环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害的原因分析与处治.pdf

2 0 1 1 年 2月 石油 沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 5卷第 1 期 环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害的原因分析与处治 王润寿 余文科 洪 丹 吴进良 1 重庆桥梁工程有 限责任公 司 ( 重庆402 1 6 0 ) 2 重庆交通大学 ( 重庆4 0 0 0 7 4 ) 3 重庆中交科技股份有限公司 ( 重庆4 0 1 1 2 1 ) 摘要环氧沥青混凝土具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性和抗疲劳特性等优异的使用性 能。近年来作为一种性能优异的钢桥面铺装材料被国内引进，但在钢桥 面铺装和运营中由于 各种 因素 出现 了一 些病 害。通过 大量调 查及研 究 ，归纳分析 了主要 病害类型及 成 因，并分析 了施工中潜在的病害因素，提 出了相应修复措施及注意事项，对今后环氧沥青混凝土的钢桥 面铺装及维修具有指导意义。 关键词环氧沥青混凝土钢桥面铺装病 害 处治 环氧沥青混合料作为大跨径桥面铺装 材料 ， 是由环氧沥青胶结料和级配集料经拌合而成 的一 种强度高、刚性大的沥青混凝土 ，具有 良好 的耐 腐蚀性、高温稳定性和抗疲劳特性 。作为胶结料 的环氧沥青，一般是通过在沥青中添加热固性环 氧树脂 和固化剂 ，经固化反应而形成一种不可逆 的固化物。由于环氧沥青具有优 良的路用性 能， 被广泛的应用于钢桥面铺装和重交通道路上 ，并 适用于水泥混凝土桥面铺装上。欧美一些国家早 在 6 0年代就开始研究和应用 ，日本也于 7 0年代 对环氧沥青混合料进行了系统研究并应用。国内 对环氧沥青研究起步较晚，国内大规模采用环氧 沥青混凝土作为正交异性钢桥面板 的铺装主要开 始于南京长江第二大桥 ，在南京长江第二大桥上 成功应用后 ，在国内钢桥面上得到 了广泛应用 ， 但均出现了诸多病害 ，这使得环氧沥青混凝土铺 装体系推广应用受了影响。 1 环氧沥青混凝土病害类型及原因分析 1 ． 1 早期主要病害 a )铺装层表面出现鱼尾状裂纹 鱼尾状裂纹 出现在铺装层碾压完成之后 ，表 面的裂纹有如鱼的尾部 ，波浪型排列。波浪型鱼 尾裂纹是 由于在碾压过程中，压路机行走速度过 快或急速刹车等，从而将铺装层表层混合料拉 裂。鱼尾状裂 纹深度随压路 机行走时 的速 度而 定 ，碾压速度越快 ，表面裂纹的宽度越大 ，裂纹 的深度也越深 ，严 重时鱼尾状 裂纹表 面互相 贯 通 。 病害主要原因有两个方面 ，其一是由于混合 料的部分 固化而导致无法达到最佳密实状态 ，从 而造成碾压完成后的铺装层呈现出松散开裂的现 象。其二是因为油石 比较大 的混合料温度过高 ， 在钢轮压路机的搓揉作用下很容易产生裂纹⋯ 。 b )异物 “ 鼓起 ”开裂 铺装层在碾压完成后 ，会出现 由于异物而导 致的 “ 鼓起”开裂现象。这种 “ 鼓起 ”现象 主 要是 由于施工过程中混入铺装层内部的小物体造 成的。这些小物体在碾压完成后将未固化的环氧 沥青混凝土铺装层顶起 ，形成异物 “ 鼓起 ”开 裂现象，这种病害以料车橡胶轮胎上的橡胶块剥 落最为严重。因此 ，在环氧沥青混凝土摊铺过程 中， 应该严格控制各机械部件，不至于混人铺装 层内。 c )铺装表面混合料 “ 脱落” 在环氧沥青混凝土铺装过程 中， 还有一种常 收稿 日期 ：2 0 1 0一1 0—2 1 。 作者简介：王润寿，男，研究生，现在重庆桥梁工程有限 责任公 司工作 。 1 4 石 油 沥 青 2 0 1 1 年第 2 5卷 见的病 害现象 ，主要表现 为表 面混合料 的 “ 脱 落”铺装层 出现混合料 “ 脱落” 现象 ，主要是 由于在邻幅混合料摊铺过程中，料车粘附的粘结 料在未完全固化的铺装层上行驶 ，从而将未固化 的铺装层表面混合料拉离铺装层 。