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5039 环氧沥青混凝土

  桥面铺装是桥梁行车系的重要组成部分,它的好坏直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁耐久性及投资效益和社会效益。由于桥面铺装直接铺设在桥面板上,其受力和变形条件复杂得多。同时,由于铺装所处的特殊位置,在使用性能上又提出高强、耐久等特殊要求。
   桥面铺装是直接铺设在桥梁体系上,提供行车的重要部分。为了保证主桥与引桥或临近桥梁的衔接,在桥梁之间设置伸缩缝。事先安装的伸缩缝会对铺装过程产生影响,例如由于伸缩缝与主桥标高的不一致,导致在伸缩缝前摊铺机无法行进,而不得以采用人工摊铺。这对于施工质量与工艺的控制均有较大的影响,可能会导致铺装混合料的温度等关键控制点失控,从而影响铺装的空隙率、标高以及混合料的压实度等,直接导致铺装的损坏。因此,现在桥梁建设一般是采用先完成主桥铺装再开槽回填安装伸缩缝的施工工艺,这对于保证伸缩缝前的铺装部分的施工质量有一定的意义。

1 、伸缩缝回填材料
   采用了后装伸缩缝的施工工艺,待伸缩缝安装完成后,最重要的一个步骤就是选择合适的材料对伸缩缝前的区域进行回填。这一点对于大跨径的钢箱梁桥尤其重要;目前国内用于这种伸缩缝前的回填材料主要有以下几种。
   第一类是钢纤维混凝土。即是一种在普通混凝土中添加钢纤维而得到的复合混凝土结构,在物理力学性能上与普通水泥混凝土相比,它具有高韧性、抗冲击、抗折、防裂和一定的抗疲劳性能,因而比较多的用于水泥混凝土桥梁桥面伸缩缝的回填。这类混凝土通常还与高标号的水泥相配合使用。
   第二类是在此基础上发展起来的聚合物水泥混凝土,简称 EPC 。是在水泥混凝土中添加某些聚合物材料,使其比普通的钢纤维混凝土具有更高的弹性和变形能力。
   第三类是以环氧树脂聚合物混合料为首的聚合物混凝土。这种混凝土具备某些沥青混凝土的性质,能够与主桥的沥青混凝土铺装有效衔接,而且具有更高的强度和抗冲击性能,其弹性和变形能力比水泥混凝土要高得多,正逐渐在伸缩缝铺装中展现出其独特的优势。
   对于大跨径钢箱梁桥,由于其复杂的变形状况与受力条件,采用水泥混凝土显然是不符合实际的,而且水泥混凝土中掺加了过多的水分对钢板也会产生极为不利的影响。因此,需要采用无水的环氧树脂聚合物混合料来进行钢箱粱桥的桥面伸缩缝铺装。
2 、 LSQ 环氧树脂聚合物混合料
   LSQ 是一种新型的伸缩缝填补材料,是由两组分组成的环氧树脂聚合物材料,具有高强、耐磨耗与抗冲击等特性。
   LSQ 混合料的 A , B 两组分常温下粘度很低,对拌和操作温度要求较低,可以在常温下进行拌和与摊铺施工操作。
   LSQ 两组分常温下粘度较低,且固化时间适宜,可以进行拌和操作,完全适合于现场无法机械施工的特点。

3 、配合比设计
   由于钢箱梁桥桥面铺装要求其具有较高的密水性,这就决定了其铺装混合料必须具备较小的空隙率,因而限制了其混合料的集料级配应该是密级配类型。
   集料级配对沥青混合料的强度和路用性能有很大的影响。一般来说,级配越密,混合料的强度和疲劳寿命就越大。对于普通沥青混合料来说,级配越细,其在高温下的稳定性就越差,在轮载作用下有可能会出现泛油、车辙等破坏现象。对于环氧类聚合物沥青而言,由于它是一种热固性材料,在高温下只会变软但不会流动,故环氧沥青混合料路面具有很好的抗变形稳定性。此时集料级配的粗细程度对其变形性能的影响相对较小。
   根据已有的经验,推荐 LSQ 采用的集料级配如表 1 所示。
由表中的数据可知, LSQ 的集料级配属于密级配类型,且比一般的 AC-161 型混合料级配类型更细,这可以保证回填铺装混合料的低空隙率。
   确定了集料级配后,可以通过室内试验确定其最佳沥青用量。 LSQ 混合料的沥青用量可以根据室内马歇尔试验来确定,主要参考指标为空隙率与混合料的强度性能。

