溶劑，最后和瀝青融合。乳化瀝青則是將基質瀝青加熱至液態，并通過機械高速剪切分散作用，使瀝青以微粒態均勻分散于含有乳化劑的水溶液中，形成的一種亞穩態的乳液。可溶性橡膠瀝青在日本使用較為廣泛;乳化瀝青粘結材料在國內早期鋼橋面鋪裝上有所使用。這種材料在高溫時容易軟化，并且材料內部含有熱敏性物質，遇攤鋪高溫時會釋放出氣體，從而使鋪裝層產生氣泡，粘結強度也嚴重不足。江陰大橋鋪筑時采用了溶劑型橡膠瀝青粘結劑作為防水粘結材料，鋪筑之后不久即有大量破壞［5］。

2.2 熱熔型防水粘結材料

熱熔型粘結材料一般是指聚合物改性瀝青。這種材料一般高溫易軟化，粘結強度較小。熱熔型防水粘結材料一般為高軟化點改性瀝青，加熱溫度稍低，防水粘結材料將會十分粘稠，難以施工;如果溫度過高，防水粘結材料將會老化，直接影響防水粘結材料的粘結效果。廈門海滄大橋采用熱熔型粘結材料，但防水粘結材料的粘度較大，施工困難。施工過程中，通過加熱防水粘結層增加施工和易性，但防水粘結材料因施工溫度過高而出現變質的情況，影響了防水粘結層的性能，粘結強度較低無法滿足使用要求。

2.3 熱固性防水粘結材料

熱固性防水粘結材料主要指環氧瀝青。環氧瀝青防水粘結材料一般分為A和B兩個組分。A和B組分混合后，順酐化瀝青、固化劑、功能聚合物、乳化劑等與環氧樹脂反應，固化物體系很快從二維平面結構轉變成為三維立體型結構并形成強度。其中，環氧樹脂以層疊、互聯的防水形成空間網狀結構;瀝青則以顆粒狀態較均勻地分散在環氧樹脂內部，形成不可逆的固化物［6］。

相比其他兩類材料，環氧瀝青防水粘結材料具有粘結強度大、熱穩定性好、耐久性強等優勢，在國內大型橋梁中得到了廣泛應用。但這種材料施工工藝要求非常高，需嚴格控制。

3 昌吉東路大橋上的應用

昌吉東路大橋，為上海蘊藻浜上一座中小跨徑梁式鋼橋。該橋主橋部分采用兩跨連續下承式鋼桁架拱全焊接組合鋼結構，跨徑組合66 m+135 m，橋面寬33 m，總用鋼量近5 000 t。該橋鋪裝結構為:4 cm瀝青瑪蹄脂碎石(SMA-13)+改性乳化瀝青粘層+4 cm環氧瀝青混合料(EA-10)+環氧瀝青防水粘結層+環氧富鋅漆。昌吉東路大橋橫跨蘊藻浜河道和軌道交通11號線，是連接嘉定南部地區重要的交通通道，也是上海國際汽車城和上海城區的重要交通樞紐。

3.1 材料

該項工程選用環氧瀝青為江蘇句容寧武化工有限公司的生產的2 451環氧瀝青防水粘結材料。參考潤揚大橋鋼橋面鋪裝環氧瀝青防水粘結層試驗方法［2］，對常用的防水粘結層粘結強度和抗剪強度(25℃)進行檢測，試驗結果詳見表1所列。

表1 不同防水粘結層性能試驗結果一覽表

從表1可以看出，環氧瀝青防水粘結材料粘結強度和抗剪強度均高于其他防水粘結材料。

3.2 施工工藝

鋼橋面鋪裝防水粘結層的長期耐久性不僅和粘結層自身強度有關，同時需要嚴格的施工工藝作保證。

3.2.1 基本要求

3.2.1.1 天氣狀況

鋼橋面鋪裝防水粘結層施工應在橋面板表面清潔、干燥，且空氣溫度高于10℃時鋪筑。同時，施工人員應關注近期天氣變化，根據天氣預報盡量選擇在持續晴天進行施工。

3.2.1.2 施工單位及施工人員

施工時，施工單位應具有防水粘結層施工經驗或委派專家進行現場指導，同時也應配備橋面施工的相關設備，施工人員應經過專門培訓，合格后方可持證上崗。施工人員在現場不得穿帶根或膠釘的鞋，以免損壞鋪裝材料整體性能及表面質量。施工人員應佩戴好相關防護工具，避免施工時受傷。