这种病害在早 期对于铺装的影响主要是外观 ，发展到后期铺装 层可能会由于局部 冲击荷载作用而导致坑洞扩 展，影响铺装层外观与使用寿命。 1 ． 2 使用期主要病害 普通沥青路面在使用期 内的损坏主要是鼓包 引起并逐渐发展的病害。 鼓包是密级配沥青混凝土钢桥面铺装最常见 的一种病害表现形式。环氧沥青混凝土铺装完成 后 ，水份逐渐蒸发成为水汽。由于环氧沥青混凝 土铺装的空隙率很小 (小于 3 ％) ，水汽很难挥 发到铺装层外 ，于是逐渐形 成高压将铺装层顶 起 ，形成铺装层表面的隆起现象。隆起的部分在 车辆荷载的反复作用下很容易被压碎，进而形成 表面的不规则裂纹。鼓包初期的症状表现为不规 则的三角锉状裂纹 ，如不及时进行处理 ，在行车 荷载作用下被压碎 ，从而发展成为坑洞病害。 按照鼓包发展的不 同形式和表现出来 的外观 形态，可以将鼓包病害划分为以下几个阶段。 a )初期隆起 鼓包初期表现出来 的是表面的圆形小范围内 的微微隆起现象。铺装层“ 隆起 ” 顾名思义即是 该范围内的铺装层被顶起 ， 此处的铺装层脱离钢 板或下层铺装的支撑 ， 从而形成视觉上的高差。 初期隆起开裂 现象出现后 ，如果不 及时处 理，就会发展成为更为严重的中期裂缝扩展。 b )中期裂缝扩展 初期隆起的铺装层在行 车荷 载的重复作用 下，迅速发展成为裂缝扩展情况。 中期裂纹的扩展最 为明显的特征 除了 “ 隆 起”顶端 的三角锉裂纹继续扩展 以外 ，就是在 初期 “ 隆起”的圆形范围的根部 出现圆形裂纹 ， 并有逐渐闭合 的趋 势。该裂纹是 “ 隆起 ” 的铺 装层部分在丧失支撑后被车辆荷载碾压 “ 塌陷” 而导致 的。 c )完全破坏一塌陷 如果鼓包病害发展到表面塌陷，则对铺装层 极为不利。水分在行车荷载产生的压力作用下 ， 很容易从开裂铺装层处下渗到铺装层内部 ，严重 的情况会在铺装层和钢板问产生拍打效应 ，即形 成的动水压力不断冲击钢板 ( 或粘结层 ) ，从而 导致钢板锈蚀或发生脱层病害。 同时 ，在行车荷载作用下 ，整个鼓包区域混 合料被压碎 ，完全丧失其应有功能，最终出现坑 洞。坑洞的出现是鼓包病害发展过程中的必然结 果 ，如果还不及时对 出现的坑洞进行修补，坑洞 会在车辆荷载的不断冲击下继续扩展，对铺装结 构和钢板均会产生致命影响。 2 环氧沥青混凝土潜在病害 环氧沥青混凝土对施工要求非常高 ，施工处 理不得当，将会导致铺装层在使用期 间出现各种 在短期内无法预见的病害。 2 ． 1 “ 死料” 问题 “ 死料”是因为环氧沥青混合料温度过高或 者超出其最大 “ 容留时间” 而形成 的 “ 团料” 。 “ 死料”混入铺装层内部后 ，由于反应时间已经 超过规定 的容许摊铺时间 ，环氧的胶粘大分子链 已经初步形成 ，在摊铺机的碾压下 ，该处的混合 料将会出现粘结力 丧失、表 面干枯、松散 等症 状。“ 死料” 区域内的松散混合料在行车荷载作 用下将会产生剥离。 “ 死料”在整个环氧沥青混凝土生产到摊铺 过程中都是不可避免的，在施工中应尽可能地杜 绝 “ 死料” 的产生 以及做好 “ 死料 ”的清理工 作。 2 ． 2 粘结料与钢板粘结问题 环氧沥青粘结料与钢板表面的粘附性较好 ， 常温下的拉拨强度可达 2 ． 7 5 MP a ，但是组分混 合比例不当或是钢板表现清洁度不够就会影响环 氧沥青粘结料与钢板之间的粘结能力。如果粘结 料与钢板的粘结力不足 ，铺装层投入使用后将会 出现铺装层的脱层病害 J 。 在粘结料喷洒过程中应时刻检测 A、B组分 比例 ，以避免 由于 比例误差而导致粘结性能下 降。在粘结料喷洒前必须确保钢板表面 的清 洁 度 ，钢板表面的油污、蜡等都会大降低粘结料与 钢板的粘结性能，必须严格按规定对钢板进行清 洁处理。 2 ． 