高性能封层在钢桥面铺装中的养护技术分析.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言常规雾封层养护技术是将改性后的乳化型沥青涂料喷洒于道路表面，实现对细小裂缝的封闭修补，以提高道路表面的密水性，但雾封层会在道路表面形成油膜，导致路面结构厚度减小，降低路面早期抗滑移能力。加入细砂的雾封层可以在路桥表面形成粗糙界面，从而提高其早期抗滑移能力，但含砂雾封层黏性较差，内部细砂易脱落，造成路桥表面后期抗滑能力下降。因此，提出以水性环氧树脂为基体的胶接结构，更好地发挥含砂雾封层在钢桥面铺装中的养护效果1。1 钢桥面铺装预防性养护及雾封层简介目前，钢桥面铺装层适用的预防性养护技术只有稀浆封层、微表处、沥青罩面、雾封层等少数几种，其中雾封层技术还不完善，封层中的砂粒易剥落，为解决该问题需设法提高雾封层结构的黏结力，即将乳化沥青、水性环氧树脂等流体通过喷雾机喷涂到钢桥面，以增加铺装层细集料结构的黏结力及稳定性，由于喷射时会产生黑雾，故称为“雾封层”2。通过雾封层技术可以有效封闭桥面铺装的细小裂缝，避免由于湿气、气体等侵入导致桥面铺装性能下降，同时可以促进部分细小裂缝自行修复，增强桥面铺装层中松散骨料的黏结力，修补老化黏结料，降低因风化和老化而造成的钢桥面铺装性能损耗。2 高性能封层原材料性能高性能雾封层原材料包括乳化沥青、固化剂、水性环氧树脂，各原材料按照一定配比组合制备得到高性能雾封层，各原材料主要性能指标如下。2.1 水性环氧树脂水性环氧树脂的关键性能指标如表1所示。表1 水性环氧树脂性能性能指标外观质量环氧当量/（g/eq）旋转黏度（25）/（MPas）固化物含量（%）标准白色均质液态1 200.01 850.0500.03 000.050.02.2 固化剂固化剂采用脂环胺改性固化剂，其主要性能指标如表2所示。表2 固化剂性能性能指标外观胺值/（mgKOH/g）旋转黏度（25）/（MPas）标准透明均质液态260.0320.0280.0400.02.3 乳化沥青乳化沥青所用基质沥青为SK70#沥青，乳化剂为阳离子乳化剂，通过小型胶体磨制备而成，其关键性能指标如表3所示3。表3 改性乳化沥青性能试验细目破乳速度标准黏度（25）/cm1 d贮存稳定性（%）蒸发残留物软化点/蒸发残留物延度（5）/cm蒸发残留物溶解度（三氯乙烯）（%）试验结论慢裂21.00.3051.2031.098.69技术标准慢裂8.025.01.1050.0（20.097.45收稿日期：2023-03-01作者简介：周俊（1988），男，山西定襄人，工程师，从事工程项目管理工作。高性能封层在钢桥面铺装中的养护技术分析周俊（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）摘要：为解决当前钢桥面铺装施工中常见的裂缝、脱层现象，探讨了基于高性能封层的桥面铺装养护技术，提出以水性环氧树脂为基体的胶接结构，以提高细集料的黏附强度和结构稳定性，形成耐磨的高性能封层，更好地发挥含砂雾封层在钢桥面铺装中的养护效果。关键词：钢桥面铺装；预防性养护技术；环氧沥青中图分类号：U418文献标识码：B157总658期2023年第28期（10月 上）2 高性能封层胶结料掺量优选2.1 力学性能2.1.1 黏结性能通过外部掺加的方式试验分析水性环氧树脂、乳化沥青性能不同配比与雾封层黏结性能的关系，选取5种水性环氧树脂、乳化沥青配比，制备5组黏结性能试验样品，分别为01组：51，02组：52，03组：5 3，04组：54、05组：55，在2545的温度下对各组样品分别进行拉伸试验，具体结果如表4所示4。