鋼橋面鋪裝養護用早強型環氧粘結劑施工工藝

雷宗建，武艷萍

(1.湖北省高速公路實業開發有限公司，武漢 430051；2.湖北公路智能養護科技股份有限公司，武漢 430051)

近年來，隨著我國大跨徑鋼橋建設速度的不斷擴大，鋼橋面鋪裝層的養護規模也快速增長。由于大跨徑鋼橋通常位于交通要塞，交通流量大、交通組成復雜，頻繁的鋼橋面鋪裝層養護對交通影響很大，這對鋼橋面鋪裝層養護的時效性提出了更高的要求[1]。

粘結層所提供的粘結力是鋪裝層與橋面板整體性的保證，能夠防止鋪裝層內形成滑動面。同時，還須具有一定的抗剪能力，以抵抗車輛由于制動產生的剪切力[2]。粘結層的施工受外界因素影響較大，為了減少外界的干擾，應盡可能采用施工工期短、施工工藝簡單的材料，制約鋪裝層養護效率的根本決定因素是材料的特性。開發具有早期強度高、施工便利高效的鋪裝材料，是當前鋼橋面快速養護的一個重要需求。

我公司自主研發的粘結劑早期強度高、養生周期短，一定程度上縮短了鋪裝層的養護時間。為進一步精簡優化其施工工藝，縮短施工作業時間，提升鋪裝層養護效率，該文研究不同的粘結劑涂覆工藝對鋼板與混合料間的性能影響。

1 早強型環氧粘結劑材料的性能指標

研發的早強型環氧粘結劑，由低分子量環氧樹脂、活性稀釋劑、環氧增韌劑、防流掛助劑和快速固化劑組成，具有防水和防腐的作用，易于噴涂施工，早期強度高，柔韌性好。具體性能如表1所示。

表1 早強型環氧粘結劑性能指標

從表1可以看出，研發得到的粘結劑柔韌性好、早期強度高，在25 ℃養生2 h即可達到0.8 MPa拉拔粘結強度，80 ℃養生0.5 h可以達到2 MPa以上，且其抗老化性能好，在200 ℃養生1 h拉拔粘結強度仍可達到10.74 MPa，遠遠大于規范中2.7 MPa的要求。在實際施工中，熱拌瀝青混合料攤鋪后內部溫度至少能在80～100 ℃保持1 h以上，因此，可以滿足快速開放交通的目的。

2 粘結劑涂覆施工工藝

采用3種不同的粘結劑涂覆工藝進行對比分析，具體施工工藝如下：

第1種(A組)：鋼板上均勻涂覆粘結劑，待其完全固化后進行混合料鋪裝。

第2種(B組)：鋼板上均勻涂覆粘結劑，待其完全固化后，再在其上涂覆二階反應型乳化瀝青，然后進行混合料鋪裝。

第3種(C組)：鋼板上面均勻涂覆粘結劑后，立即進行混合料鋪裝。

3 早強型環氧粘結劑性能現場試驗研究

該文使用研發的粘結劑，在青山長江大橋施工現場，選用澆筑式瀝青混合料進行現場試驗，分別按照《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》JTG/T3364-02—2019中附錄B粘結強度試驗方法、附錄C剪切強度試驗方法進行瀝青混合料與鋼板間的拉拔粘結強度和直接剪切強度試驗研究。

3.1 拉拔粘結性能研究

拉拔粘結強度試驗使用300 mm×300 mm×16 mm鋼板，按照規定對鋼板進行噴砂除銹[3]，清潔度達到Sa2.5級[4]，粗糙度達到50～100 μm，然后在處理后鋼板上按照0.5 kg/m2的涂覆量均勻涂覆粘結劑，3塊鋼板分別采用以上介紹的3種不同粘結劑涂覆工藝方式施工。

在鋼板上進行混合料攤鋪成型，粘附好拉拔頭后在施工現場同條件養生(室外溫度約為5～10 ℃)，然后進行3 d、7 d和28 d拉拔粘結強度測試，測試結果如表2所示，測試斷面如圖1所示。

表2 3 d、7 d和28 d拉拔粘結強度測試結果 /MPa

從測試結果可以看出：

1)3種涂覆粘結劑工藝方式的粘結強度均隨養生時間延長逐漸增長，C組粘結強度最高，A組次之，B組粘結強度最低。

2)A組在不同養生時間下粘結強度測試破壞斷面均比較光滑，且均為粘結層與瀝青混合料的結合面處。因混合料鋪裝前粘結劑層已完全固化，瀝青混合料的高溫對粘結劑與混合料間的粘結強度形成所起的作用較小，結合面處為受力薄弱處，故優先從結合面處破壞。

3)B組在混合料鋪裝前涂覆二階反應型乳化瀝青，在7 d前測試時還未完全固化，待其完全固化后其強度仍低于粘結劑粘結強度，故B組測試破壞斷面均為二階反應型乳化瀝青層與混合料結合面處。

4)C組7 d及以上試件測試破壞斷面均為拉拔頭處，即粘結劑與混合料的粘結強度要大于實際測試結果。這是因為在粘結劑固化前進行混合料的鋪裝，粘結劑與混合料間作用面積更大，在混合料高溫作用下環氧基團快速反應形成三維網狀結構形成整體受力結構，達到快速固化的效果。

3.2 直接剪切性能研究

澆筑式瀝青混合料與鋼板間的直接剪切強度測試試驗分為3組(同上)，鋼板選用直徑100 mm鋼板，鋼板表面處理同上，將預先準備好的套筒套在圓形鋼板上，現場取樣倒入套筒內，如圖2所示，待其冷卻后取下套筒在青山長江大橋現場進行同條件養生(室外溫度為5～10 ℃)。使用UTM-100進行3 d、7 d和28 d直接剪切強度測試，測試結果如表3所示，測試斷面圖如圖3所示。

表3 3 d/7 d/28 d直接剪切強度測試結果/MPa

從測試結果可以看出：

1)3種涂覆粘結劑工藝方式的直剪強度均隨著養生時間的延長逐漸變大，C組直剪強度值最大，A組次之，B組最低，與粘結強度測試結果相吻合。

2)鋼板上涂覆的粘結劑表干后再進行瀝青混合料鋪裝(A組和B組)的直剪強度值相差不大，且均為層間破壞，這說明粘結劑層表干后再進行鋪裝，粘結劑層與混合料層結合面處為受力薄弱處，并未形成整體受力結構。

3)在鋼板上涂覆粘結劑后立即進行混合料鋪裝的早期直剪強度遠大于粘結劑表干后進行鋪裝的強度，3 d的直剪強度已達到1.35 MPa，7 d之前的直剪強度為粘結劑表干后進行鋪裝的2倍以上，且破壞斷面為混合料內部，這說明測試得到的結果為混合料剪切強度，粘結劑與混合料間剪切強度要大于混合料的強度。

4 結 論

通過對自主研發的粘結劑用3種不同的涂覆施工工藝進行現場試驗研究，得到的結論如下：

在鋼板上涂覆粘結劑后直接進行瀝青混合料鋪裝的施工工藝方式，在不同養生時間下進行測試得到的直接剪切強度和粘結強度均明顯大于粘結劑固化后的強度。因此，采用研發的早強型環氧粘結劑進行鋼橋面鋪裝層養護施工時，鋼板上涂覆粘結劑后無需等待即可進行上面層的鋪裝，可實現短時間內開放交通的要求。