吴关良， 彭祝涛， 尚 飞， 余宏伟
(1.大榭大桥有限公司， 浙江 宁波 315812；
2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 400067；
3.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067；
4.安徽省交通控股集团有限公司， 合肥 230031)
钢桥面铺装近年来发展较快，国内目前使用较为广泛的铺装结构类型主要有3种，分别是双层SMA、GA+SMA和双层EA[1-2]，其中环氧沥青铺装结构因为强度高、高温稳定性好、耐疲劳性能和抗腐蚀性优良等特性[3-4]，常用于交通条件苛刻的桥面铺装结构功能层。
钢桥面铺装在受到外部车辆荷载、自身施工缺陷或材料耐久性能衰减的影响下，会产生早期裂缝或鼓包等病害，伴随着雨水渗入桥面铺装内部，在车辆荷载作用下形成动水压力，加速破坏铺装结构，导致大面积脱层、网裂甚至于出现严重的连片的坑槽等病害[5-8]。由于钢桥面环氧铺装结构自身刚度较大，一旦病害迅速发育，后续想要进行长久有效的维修极为困难。
预防性养护是一种事前、主动的养护措施，在病害出现的早期实施预防性养护技术，可起到延缓病害发育，节约养护成本，提高桥面铺装综合使用寿命的作用[9]。针对钢桥面环氧铺装结构的特点，提出基于环氧类材料的预养护技术，即超固封层预养护技术。该技术可为环氧铺装表面提供一层环氧抗滑薄层，能抑制钢桥面环氧铺装的早期病害发育，恢复桥面密水性要求，改善桥面抗滑性能等。
超固封层是将经过复合改性增强后得到的具有优异力学性能、热稳定性能、化学稳定性和耐腐蚀性等特性的环氧树脂材料作为胶结料，按照一定比例洒布在沥青铺装面上，并在表面撒布1.18 mm～2.36 mm单粒径的耐磨骨料，完全固化后在钢桥面铺装表面形成的一层约2 mm～3 mm厚度环氧碎石薄层，其结构如图1所示。
图1 超固封层结构Fig.1 Super-solid sealing structure
超固封层为环氧树脂材料和骨料相互嵌合并粘附在铺装表面，具有一定强度的耐磨增韧的薄层，其中环氧胶结料经过交联反应形成空间网络结构，为结构的强度主体[10]。为研究超固封层的材料力学性能和路用性能，对胶结料、超固封层的关键技术指标，如胶结料的胶凝时间、拉伸性能、超固封层界面的黏附性能、抗滑性能开展了研究。
2.1 胶凝时间
环氧胶结料经过环氧聚合交联反应，逐渐聚合成不均匀的微凝胶体，随着环氧固化的进行，这种胶体不断增长，直至聚合成大的凝胶体，最终形成网状立体聚合物[10-11]。这个过程在宏观上表现为粘度的不断增大至胶结料凝固、硬化的过程。
交联反应加剧的时间点，可作为施工可操作性的参照时间点。为准确找到交联反应加剧的时间点，对胶结料体系的粘度进行测试。参照《塑料、环氧树脂、黏度测定方法》(GB/T 22314—2008)标准，采用旋转粘度计对粘度指标进行测试，测试的温度为20 ℃，测试结果如图2所示。
图2 粘度指标随时间变化情况Fig.2 Viscosity index variation with time
从图2可以看出，0～200 min时间段的粘度很小，表明粘结体系在前期的交联反应速度较慢，在200 min时，交联反应速率加快，胶结体系的粘度开始加剧，因此在200 min为胶凝时间，也就是施工可操作时间，耐磨骨料在这之前应撒布完成。
2.2 拉伸性能
超固封层黏附在钢桥面铺装表面，良好的拉伸性能能够保证与铺装层随从变形的能力。参考《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》(GB/T 528—2009)对环氧胶结料在25 ℃条件下进行拉伸测试，结果见表1。
表1 拉伸性能测试结果Table 1 Test results of tenslie property
从表1试验结果可知，超固封层胶结料的拉伸强度平均值为9.1 MPa，断裂伸长率平均值为46.9%，均满足指标要求。
2.3 黏附性能
黏附性能代表着胶结料与原路面和骨料之间的黏结强度，直接影响超固封层维护原路面的能力和寿命。不良的的黏附性能会导致石料失落，超固封层与原路面之间界面脱落，良好的黏附性能关乎超固封层的使用耐久性，确保超固封层在车轮反复碾压下不剥离原路面和骨料不飞散失落的能力[12-13]。
为验证超固封层在实际使用中的效果，项目组在水泥和沥青混凝土基面上铺装试验路段。超固封层粘附试验采用不同的胶结料用量且骨料为1.18 mm～2.36 mm单粒径玄武岩，采用手持式拉拔仪进行拉拔强度测试，环境温度为23 ℃。试验结果见表2。
表2 拉拔强度测试Table 2 Test results of pulling strength
从表2试验路段测试结果可知，沥青混凝土基底的超固封层拉拔强度维持在1.4 MPa左右，这是由于沥青混凝土的强度本身就只有1 MPa～2 MPa。当胶结料用量达到1.8 kg/m2时，水泥基面也被拉坏，说明超固封层与基面的黏附强度超过水泥基面自身强度，超固封层本身的黏附强度应超过5.34 MPa，可满足指标要求。
