钢桥面环氧树脂混凝土铺装施工控制试验研究康卉锦，任红梅 摘要：该文从胶粘剂双组分配比、时间控制和压实处理三个方面对环氧树脂混凝土进行试验研究，解决钢桥面环氧树脂混凝土铺装施工过程中质量控制问题。首先，选取不同环氧树脂胶粘剂双组分配比进行混凝土劈裂试验，得到胶粘剂双组分最佳配比；其次，通过单轴贯入试验及轴心抗压强度试验分别确定出不同温度下环氧树脂混合料施工时间及开放交通时间；最后，采用不同方法成型试件，得到马歇尔击实法为最佳压实处理方法。 关键词：钢桥面；环氧树脂混凝土；施工控制；劈裂试验 0 引言钢桥面铺装问题一直都是行业讨论的热点，属于世界性难题，目前尚无统一定论完全适用的铺装方案。从铺装材料和施工方法角度来分，世界上主要采用的钢桥面铺装体系[1]有：（1）普通沥青混凝土；（2）高温拌和浇注式沥青混凝土；（3）沥青马蹄脂混凝土；（4）环氧树脂沥青混凝土；（5）剪力键加水泥混凝土。其中，环氧沥青混凝土综合路用性能最好，但也存在施工工艺复杂，造价高昂的缺点。从目前国内多座桥梁实际应用情况来看，环氧沥青混凝土在国内使用效果并不理想，铺装层往往在通车后不久即出现各类病害损伤[2]，不仅严重影响行车安全性、舒适性，频繁封道维修也会对过往交通造成干扰。面对现有铺装材料或多或少都存在一些缺陷和不足[3]，不少道路工作者开始探寻新的铺装材料。环氧树脂混凝土作为一种新型钢桥面铺装材料，具有强度高、韧性好、抗冲击强度大等优点，并且与金属和非金属材料粘结强度高、电绝缘性好[4-5]，但是其配制技术十分复杂，国外很少公开其制备与应用技术。另外，由于环氧树脂混凝土的固化特性以及特殊的施工环境要求，目前来说，大面积铺筑操作起来具有一定难度，进一步阻碍了该技术在我国的应用和推广。本文拟从时间控制和压实处理2个方面对环氧树脂混凝土施工工艺进行研究。 1 原材料将环氧树脂A组分、B组分分别添加到集料中，经拌合、压实即形成环氧树脂混凝土。 1.1 环氧树脂胶粘剂 按照相关试验方法对环氧树脂A组分、B组分以及混合固化后的环氧树脂胶粘剂进行技术指标测试，试验结果见表1、表2。 表1 环氧树脂A、B组分技术指标试验结果  试验值试验项目试验方法环氧树脂A组分环氧树脂B组分颜色无色浅棕/密度1.1220.965JTG E42-2005 表2 环氧树脂胶粘剂技术指标试验结果  试验项目试验值试验方法颜色浅黄/密度（g/mL）1.069JTG E20-2011 20℃胶凝时间（min）32搅拌拉丝法抗拉强度（MPa）2.08GB/T 2567-2008抗弯强度（MPa）41.81GB/T 2567-2008 1.2 集料 试验用粗集料和细集料均采用玄武岩，由2#料、3#料、4#料、5#料组成，其密度参数及级配如表3、表4所示。 表3 集料密度试验结果  检测项目2#料3#料4#料5#料矿粉表观相对密度2.9532.9172.9202.9602.676表观密度（g/cm3）2.9462.9102.9132.9532.668吸水率（%）0.420//// 表4 矿料级配  筛孔尺寸（mm）质量通过百分率（%）13.299.9 9.599.6 4.7557.2 2.3647.4 1.1831.5 0.618.6 0.311.5 0.157 0.0754.1 2 胶粘剂双组分掺配比例研究在集料级配、胶石比不变的情况下，改变胶粘剂双组分的掺配比例，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011[6]进行劈裂试验。试件尺寸为Ф（101.6±0.2）×62.5mm，采用双面各击实25次成型，常温养护3d后放入-10℃环境箱中保温16h后取出，在25℃条件下进行劈裂试验，加载速率为0.5kN/s。试验结果如表5所示。从中可以看出，胶粘剂双组分掺配比例影响了胶粘剂固化反应形成官能团的数量，对混合料强度影响较大，当A、B组分配比为1:1时，劈裂强度达到最大值，因此，确定胶粘剂双组分最佳配比为体积比1:1。 