3 施工中水的隐患 雨水或露水是环氧沥青混凝土施工中很严重 第 1 期 王润寿等 环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害的原因分析与处治 1 5 的影响因素 ，在环氧沥青混凝土铺装 中，若遇任 何形式 的水源都会发生起泡现象 ，如果水分 、油 污等杂物在铺装前未能及时清除，温度升高发生 汽化 ，汽化形成的高压气体 冲破未固化的环氧沥 青混凝 土铺 装 层 ，从 而 形 成 “ 气 泡 ”或 “ 气 孔 ” 【 3 ] 。这些 “ 气泡”或 “ 气孔”的存在会使桥 面水进人到铺装层 内进而破坏铺装层结构。 另外，环氧沥青混凝土铺装层在施工时如果 遇雨应该立刻停止施工 ，并将 多余混合料废 弃。 但是雨水会影响已经洒布完成的粘结层 ，导致粘 结层失效 ，为此需要根据实际情况确定是否需要 补洒 ，而失效 的粘结层 在铺装层 间形成薄弱层 ， 影响铺装层使用质量。 在环氧沥青混凝土铺装过程 中应尽量杜绝一 切水源。首先 ，雨天后施工前 ，应检查确认干燥 无误后方可投人施工。其次，做好料库的苫盖防 雨工作，天晴时开启料库，让空气充分流通，最 大限度避免石料受潮。第三 ，必须在环氧沥青混 凝土施工过程中，切实按照施工实施细则进行 ， 严格杜绝恶劣天气条件下施工。 3 环氧沥青混凝土病害的处治 环氧沥青混凝土病 害 的处治 可根据不 同病 害，病害产生的不同时期进行采取相应的措施并 及时的修复。 3 ． 1 初期鼓包处治 初期鼓包表现为小范围隆起，在刚摊铺完成 时发现有鼓包现象应及时采用钢针刺穿将水汽排 出后再将铺装层击实 ，也可选择低粘度材料进行 简单密封处理 ，或将鼓包处挖除重新填充新的混 合料 ’ 8 ] 。 3 ． 2中期裂缝处治 对钢桥面铺装上的细小微裂纹 ，一般采用灌 缝处理 ，对于裂缝较大处可采用开槽灌缝 。灌缝 时，在环氧树脂中添加 固化剂 ，将两种组分混合 搅匀，用毛刷将拌和好 的环 氧树脂涂于裂缝处。 灌至环氧灌缝剂不再下陷为止 ，最后在其上洒布 细集料。 3 ． 3 塌陷及坑洞处治 出现坑洞病害的铺装层 已基本丧失承载 力， 丧失铺装层使用功能，应对鼓包 坑洞及时处理， 将坑洞 破损处的残缺铺装层 开挖后 ，再重新 回 填。回填可采用冷料修补或者热料修复。 a )冷料修补 环氧沥青混凝土冷料为将环氧树脂与固化剂 混合后直接与集料在常温下拌和而成的环氧沥青 混合料。冷铺沥青混合料在储存 、施工和使用过 程中，必须满足一定的要求。在储存时混合料必 须具有 良好的疏松性 ；在摊铺压实后形成一定的 结构强度 ，以承受行车荷载作用而无过大变形 ； 在使用过程中保持水温稳定性而不发生松散。 b )热料修复 热料修复采用 与铺装 层新建 时相 同的混 合 料 ，高温拌和后 ，在一定温度下进行摊铺 ，此种 方法需要将破坏的铺装铣刨。热拌沥青混合料维 修桥面铺装 ，适合于地点集中、工程量较大的桥 面铺装维修工程 ，同时还要求干燥 、非低温的环 境条件。 4结论 环氧沥青混凝土是一种性 能非常优异的钢桥 面铺装材料 ，在国外有着非常好的使用效果 ，针 对环氧沥青混凝土在国内应用中出现的一些病害 问题进行 了归类分析 ，并提出了注意事项及病害 处理措施 。对今后环氧混凝土钢桥面铺装层新建 或修复均有一定的借鉴价值。 参考文献 1 沙庆林 ．沥青路面早期破坏原因分析 [ M]．北京： 人 民交通 出版社 。2 0 0 1 2 张磊 ．江阴大桥桥面铺装病害研究 [ D]．南京：东 南大学 ，2 0 0 4 ，3 3 关占祥 ，郭伟 ．浅谈环氧沥青混凝土铺装施 工中常 见质量隐患及处理方法 [ J ]．天津市政工程，2 0 0 8 ， 1 ( 1 ) ：3 7— 3 9 4 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，2 0 0 4 。3 5 何长江，钱振东，王建伟 ，韩光义．