图1 黏结强度测试示意表4 拉拔强度测试结论（平均值）试验温度/2545五组试样的拉拔强度均值/MPa01#1.120.2402#1.261.1503#2.511.5904#2.861.8105#3.522.14由表4可以看出：在相同的温度条件下，水性环氧树脂掺加量越大，雾封层的拉拔强度越大，配比为5 5时，拉拔强度达到3.52 MPa，大约是配比51时拉拔强度的3倍；温度为45下，随水性环氧树脂掺加量的增加，雾封层拉拔强度相比51时提高7个百分点，原因是加入水性环氧树脂后，雾封层内部分子结构出现变化，其中，雾封层内黏结力的贡献主要来自水性环氧树脂，可使雾封层黏结性能得到显著改善5。2.1.2 拉伸强度利用万能试验机测试水性环氧树脂、乳化沥青混合物的拉伸强度、断裂延伸率，具体测试结果见图2。图2 拉伸试验结果从图2可以看出：雾封层拉伸性能与水性环氧树脂掺加量成正比，但断裂拉伸率与水性环氧树脂掺加量成反比，说明影响拉伸性能、断裂拉伸率的关键因素是水性环氧树脂掺加量，随着水性环氧树脂掺加量的增加，雾封层结构韧性迅速下降；其中2#、3#样品组的斜率最大，考虑拉伸强度、断裂拉伸率，水性环氧树脂配比范围控制在5352范围6。2.2 凝胶特性利用凝胶时间测试设备测定多种温度条件下的水性环氧树脂、乳化沥青混合物的凝胶特性，具体测试结果如表5所示。表5 凝胶试验结论温度/304050五组试样的凝胶时间/s01#36 02313 0966 89302#10 5456 2932 79303#5 0253 69794504#3 9432 03489105#2 5271 234589从表5可以看出：相同温度条件下，随着水性环氧树脂掺加量的增加，雾封层凝胶时间缩短；水性环氧树脂掺加量相同时，随着温度的升高，雾封层凝胶速度加快；鉴于现场施工需要，雾封层凝胶时间必须控制在30 min以上，而我国夏季极限气温通常在40 以上，因此，要确保高温条件下雾封层有足够的凝胶时间，水性环氧树脂配比不宜超过53。2.3 相结构使用均胶仪，在常温（25）下用荧光显微镜观察其水性环氧树脂、乳化沥青混合物表面的微观组织结构7。从显微镜图像可以看出：随着水性环氧树脂掺加量的增加，混合物体系从单相连续结构转变成两相间的连续结构，当水性环氧树脂、乳化沥青配比达到5 3 时，结构体系的转变出现，而水性环氧树脂是连续相，所以从实际应用的观点来看，水性环氧树脂、乳化沥青的配比不宜大于53。3 高性能封层共混物性能分析根据以上试验研究成果设计具有良好耐磨性能的高性能雾封层配比，对其黏结性能、耐磨性能、盐雾试验以及对周围环境温度的各种影响因素进行研究，得到满足预防性养护要求的高性能雾封层最优配比。3.1 高性能封层共混物制备根据上述试验结果可知，水性环氧树脂、乳化沥青的配比不应大于53。金刚砂对于高性能雾封层的黏结性能、耐磨性能有较大影响8。因此，设计配合比时需重点考虑金刚砂的掺加量，分析金刚砂 25%、35%、45%、55%的掺加量下，高性能雾封层胶的性能变化规律。设计高性能雾封层配比时，确保水性环氧树脂、乳化沥青配比不超过53，不同金刚砂掺加量下，高耐磨高性能雾封层的配比如表6所示。158交通世界TRANSPOWORLD表6 高耐磨SCS高性能封层配比金刚砂占比（%）25.035.045.055.0乳化沥青占比（%）100.0100.0100.0100.0水性环氧树脂掺量（%）30.030.030.030.0固化剂（%）30.030.030.030.0水（%）25.025.025.025.03.2 高性能封层路用性能分析3.2.1 黏结性试验选取某钢桥面沥青混凝铺装试块，表面涂刷高性能雾封层，于25 温度条件下养护24 h后开展黏结强度拉拔试验，测试25、60 温度条件下的性能雾封层的黏结强度，具体结果如表7所示。