2.4 抗滑性能
影响路面抗滑性能的因素有路面表面特性、潮湿程度、表面温度和行驶车速等[14]，而常规的路面测试方法有制动距离法、摆式摩擦系数测试法、横向力系数测试法和构造深度测试法等[15]。项目组采用制动距离法，对典型的路面(水泥、SMA)与超固封层进行平行测试，试验结果见表3～表5。
表3 水泥路面刹车性能Table 3 Brake performance of cement concrete pavement
表4 SMA13路面刹车性能Table 4 Brake performance of SMA 13 pavement
表5 超固封层路面刹车性能Table 5 Brake performance of super-solid sealing
表3～表5抗滑试验结果表明，在干态下，水泥路面的刹车距离明显大于SMA13路面和超固封层路面，而SMA13路面与超固封层路面的刹车距离比较接近，表明在干态下，水泥路面的抗滑性很差，SMA13路面与超固封层路面的抗滑性差别不大；
在湿态下，水泥混凝土路面和SMA13沥青混凝土路面的刹车距离比干态状况明显增大，而超固封层路面在湿态下的刹车距离比干态的刹车距离增加较小，仅提高了6.17%，说明雨水对超固封层路面的抗滑性能影响甚微。
宁波某大桥为双塔单索面钢箱梁斜拉桥，桥梁总长808 m，为双向4车道，钢桥面铺装采用双层环氧的铺装结构。大桥通行车辆以7～9类的拖挂车、大货车等货载交通为主，中型车及以上的数量比例超过70%，且大桥为某港口唯一货运通道，环氧铺装层常年处于超负荷的不良状况下。为延缓钢桥面铺装早期病害的扩展，恢复钢桥面铺装的密水、抗滑性能等，采用超固封层预防性技术进行实桥工程应用。
3.1 实施情况
1) 现场对环氧沥青混凝土基面进行精铣刨。精铣刨采用维特根205型铣刨机施工，铣刨深度约2 mm～3 mm，实施情况如图3所示。
(a) 基面精铣刨作业
(b) 基面清扫作业图3 环氧沥青铺装精铣刨Fig.3 Fine milling of epoxy asphalt pavement
2) 精铣刨完成后，采用高压水车对基面进行冲洗。冲洗掉表面留存的灰尘和细料，保证界面清洁。晾晒1 d～2 d后，即可实施超固封层，实施情况如图4所示。
(a) 基面清洗作业
(b) 处理完后基面状态图4 基面处理Fig.4 Basal plane treatment
3) 超固封层施工。采用自主研发的CRM600抗滑层施工车，将环氧胶结料加热至60 ℃～70 ℃后，气化喷洒至界面，同步撒布耐磨碎石，实施情况如图5所示。
(a) 超固封层施工
(b) 石料撒布后表观状态图5 超固封层实施情况Fig.5 Implementation of super-solid sealing
4) 施工完成后，根据环境温度需养护约5 h才能开放轻型交通。在正式开放交通前，还需采用清扫车强力清扫，将松动的碎石清扫回收。在通行约1周时间后，再次采用清扫车清理跑脱的碎石。
3.2 交工验收
超固封层施工完成后，交工验收检测方法参考《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450—2019)中规定，对现场施工及进行检测，结果见表6。
表6 交工验收检测及标准Table 6 Acceptance tests and criteria for delivery
从表6中3个检测项目可知，实施超固封层后的钢桥面铺装技术状况指标满足交工验收标准要求。
3.3 应用效果跟踪
在实桥工程应用1个月后，项目组对超固封层预养护技术的应用效果进行跟踪，发现钢桥面环氧铺装未新增早期病害。行车舒适性、抗滑性能、密水性能等使用状况较好，工后1个月检测结果见表7。超固封层材料未出现掉皮、开裂等不良现象，应用效果如图6所示。
表7 工后1个月检测结果Table 7 Test results 1 month after work
(a) 通车后使用状况
(b) 超固封层表观状况图6 应用效果跟踪(1个月)Fig.6 Application effect tracking (1 month)
1) 试验结果表明，超固封层材料具有良好的力学性能、路用性能和施工可行性，能够满足钢桥面环氧铺装预养护的需求。
2) 超固封层材料在20 ℃条件下胶凝时间为200 min，在23 ℃条件下的拉拔强度超过5.34 MPa，在25 ℃条件下拉伸强度平均值为9.1 MPa，断裂伸长率平均值为46.9%，在干态和湿态状况条件下具有优异抗滑性能。
3) 超固封层预养护技术在环氧铺装的实体养护工程中大面积的应用表明，在实体的钢桥面环氧铺装工程上效果应用较好，能够起到延缓病害的发育，提高钢桥面铺装使用寿命的作用。
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