环氧沥青混凝土 钢桥面铺装病 害处治技 术研 究 [ J ]．交通 科技 ， 2 0 0 7 ． 1 0 ( 5 ) ： 4 2～ 4 4 6 邓学均．中国江阴长江大桥桥 面沥青铺装层高温稳 定性 [ J ]．交通运输工程学报，2 0 0 2 ， 2( 2 ) ：1 ～ 7 7 卢辉，胡玲玲 ．几种典 型钢桥 面铺装 类型 的对 比 [ J ]．科学技术与工程，2 0 0 9 ，9( 1 7 ) ：5 2 3 4— 5 2 3 7 8 曹海波，钱振东，李智．武汉阳逻长江大桥钢桥面铺 装与施工 [ J ]．桥隧机械 &施工技术 2 0 0 8 ， ( 9 ) ： 5 6 ～ 5 9 l 6 石 油 沥 青 2 0 1 1 年第2 5卷 An a l y s i s a n d Tr e a t me n t o f Di s e a s e s o n S t e e l De c k Br i d g e Pa v e d b y Ep o x y As p h a l t Co n c r e t e W a n g Ru n s h o u Yu W e n k e Ho n g Da n 。 W u J i n l i a n g 1 C h o n g q i n g B r id g e E n g i n e e r i n g C o ． L t d ． ( C h o n g q i n g 4 0 2 1 6 0， C h i n a ) 2 C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y( C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 ， C h i na ) 3 C h o n g q i n g Z h o n g j i a o S c i e n c e I n c ．( C h o n g q i n g 4 0 1 1 2 1 ， C h i na ) Abs t r a c t ： Ep o x y a s p h a l t c o nc r e t e h a s s p e c i a l s u p e r i o r p a v i n g p e r f o r ma n c e，s u c h a s g o o d c o r r o s i o n r e — s i s t a n c e，t h e rm a l s t a bi l i t y a n d a n t i—f a t i g u e p r o p e r t i e s ，e t c ． I n r e c e nt y e a r s ，a s a k i n d o f p a v i n g ma t e r i a l s h a v i n g e x c e l l e n t p r o p e r t i e s f o r s t e e l d e c k p l a t e a r e i n t rod u c e d ，b u t d u e t o v a ri o u s f a c t o r s i n d o me s t i c s t e e l d e c k p l a t e p a v i n g a n d o p e r a t i o n，s o me d i s e a s e s a t r e s e a r c h a r t i c l e s o c c u r r e n c e d，t h e n the ma i n d i s e a s e t y p e s a n d c a u s e s a r e a n a l y z e d，a nd t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e u nd e r l y i n g d i s e a s e~c t o rs a r e a l s o c o n c l u d e d ．