表5 不同组分掺配比例的固化后混合料劈裂试验结果  胶粘剂双组分掺配比例（A∶B体积比）检测项目1.2∶11∶10.9∶10.6∶1劈裂抗拉强度（MPa）8.54110.6628.8234.881破坏拉伸应变（με）637.58651.51751.46612.44破坏劲度模量（MPa）2305.402816.512020.571371.74 3 时间控制研究3.1 施工时间 单轴贯入试验由同济大学孙立军[7]提出，其原理是通过圆形钢压头以一定的加载速率在圆柱体试件上加压，从而模拟路面的实际受力状态（图1）。研究选用单轴贯入试验，比较混合料在不同温度、不同成型时间下的剪切强度，以确定环氧树脂混凝土可拌合时间。试件为经双面击实25次的马歇尔标准试件，试验所用钢压头直径为28.5mm，采用直线波加载，加载速率为1mm/min，试验温度为25℃。将未添加胶粘剂的同级配碎石作为比对组，每组3个平行件，试件破坏状态如图2、图3所示，试验结果如表6所示，并据此作出不同温度下抗剪强度与成型时间关系曲线（图4）。  图1 单轴贯入试验  图2 破坏后未固结试件  图3 破坏后已基本固结试件 表6 环氧树脂混凝土抗剪强度试验结果  检测项目同级配碎石抗剪强度（MPa）10℃环氧树脂混凝土抗剪强度（MPa）成型时间（h）0.5124 4.084 4.1434.5564.6995.015 22℃3.4924.4052.3937.920 40℃1.0711.8448.58916.213 60℃5.47213.71316.18220.512  图4 不同温度下抗剪强度与成型时间关系曲线 由图4可以看出，随温度升高，环氧树脂混合料强度增长更为迅速。根据摩尔-库伦理论τ=c+σ·tanΦ，混合料抗剪强度τ主要由集料间内摩阻力Φ和胶粘剂的粘结力c两部分组成。与同级配碎石的贯入抗剪强度值相比，当环氧树脂混合料贯入强度高于级配碎石贯入强度并且随着时间的变化出现明显增长时，可以认为是胶粘剂固化反应形成长链提供粘结力c造成的；在测定混合料抗剪强度时出现了一个下降点，此时，混合料由于固化反应放热，温度较高，虽然胶粘剂已经开始形成强度，但材料的粘弹性使得温度较高条件下材料偏软，测试强度偏低，两者相抵温度影响效果更加明显，导致了瞬时强度的下降，轴心抗压的试验结果也验证了这一过程。由图2、图3可知，未固结的混合料贯入时出现了明显的推挤，而已经基本固结的试件表现为脆裂。为了使施工过程不过度影响胶粘剂的固化，给出混合料必须弃用的时间与温度的关系表（表7），当实际温度处于区间中间值时可由插值法求得该温度下的弃料时间。 表7 不同温度下环氧树脂混凝土施工时间  备注：可施工时间包含了拌合过程和压实过程所需时间。 温度（℃）检测项目60402210可施工时间（min）204560120弃料时间（h）0.5124 3.2 开放交通时间 参考《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005[8]进行轴心抗压强度试验，测定环氧树脂混凝土路面开放交通时间。试件尺寸为Ф100mm×180mm，采用旋转压实成型，空隙率为2%。将试件置于10℃、25℃、40℃三个温度下养护，在不同时间点下测定试件的轴心抗压强度。试验结果如表8所示，并据此作出不同温度下抗压强度与成型时间关系曲线（图5）。 表8 环氧树脂混凝土轴心抗压强度试验结果 检测项目成型时间（h）12481224轴心抗压强度（MPa）10℃0.1951.9452.1352.8104.71616.647 25℃1.8841.8447.3158.00511.19613.950 40℃0.3083.3886.3609.03511.95311.984 图5 不同温度下抗压强度与成型时间关系曲线 参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》，确定开放交通需满足的混合料强度要求：2.5～5.5MPa。