鋼橋面環氧樹脂混凝土鋪裝施工控制試驗研究

康卉錦，任紅梅（上海市政養護管理有限公司，上海201103）

鋼橋面環氧樹脂混凝土鋪裝施工控制試驗研究

康卉錦，任紅梅
（上海市政養護管理有限公司，上海201103）

該文從膠粘劑雙組分配比、時間控制和壓實處理三個方面對環氧樹脂混凝土進行試驗研究，解決鋼橋面環氧樹脂混凝土鋪裝施工過程中質量控制問題。首先，選取不同環氧樹脂膠粘劑雙組分配比進行混凝土劈裂試驗，得到膠粘劑雙組分最佳配比；其次，通過單軸貫入試驗及軸心抗壓強度試驗分別確定出不同溫度下環氧樹脂混合料施工時間及開放交通時間；最后，采用不同方法成型試件，得到馬歇爾擊實法為最佳壓實處理方法。

鋼橋面；環氧樹脂混凝土；施工控制；劈裂試驗

0 引言

鋼橋面鋪裝問題一直都是行業討論的熱點，屬于世界性難題，目前尚無統一定論完全適用的鋪裝方案。從鋪裝材料和施工方法角度來分，世界上主要采用的鋼橋面鋪裝體系[1]有：（1）普通瀝青混凝土；（2）高溫拌和澆注式瀝青混凝土；（3）瀝青馬蹄脂混凝土；（4）環氧樹脂瀝青混凝土；（5）剪力鍵加水泥混凝土。其中，環氧瀝青混凝土綜合路用性能最好，但也存在施工工藝復雜，造價高昂的缺點。從目前國內多座橋梁實際應用情況來看，環氧瀝青混凝土在國內使用效果并不理想，鋪裝層往往在通車后不久即出現各類病害損傷[2]，不僅嚴重影響行車安全性、舒適性，頻繁封道維修也會對過往交通造成干擾。面對現有鋪裝材料或多或少都存在一些缺陷和不足[3]，不少道路工作者開始探尋新的鋪裝材料。環氧樹脂混凝土作為一種新型鋼橋面鋪裝材料，具有強度高、韌性好、抗沖擊強度大等優點，并且與金屬和非金屬材料粘結強度高、電絕緣性好[4-5]，但是其配制技術十分復雜，國外很少公開其制備與應用技術。另外，由于環氧樹脂混凝土的固化特性以及特殊的施工環境要求，目前來說，大面積鋪筑操作起來具有一定難度，進一步阻礙了該技術在我國的應用和推廣。本文擬從時間控制和壓實處理2個方面對環氧樹脂混凝土施工工藝進行研究。

1 原材料

將環氧樹脂A組分、B組分分別添加到集料中，經拌合、壓實即形成環氧樹脂混凝土。

1.1 環氧樹脂膠粘劑

按照相關試驗方法對環氧樹脂A組分、B組分以及混合固化后的環氧樹脂膠粘劑進行技術指標測試，試驗結果見表1、表2。

表1 環氧樹脂A、B組分技術指標試驗結果

表2 環氧樹脂膠粘劑技術指標試驗結果

1.2 集料

試驗用粗集料和細集料均采用玄武巖，由2#料、3#料、4#料、5#料組成，其密度參數及級配如表3、表4所示。

表3 集料密度試驗結果

表4 礦料級配

2 膠粘劑雙組分摻配比例研究

在集料級配、膠石比不變的情況下，改變膠粘劑雙組分的摻配比例，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTG E20-2011[6]進行劈裂試驗。試件尺寸為Ф（101.6±0.2）×62.5mm，采用雙面各擊實25次成型，常溫養護3d后放入-10℃環境箱中保溫16h后取出，在25℃條件下進行劈裂試驗，加載速率為0.5kN/s。試驗結果如表5所示。從中可以看出，膠粘劑雙組分摻配比例影響了膠粘劑固化反應形成官能團的數量，對混合料強度影響較大，當A、B組分配比為1:1時，劈裂強度達到最大值，因此，確定膠粘劑雙組分最佳配比為體積比1:1。

表5 不同組分摻配比例的固化后混合料劈裂試驗結果

3 時間控制研究

3.1 施工時間

單軸貫入試驗由同濟大學孫立軍[7]提出，其原理是通過圓形鋼壓頭以一定的加載速率在圓柱體試件上加壓，從而模擬路面的實際受力狀態（圖1）。研究選用單軸貫入試驗，比較混合料在不同溫度、不同成型時間下的剪切強度，以確定環氧樹脂混凝土可拌合時間。試件為經雙面擊實25次的馬歇爾標準試件，試驗所用鋼壓頭直徑為28.5mm，采用直線波加載，加載速率為1mm/min，試驗溫度為25℃。將未添加膠粘劑的同級配碎石作為比對組，每組3個平行件，試件破壞狀態如圖2、圖3所示，試驗結果如表6所示，并據此作出不同溫度下抗剪強度與成型時間關系曲線（圖4）。