表 1 LSQ 混合料集料级配

粒 径 /mm

13.2

9.5

4.75

2.36

0.6

0.075

通过百分率 %

级配范围

100

95~100

65~85

50~70

28~40

7~14

LSQ 级配

100

98

75

62

36

10

  结合料类型与矿料级配选定后,沥青混合料最佳沥青用量的确定采用马歇尔试验方法进行。试验按照 J 丁 J 052-2000 公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的相关技术标准进行。
   室内按上述级配成型马歇尔试件,待其充分固化 ( 23 ℃ , 8h) 后测定其马歇尔强度等相关指标,用于确定混合料的最佳沥青用量。
   考虑到现场手工操作,因此,试验中的油石比范围为 7 %~ 11 %,以 1 %的增量递增。马歇尔试验结果如表 2 所示。

表 2 LSQ 最佳沥青用量确定

结合料

油石比 %

空隙率 %

稳定度 kN

流值 0.1mm

可操作时间

备 注

LSQ

高性能

环氧树脂

7.0

2.8

89.2

23.1

23 ℃ 60min

正反击实 50 次

8.0

2.1

98.5

36.5

23 ℃ 60min

正反击实 20 次

9.0

2.2

112.3

38.4

23 ℃ 60min

静置成型

10.0

1.8

83.6

39.7

23 ℃ 60min

静置成型

11.0

1.2

71.5

44.5

23 ℃ 60min

静置成型

  表 2 LSQ 最佳沥青用量确定由表中的试验结果,确定其最佳沥青用量为 9.0 %。由于 LSQ 材料的粘度随环境温度有较大的变化,因此,室内主要测定 23 ℃ 条件下的技术参数,实际施工时,应该根据实际环境温度酌情增减沥青用量 ( 通过现场试拌确定 ) ,以保证混合料的最佳性能。

4 施工控制

4.1 粘结料选择
   铺装层和钢板之间的粘结强度对桥面铺装的使用寿命有很大影响。铺装层和钢板之间如果产生脱层现象,将导致桥面工作状态的迅速恶化。为了保证桥面铺装整体协调工作,对伸缩缝的回填也应该慎重对待粘结料的选取。
   为了与铺装混合料协调一致,考虑到 LSQ 自身的拉伸强度大,固化时间短的特点,可以采用 LSQ 作为粘结料。即事先在钢板表面涂刷一层 LSQ 材料,由于 LSQ 混合料的沥青用量较大,因此,根据实际经验与已有的研究成果,建议 LSQ 粘结料的涂刷用量为 0.32L / m 3 。

4.2 施工工艺及设备
   由于 LSQ 两组分的快速反应固化的特点,为了确保混合料的拌和施工操作和易性与操作时间,应该选择适宜的环境温度条件下进行施工操作。如在高温季节下施工操作,应该在施工前 5h~7h 预先将 LSQ 的 A , B 两组分以及集料放置在温度较低的环境中 ( 如空调房间 ) 降温 ( 以 23 ℃ 为宜 ) ,在施工操作前再将各组分材料运至现场进行混合料拌和。为了充分提高路 LSQ 混凝土的操作性能,混合料的最佳拌制与施工操作是在环境温度较低的早晨或傍晚进行。推荐施工操作时的环境温度不大于 31 ℃ 。
   针对 LSQ 环氧聚合物混合料的特性,其 A , B 两组分的配制与拌和均可以手工操作,两组分按照体积比为 2 : 1 混合,配比操作方便,且可以预先按照生产批次计算不同重量的 A , B 组分对应的体积,方便现场进行拌和。故对 A , B 组分以及混合料的拌和不需专用设备,但为了尽量减少手工操作带来的混合料离析,可以采用小型的砂浆搅拌机进行现场的混合料拌和或采用人工拌和。
   对于拌和批次的要求,应该综合考虑切割的原主桥面混凝土区域范围,以每个区域内的回填操作控制在 2~3 批次为宜。对于拌和后的混合料碾压,可以匹配简单的小型振动压路机进行碾压,最终压实标准为混合料表面出现轻微的“油状”表面为佳。

4.3 养护
   必须保证 LSQ 混合料在铺装操作完成后一定时间内进行充分养护固化,以使回填混合料达到一定的强度, LSQ 的完全固化时间为 5h~8h ,具体固化时间主要根据环境温度而定。

5 、结语
   LSQ 环氧聚合物沥青混凝土是一种高性能的混凝土材料,经过相关的试验研究发现, LSQ 材料与附属设施 ( 如金属、沥青混合料等 ) 具有较高的粘结强度,固化完全后的 LSQ 混合料具有与环氧沥青混合料类似的高强、耐久、抗腐蚀等特性。尤其是对于国内日新月异发展起来的环氧沥青混凝土钢桥面铺装伸缩缝回填铺装具有极其重要的意义。



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