根据表中数据可以看出，25℃养护温度下，虽然4h轴心抗压强度仅为24h强度的50%，但是已经满足开放交通的强度要求。 当环境温度升高时，混合料达到强度所需的固化时间缩短，同时由于环氧树脂材料具有粘弹特性，其硬度和杨氏模量随温度的升高均出现降低，故表现为抗压强度的下降，同理，低温下强度有所提高；温度下降时，混合料的固化时间延长，在10℃环境下约需12h才能达到开放交通的要求，且胶粘剂的固化反应温度条件需要大于4.4℃，表明若低温时仍要进行施工，必须采取相应的养护手段。根据试验结果，给出环氧树脂混凝土开放交通时间与温度关系表（表9），当实际温度处于区间中间值时可由插值法求得该温度下的开放交通时间。 表9 不同温度下环氧树脂混凝土开放交通时间 温度（℃）开放交通时间（h）1013 224 403.5 综合看来，环氧树脂混凝土的可施工时间、弃料时间、开放交通时间等时间参数随温度不同而不同，温度越低施工控制时间越长，建议施工气温不低于10℃。 4 压实处理研究树脂的硬化是放热反应的过程，树脂混合料在固化反应到达峰值后会开始降温并产生收缩，环氧树脂浇筑体的体积收缩约为3%～5%。为了确定固化收缩对环氧树脂混合料的影响以及施工控制中的压实度指标，参考《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》以及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用振动法、马歇尔击实法、旋转压实法分别成型试件，并采用水中重法测试环氧树脂混合料的孔隙率。其中旋转压实的试件尺寸为Ф100mm×180mm，旋转压实采取高度控制模式，添加不同质量混合料成型试件。试验结果如表10-表12所示。 表10 不同振动时间对试件空隙率的影响 备注：试件为标准砂浆试模（70.7mm×70.7 mm×70.7 mm）成型。 振动时间检测项目5s10s30s1min3min5min7min9min毛体积相对密度2.2552.2742.3132.3502.3562.3642.3692.372空隙率（%）10.339.578.036.556.325.995.815.69 表11 不同击实次数对试件空隙率的影响 备注：试件为标准马歇尔试件，双面击实成型。 击实次数（双面）515253545毛体积相对密度2.3562.4442.4562.4622.458空隙率（%）6.332.821.972.092.25检测项目 表12 不同取料量对试件空隙率的影响 备注：试件为旋转压实（SGC）成型。 所取混合料质量（g）33003350340034503500毛体积相对密度2.4112.4272.4522.4732.493空隙率（%）4.113.492.501.680.87检测项目 由上述试验结果可知，环氧树脂混合料在未完全固化时具有一定的流动性，振动在一定范围内能使试件空隙率减小，但仅靠振动台的振动并不能使得混合料达到足够的密实。由击实法测定，双面击实25次时试件密实效果最佳，且试件空隙率满足桥面铺装使用要求。随着旋转压实次数的增加，混合料毛体积相对密度逐渐增加，空隙率减小。为了达到较低空隙率，需要的旋转压实次数较多，成型时间也随之增加，使得试件脱模较为困难，因此旋转压实成型方法具有一定局限性。 5 结论（1）胶粘剂双组分适宜配比为体积比1:1。 （2）环氧树脂混凝土的可施工时间、弃料时间、开放交通时间等时间参数随温度不同而不同，温度越低施工控制时间越长，建议施工气温不低于10℃。 （3）击实法成型试件双面击实25次时，试件密实效果最佳，且试件空隙率满足桥面铺装使用要求。 参考文献： [1]金玉杰.改性环氧树脂混凝土（砂浆）及应用研究[D].长春：吉林建筑工程学院，2010. [2]宗海.环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害修复技术研究[D].南京：东南大学，2005. [3]王亮，慕海瑞，赵国云.