圖1 單軸貫入試驗

圖2 破壞后未固結試件

圖3 破壞后已基本固結試件

表6 環氧樹脂混凝土抗剪強度試驗結果

圖4 不同溫度下抗剪強度與成型時間關系曲線

由圖4可以看出，隨溫度升高，環氧樹脂混合料強度增長更為迅速。根據摩爾-庫倫理論τ=c+σ·tanΦ，混合料抗剪強度τ主要由集料間內摩阻力Φ和膠粘劑的粘結力c兩部分組成。與同級配碎石的貫入抗剪強度值相比，當環氧樹脂混合料貫入強度高于級配碎石貫入強度并且隨著時間的變化出現明顯增長時，可以認為是膠粘劑固化反應形成長鏈提供粘結力c造成的；在測定混合料抗剪強度時出現了一個下降點，此時，混合料由于固化反應放熱，溫度較高，雖然膠粘劑已經開始形成強度，但材料的粘彈性使得溫度較高條件下材料偏軟，測試強度偏低，兩者相抵溫度影響效果更加明顯，導致了瞬時強度的下降，軸心抗壓的試驗結果也驗證了這一過程。由圖2、圖3可知，未固結的混合料貫入時出現了明顯的推擠，而已經基本固結的試件表現為脆裂。為了使施工過程不過度影響膠粘劑的固化，給出混合料必須棄用的時間與溫度的關系表（表7），當實際溫度處于區間中間值時可由插值法求得該溫度下的棄料時間。

表7 不同溫度下環氧樹脂混凝土施工時間

3.2 開放交通時間

參考《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》JTG E30-2005[8]進行軸心抗壓強度試驗，測定環氧樹脂混凝土路面開放交通時間。試件尺寸為Ф100mm×180mm，采用旋轉壓實成型，空隙率為2%。將試件置于10℃、25℃、40℃三個溫度下養護，在不同時間點下測定試件的軸心抗壓強度。試驗結果如表8所示，并據此作出不同溫度下抗壓強度與成型時間關系曲線（圖5）。

表8 環氧樹脂混凝土軸心抗壓強度試驗結果

圖5 不同溫度下抗壓強度與成型時間關系曲線

參考《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》，確定開放交通需滿足的混合料強度要求：2.5～5.5MPa。根據表中數據可以看出，25℃養護溫度下，雖然4h軸心抗壓強度僅為24h強度的50%，但是已經滿足開放交通的強度要求。

當環境溫度升高時，混合料達到強度所需的固化時間縮短，同時由于環氧樹脂材料具有粘彈特性，其硬度和楊氏模量隨溫度的升高均出現降低，故表現為抗壓強度的下降，同理，低溫下強度有所提高；溫度下降時，混合料的固化時間延長，在10℃環境下約需12h才能達到開放交通的要求，且膠粘劑的固化反應溫度條件需要大于4.4℃，表明若低溫時仍要進行施工，必須采取相應的養護手段。根據試驗結果，給出環氧樹脂混凝土開放交通時間與溫度關系表（表9），當實際溫度處于區間中間值時可由插值法求得該溫度下的開放交通時間。

表9 不同溫度下環氧樹脂混凝土開放交通時間

綜合看來，環氧樹脂混凝土的可施工時間、棄料時間、開放交通時間等時間參數隨溫度不同而不同，溫度越低施工控制時間越長，建議施工氣溫不低于10℃。

4 壓實處理研究

樹脂的硬化是放熱反應的過程，樹脂混合料在固化反應到達峰值后會開始降溫并產生收縮，環氧樹脂澆筑體的體積收縮約為3%～5%。為了確定固化收縮對環氧樹脂混合料的影響以及施工控制中的壓實度指標，參考《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》以及《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，采用振動法、馬歇爾擊實法、旋轉壓實法分別成型試件，并采用水中重法測試環氧樹脂混合料的孔隙率。其中旋轉壓實的試件尺寸為Ф100mm×180mm，旋轉壓實采取高度控制模式，添加不同質量混合料成型試件。試驗結果如表10-表12所示。

表10 不同振動時間對試件空隙率的影響

表11 不同擊實次數對試件空隙率的影響

表12 不同取料量對試件空隙率的影響

由上述試驗結果可知，環氧樹脂混合料在未完全固化時具有一定的流動性，振動在一定范圍內能使試件空隙率減小，但僅靠振動臺的振動并不能使得混合料達到足夠的密實。由擊實法測定，雙面擊實25次時試件密實效果最佳，且試件空隙率滿足橋面鋪裝使用要求。隨著旋轉壓實次數的增加，混合料毛體積相對密度逐漸增加，空隙率減小。為了達到較低空隙率，需要的旋轉壓實次數較多，成型時間也隨之增加，使得試件脫模較為困難，因此旋轉壓實成型方法具有一定局限性。