表7 高性能封层共混物黏结强度温度2560五组试样的黏结强度值/MPa01#2.010.4102#2.550.6303#2.620.6604#2.570.6505#2.150.56根据表7可知，采用高性能雾封层养护后，由于金刚砂含量的提升，雾封层与原铺装面的黏结强度先升后降，含金刚砂掺加量35%时，3#组样品的黏结强度最高，因此，金刚砂掺加量不宜超过35%。3.2.2 耐磨性评价开展磨耗试验分析高性能雾封层的耐磨性能，试块雾封层用量 1.0 kg/m2，温度条件 25，选 500、1 000、1 500转，每组样品进行3次平行测试，取均值，具体测试结果如表8所示。表8 磨耗试验结论数据转数500.01 000.01 500.0五组试样的质量损失/mg01#123.59136.19170.1902#94.75105.35134.6603#99.36111.18145.3504#101.68115.09152.1805#110.36128.78168.08根据表8可知，添加金刚砂后，雾封层耐磨能力表现出由增后减的特点，掺加25%金刚砂时，2#组样品的耐磨性最好，3#组样品的耐磨性稍有下降，因此，从总体上看，金刚砂掺加量应在25%35%范围内。3.2.3 抗滑性能评价钢桥面铺装层表面抗滑性能可通过摆式摩擦仪、构造深度等方法评定，由于金刚砂在钢桥面铺装层表面产生较多粗糙接触面，难以通过构造深度评价其抗滑性能，故选用摩擦因数评价9。为评估钢桥面铺装层表面的抗滑性能，先取回SMA-13混凝土板，然后以1.0 kg/m2的标准涂刷高性能雾封层。通过抗滑性能测试发现，使用高性能雾封层后，桥面铺装层表面抗滑能力与金刚砂的掺加量有直接关系，金刚砂含量越高，桥面铺装层表面抗滑能力越好。当金刚砂掺加量达到55%时，5#组样品抗滑性能较好，但其表层仍有较多金刚砂脱落，应将金刚砂掺加量控制在25%45%。4 高性能封层养护时间雾封层固化过程可分成两个时期：表面干燥期：用指尖触摸雾封层表面，感觉黏稠，但没有漆膜附着于指尖；完全干燥期，将过滤纸展开在已涂雾封层表面并用手挤压，可以轻易取下过滤纸且不会带走沥青。用软刷子将选定最佳配比的高性能雾封层按抗滑试验确定的用量标准涂刷于车辙试件表面，在25、60 温度条件下，以10 min为间隔进行固化程度测试，测试结果显示：以AC-13为基准测试表面，25 下，雾封层固化时间为150180 min；以SMA-13为基准测试表面，25下，雾封层固化时间为 90 140 min；SMA-13由于其表层结构厚度大，有助于高性能雾封层下渗，故SMA-13的完全干燥速度明显加快10。5 结论改性乳化油沥青黏结力较低，金刚砂容易剥落，造成后期铺装层表面的抗滑能力差，建议采用高性能雾封层预防性养护技术。在此基础上研究了高性能雾封层的力学性能、凝胶性能和相结构性能，并以53作为最佳配比；对高耐磨、高性能雾封层的黏结性能、耐磨性能、防滑性等性能进行试验研究，得出金刚砂掺加量应为25%35%；对高耐磨、高性能雾封层的固化时间进行试验测试，发现在AC-13基体表面，室温（25）下的雾封层固化时间为 150180 min，SMA-13 表面雾封层固化时间为 90140 min，原因是SMA-13表层结构厚度大，有助于高性能雾封层下渗，使其完全干燥速度加快。参考文献：1 朱其涛.高性能碎石封层中橡胶颗粒掺量及预裹覆沥青用量对石料流动性的影响J.石油沥青，2019，33（2）：10-13，47.2 丁瑜，张家生，陈晓斌，等.橡胶颗粒砂混合物新型路基填料动力参数特性的试验研究J.工程科学与技术，2020，52（5）：170-177.3 唐志敏.超薄磨耗层在莆永高速的应用及路用性能分析J.福建交通科技，2022（3）：29-34.4 冯志勇.公路沥青路面预防性养护技术探究J.