国内典型钢桥桥面铺装使用现状调查与分析[J].交通标准化，2013，24（11）：101-104. [4]李家庆.环氧树脂混凝土在钢桥面铺装中的应用研究[D].长沙：长沙理工大学，2013. [5]赵锋军，李宇峙.钢桥面薄层环氧树脂混凝土铺装材料路用性能试验研究[J].公路，2010，12（2）：74-78. [6]交通运输部.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011. [7]汤文，盛晓军，孙立军.应力吸收层沥青混合料性能研究[J].建筑材料学报，2009，12（2）：173-176，180. [8]交通部公路科学研究所.JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].交通运输部，2005. 责任编辑:孙苏，李红 施工经验 马路下方雨污合流水井井壁渗漏处理 某污水处理厂二期工程厂外管网土建部分，需与原管网连接，在向原管网某水井进行顶管的过程中，发现该井有渗漏情况，而且因渗漏造成土体流失情况很严重。该井为雨污合流水井，水井深6．5m，在马路下方。距马路中央2．5m，马路为6车道，宽20m，为城市主干道，需立即抢修。初步判定，该水井井壁发生渗漏，日积月累，造成该井四周土体严重流失，马路下方处于悬空状态，但由于下方有水体，水体有一定的压强，致使马路在日常使用过程中未出现塌陷情况。由于该路面为城市主要道路，路面已经不能正常使用，必须立即进行抢修。 常规做法是将水井四周路面及土方全部挖掘、运走，然后重新进行回填、路基处理、铺设路面。这样做施工量大，各种费用高，工期较长，而且对城市交通压力影响大。因此，工期成为我们最终追求的目标，具体处理措施如下。 水土流失具体情况。通过观察，水土流失呈椭球形，平面为长轴直径4．5m，短轴直径3．5m，球高2．5m，距路面0．6m。 处理措施初步设计为：在土体流失部位最高点打孔，孔径为Φ150mm，布置5点，其中四周各一点，中间一点，将污水井内杂物、浮动固体清理干净，然后用C40微膨胀混凝土通过孔洞下料填充，混凝土含膨胀剂12%，坍落度为160～180mm，内掺早强剂。首先通过四周四个孔洞下料，中间孔洞排气体，用振捣棒振捣密实，当中间孔洞向外冒混凝土浆时，即表明椭球体内已被混凝土完全填实，然后通过中间孔洞振捣，确保混凝土振捣密实。浇筑混凝土时，孔洞四周用塑料布等覆盖，做好原路面的保护，待混凝土强度达到25MPa后即可通车，同时留置混凝土同条件养护试件5组，混凝土浇筑6h后，每2h压一组。 实际施工用时仅3h，混凝土凝固12h后，强度即满足通车要求，这种施工方法简便快捷，节省费用、缩短工期，及时缓解了城市交通压力。 （摘自：《建筑工人》） Experimental Study on Construction Control over Epoxy Resin Concrete Pavement for Steel Bridge Decks Abstract：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. Keywords：steel bridge deck;epoxy resin concrete;construction control;splitting test 中图分类号：U443.33 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2017）05-0034-04 doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.034 收稿日期：2017-03-22 作者简介：康卉锦（1988-），女，江苏盐城人，研究生，助理工程师，主要从事公路养护工作。 |
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