5 結論

（1）膠粘劑雙組分適宜配比為體積比1:1。

（2）環氧樹脂混凝土的可施工時間、棄料時間、開放交通時間等時間參數隨溫度不同而不同，溫度越低施工控制時間越長，建議施工氣溫不低于10℃。

（3）擊實法成型試件雙面擊實25次時，試件密實效果最佳，且試件空隙率滿足橋面鋪裝使用要求。

[1]金玉杰.改性環氧樹脂混凝土（砂漿）及應用研究[D].長春：吉林建筑工程學院，2010.

[2]宗海.環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝病害修復技術研究[D].南京：東南大學，2005.

[3]王亮，慕海瑞，趙國云.國內典型鋼橋橋面鋪裝使用現狀調查與分析[J].交通標準化，2013，24（11）：101-104.

[4]李家慶.環氧樹脂混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2013.

[5]趙鋒軍，李宇峙.鋼橋面薄層環氧樹脂混凝土鋪裝材料路用性能試驗研究[J].公路，2010，12（2）：74-78.

[6]交通運輸部.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[7]湯文，盛曉軍，孫立軍.應力吸收層瀝青混合料性能研究[J].建筑材料學報，2009，12（2）：173-176，180.

[8]交通部公路科學研究所.JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].交通運輸部，2005.

責任編輯:孫蘇，李紅

施工經驗

馬路下方雨污合流水井井壁滲漏處理

某污水處理廠二期工程廠外管網土建部分，需與原管網連接，在向原管網某水井進行頂管的過程中，發現該井有滲漏情況，而且因滲漏造成土體流失情況很嚴重。該井為雨污合流水井，水井深6．5m，在馬路下方。距馬路中央2．5m，馬路為6車道，寬20m，為城市主干道，需立即搶修。初步判定，該水井井壁發生滲漏，日積月累，造成該井四周土體嚴重流失，馬路下方處于懸空狀態，但由于下方有水體，水體有一定的壓強，致使馬路在日常使用過程中未出現塌陷情況。由于該路面為城市主要道路，路面已經不能正常使用，必須立即進行搶修。

常規做法是將水井四周路面及土方全部挖掘、運走，然后重新進行回填、路基處理、鋪設路面。這樣做施工量大，各種費用高，工期較長，而且對城市交通壓力影響大。因此，工期成為我們最終追求的目標，具體處理措施如下。

水土流失具體情況。通過觀察，水土流失呈橢球形，平面為長軸直徑4．5m，短軸直徑3．5m，球高2．5m，距路面0．6m。

處理措施初步設計為：在土體流失部位最高點打孔，孔徑為Φ150mm，布置5點，其中四周各一點，中間一點，將污水井內雜物、浮動固體清理干凈，然后用C40微膨脹混凝土通過孔洞下料填充，混凝土含膨脹劑12%，坍落度為160～180mm，內摻早強劑。首先通過四周四個孔洞下料，中間孔洞排氣體，用振搗棒振搗密實，當中間孔洞向外冒混凝土漿時，即表明橢球體內已被混凝土完全填實，然后通過中間孔洞振搗，確保混凝土振搗密實。澆筑混凝土時，孔洞四周用塑料布等覆蓋，做好原路面的保護，待混凝土強度達到25MPa后即可通車，同時留置混凝土同條件養護試件5組，混凝土澆筑6h后，每2h壓一組。

實際施工用時僅3h，混凝土凝固12h后，強度即滿足通車要求，這種施工方法簡便快捷，節省費用、縮短工期，及時緩解了城市交通壓力。

（摘自：《建筑工人》）

Experimental Study on Construction Control over Epoxy Resin Concrete Pavement for Steel Bridge Decks

The epoxy resin concrete is studied from the three aspects of two-component ratio of adhesive,time control and compaction treatment,aiming to solve the problem of quality control in the construction of epoxy resin concrete pavement for steel bridge decks.Firstly,different two-component ratios of epoxy resin adhesive are selected to perform concrete splitting test,from which the optimum ratio was obtained.Secondly,the uniaxial penetration test and the axial compressive strength test are conducted to gain the construction time and the traffic opening time of the epoxy resin mixture. Finally,different methods are applied to form specimen,and Marshall Compaction method is proved to be the best compaction method.

steel bridge deck;epoxy resin concrete;construction control;splitting test

U443.33

A

1671-9107（2017）05-0034-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.034

2017-03-22

康卉錦（1988-），女，江蘇鹽城人，研究生，助理工程師，主要從事公路養護工作。