To p u t s f o r wa r d c o r r e s p o n d i n g me a s u r e s ，r e p a i r a d v i c e a nd ma t t e rs n e e d e d t o p a y a t t e n t i o n t o e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e o r s t e e l b rid g e d e c k p a v e me n t ma i n t e na n c e a r e tak e n u p． ‘ 一 Ke y wo r d s： e p o x y a s p h a l t ；c o n c r e t e；s t e e l de c k b r i d g e；d i s e a s e s ；t r e a t me n t 短讯 2 0 1 1年中国沥青市场展望 1 需求分析 a )2 0 1 1 年仍为中国公路建设需求的大年。 b )国检分批展开，要求明年上年完成，对各省沥 青终端需求 的二次 提振作 用预计从 2 0 1 0年 l 2月就有 显 现 ，对一季度 的需 求也具有 不可忽视 的利好 作用 。2 0 1 0 年 1 1月2日，全国干线公路养护管理检查 ( 简称 “ 国 检” )布置会召开，交通运输部公路局就 “ 国检”有关 事项进行了解答和说明。“ 国检”将于2 0 1 1 年上半年分 6批次展开 ，第一批次 5个省 区的检查将 于 2 0 1 1 年 4月 1 5日前结束 ，最后一个批次 6个省区的检查将于 2 0 1 1 年 6月 3 0日前结 束。 c )2 0 1 0年 4季度国际原油价格持续上涨，带动 国 际燃料油价格上涨，目前新加坡 1 8 0 B O B价格已上涨至 5 0 0美元／ t 左右，较新加坡沥青 B O B价格高出3 0美元／ t 左右，从而可能导致国外炼厂增产燃料油，而缩减沥青 产量，从而减少对中国的沥青出口量，进而对国内沥青 价格有较好的支撑作用。另外，美元持续贬值，原油价 格必然继续上涨，因此 当前虽然为沥青需求淡季，但沥 青价格相对也较为抗跌。 d )国际原油和燃料油价格的上涨，也带动了国内 燃料油价格的上涨，因此部分炼厂减产沥青而多产或转 产燃料油，也使沥青供应量缩减，支撑沥青价格。 2 供应分析 a )国产沥青方面，据了解中石化明年沥青供应量 计划在 6 0 0 0 k t ，较今年 可能增加 3 0 0 k t 左右 ，中石油 方面供应量预计仍会保持在与今年相当的量上 ，中海油 方面营口项目投产，沥青供应量预计也会有较大幅度的 增加 ，总之国产沥 青供应 量仍 会保 持在一 个较 高水平 ， 预计与今年 比，可能会有上百万吨的增加。 b )进 口沥青方面 ，虽 然 2 0 1 1 年 中国沥青需求 有望 保持小幅增长，但 S K出口渠道多样化和 G S加氢裂化装 置开工率的提高都有可能削减韩国沥青的份额，而新加 坡炼厂据悉有增产沥青的可能，总体而言，预计 2 0 1 1 年 国内沥青进口量仍有望保持在与今年相当的水平，当然 也有小幅 回落的可能。 3 价格分析 展望未来需求，由于2 0 1 1年公路国检的利好因素， 和对 2 0 1 1 年项目需求的良好预期，预计 1月份全国大部 分地区备货需求将开始逐步释放 ，加之北部及中西部地 区依旧是国家道路建设的重点扶持地区，预计近两年或 继续处于道路建设黄金期。 目前看，国内沥青市场基本 面较为平稳，北方大部分地区冬储需求开始逐渐释放， 华东等地的项 目备货也支撑着当地的资源出货，短期 看，沥青价格支撑较强，市场对未来沥青价格下跌的预 期有所减弱 。 ( 刘敏娜供稿)