3.2.2 施工前的準備

3.2.2.1 噴砂除銹

噴砂除銹是利用被壓縮的空氣將砂(丸)吹到鋼橋面板表面，從而達到除銹的目的。在噴砂除銹后，鋼橋面板表面清潔度必須達到Sa2.5級的技術標準，鋼板粗糙度應達到50 μm～100 μm。同時，噴砂除銹時的工作溫度應高于空氣溫度3℃，空氣的相對濕度應小于80%。嚴禁在下雨或下雪天氣進行除銹作業。

3.2.2.2 防腐處理

為防止鋼橋面板再次被污染，噴砂除銹4h內應完成防腐處理工作。該工程鋼橋面板防腐處理采用環氧富鋅漆，漆膜設計厚度為60 μm～80 μm (干膜)。漆層噴涂結束后需要在常溫下養護6～7 d方可進行下一步施工。

3.2.3 防水粘結材料施工

3.2.3.1 清潔已涂裝過的橋面

為保證防水粘結層和鋼橋面板之間的有效結合，鋼橋面板必須保持清潔干燥。因此，在防水粘結層施工前應作如下清理工作:(1)用掃帚清掃橋面垃圾;(2)用水清洗橋面灰塵;(3)用吹風機吹干橋面。

3.2.3.2 非噴灑區的覆蓋

由于機械噴灑難以精確控制工作范圍，所以容易噴灑到的非噴灑區應事先進行覆蓋。厚塑料膜可作為臨時覆蓋材料，噴灑完成后應對該材料進行處理。

3.2.3.3 粘結料準備和噴灑前的檢查

噴灑前應派專人攜帶吹風機將橋面可能存在的灰塵、顆粒物吹出橋面，以保證橋面板表面清潔、干燥。在拌合場內分別將已預熱的兩組分環氧瀝青由場內的貯油罐沖入灑布機的相應儲罐內，并加熱到相應規定的溫度。

3.2.3.4 噴灑量控制

在機械實施噴灑的過程中，為精確控制環氧瀝青噴灑量，應派專人根據灑布車上設定的單位時間的噴灑流量計算出噴灑車的行車速度，并及時監督和修正。噴灑量檢測應首先在橋的兩側各做一次，記錄噴灑前和噴灑后的環氧瀝青量，計算汽車行駛速度的準確性。同時，在噴灑過程中也應每100 m進行一次噴灑量的檢測。

3.2.3.5 噴灑

環氧瀝青粘結層噴灑時應選用專用的灑布機，灑布機遺漏的區域應及時采用人工補灑。對與部分區域噴灑過量的情況，應用木鏟將多余的部分鏟除，并用毛刷刷平。在防水粘結層噴灑過程中，應保證噴灑均勻、連續，嚴格控制其用量，防水粘結層的灑布寬度不大于面層攤鋪厚度80 cm以上。

3.2.3.6 養護

環氧瀝青防水粘結層施工期間應嚴格控制交通，在鋪裝層鋪筑之前，任何車輛和人不得進入施工區域。在施工防水粘結層后若遇雨，應及時對防水粘結層表面進行吹風干燥，以免水汽滯留在環氧瀝青中影響其質量。

昌吉東路大橋于2010年4月建成通車，目前橋面鋪裝使用狀況良好(見圖5)。

圖5 昌吉東路大橋鋼橋面鋪裝現狀實景

4 小結

本文通過調研國內鋼橋橋面鋪裝病害，分析病害起因，得出防水粘結層材料強度和施工工藝是影響防水粘結層長期耐久性的關鍵因素。

通過對比國內常用的幾種防水粘結材料的路用性能得出環氧瀝青粘結強度和抗剪強度均高于其他材料，并在上海昌吉東路大橋上得到成功應用。

［1］ 朱成.日本環氧瀝青混凝土在虎門大橋鋼橋面鋪裝維修中的應用［J］.華東公路，2012，(6):35～36.

［2］ 吳勝東.潤揚長江公路大橋建設(第5冊鋼橋面鋪裝)［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］ 黃海濤.鋼橋面鋪裝層使用性能評價及養護決策研究 ［D］. 南京:東南大學，2008.

［4］ 楊威. 高粘度改性瀝青橋面鋪裝防水粘結層研究［D］.南京:東南大學，2010.

［5］ 張磊.江陰大橋鋼橋面鋪裝病害研究［D］. 南京:東南大學，2004.

［6］ 龔謙.環氧樹脂在鋼橋橋面鋪裝中的應用研究［D］.長沙:長沙理工大學，2006.

U445.7+1

B

1009-7716(2015)04-0180-004

2015-01-13

李珩(1972-)，男，上海人，工程師，從事市政道路橋梁建設項目管理工作。