科学（下转第171页）159交通世界TRANSPOWORLD中挠度最大为43.3 cm；当调索工序完毕后，主梁的挠度明显下降；在二期铺装工程完工后，由于钢索系统的刚性较大，索鞍的顶力对其变形有明显的影响；成桥主梁的实测高度与设计值之差为：上游14.30 cm，下游13.50 cm，与理论计算结果相差不大，考虑到荷载、混凝土收缩、徐变等因素，主梁的挠度将随着工程的进行而不断趋于合理。4 体系转换过程桥塔施工控制4.1 桥塔成桥预偏量分析由于成桥时受混凝土徐变、管道荷载、二期荷载等因素的作用，会导致桥塔成桥位置发生位移，本文采用有限元分析法对上述三个因素进行了研究。二期荷载施加后，16#、17#桥塔顶部的理论偏差值分别为0 cm、0.2 cm，符合成桥条件下的塔体垂直度要求。管道荷载为8.5 kN/m、混凝土收缩徐变1 000 d后，16#桥塔的向跨中偏移理论值为1.66 cm，相对于平衡态下，向主跨跨中偏移增加1.66 cm；17#桥塔向主跨跨中偏移0.95 cm，与均衡态相比，偏移量增加1.15 cm。因此，在后续的施工中，为确保桥塔在管道荷载、混凝土收缩徐变的影响下垂直度满足要求，必须在二期荷载施加后预留塔顶的理论偏移量。由于结构的对称性，16#、17#桥塔在二期荷载施加后，其塔顶向边跨侧的理论偏移值都为1.5 cm。4.2 体系转换对桥塔偏位的影响悬索桥体系转换期间，在各工况结束时需要对全部主塔进行检测，从实测的桥塔偏移数据可以看出，4根塔柱塔顶处纵桥向最大偏移为0.5 cm，远低于2 cm。5 结束语综上所述，吊索张拉是整个体系转换阶段的一个重要环节，本文以某自锚式悬索桥为例，在其体系转换施工阶段，针对吊索张拉工序，在张拉过程中，由于吊索M9接长杆长度受到限制不能安装，M7、M8型钢吊索采用“循环张拉”方法，且利用“小步快跑”的施工方案，对主索鞍进行了顶推，并优化了吊索的张拉工艺，使钢吊索体系的转换工作，达到了很好的协调效果。在体系转换过程中，根据实地测量可知，在完成吊索张拉安装后，主缆中跨跨中上挠值最大，二期铺装完成后，索鞍顶推对主梁挠度的影响明显；吊索张拉和二期铺装施工前和后期采用“小步快跑”的方法，通过对主索鞍的顶推施工，可以将桥塔逐渐向跨中方向移动，直至满足预设要求。参考文献：1 刘少华.自锚式悬索桥体系转换吊索张拉设计J.山东交通科技，2021（1）：74-76.2 黄祝兵，郑敬玉，谢兰敏，等.独塔自锚式悬索桥体系转换吊索张拉方案的研究与实践J.安装，2019（12）：32-35.3 林佳漫.高速公路大跨度自锚式悬索桥工程中的主缆架设施工工艺J.工程建设与设计，2022（16）：134-136.4 梁家熙，彭世杰，刘阳.主跨150 m自锚式悬索桥体系转换施工监控实践研究J.中国新技术新产品，2022（16）：119-121.5 莫朝庆，钟海，黄尚.380 m跨自锚式悬索桥抗风性能研究J.中外建筑，2022（7）：117-120.6 黄学漾.独塔自锚式悬索桥体系转换施工控制方法研究J.福建建设科技，2022（4）：85-88.7 龚彦铭.超大跨度自锚式悬索桥的动载试验研究J.工程建设与设计，2022（11）：89-95.技术创新，2022（16）：121-124。5 拓守俭，尚飞，吴文军.高性能封层预防性养护技术研究J.公路交通技术，2021，37（2）：34-39.6 李发娥.公路养护中的沥青路面预防性养护技术J.黑龙江交通科技，2021，44（11）：201，203.7 拓守俭，尚飞，吴文军.高性能封层预防性养护技术研究J.公路交通技术，2021，37（2）：34-39.8 刘锐生.高速公路沥青路面典型预防性养护技术探析J.交通世界，2020（32）：62-63.9 田国军.路面使用性能影响因素及常用路面养护技术措施C/2020年5月建筑科技与管理学术交流会论文集.北京：建筑科技与管理编辑部，2020：35-38.10 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