闵浦大桥环氧沥青混凝土铺装施工时温节点研究.pdf

桥 隧机械 施工 技术 Bri d g e a n d T u n n e l Ma c h i n e r y& C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y 闵浦大桥环氧沥青混凝土铺装施工时温节点研究 Re s e a r c h on Ke y Ti m e a nd Te m pe r a t ur e N o de s o f Epo x y As pha l t Co nc r e t e Pa ve m e nt on M i npu Br i d ge 罗 桑 ， 苏 凯 ， 钱振 东 ， 王 亚奇 LUo Sang ，SU Kai ，QI AN Zhen dong ， W ANG Ya qi 1 东 南 大 学 智 能 运 输 系统 研 究 中心 ， 江 苏 南 京 21 0 0 9 6 2 上 海 公 路 投 资 建 设 发 展 有 限 公 司 ， 上 海 2 0 1 1 0 8 1 I nt el l i gent Tr ans p0r t at j on Sy st em Resear ch Cent er ，Sout heast Univer si t y ，Na n j i n g 21 0 0 9 6 ， J i a n g s u ， Chi n a 2 Sh an ghai Hi ghw ay I nves t m ent Cons t r uct i on Developm ent CoLt d ，Shanghai 201 1 08 ，Chi na 【 摘要 】 针对 闵浦 大桥 环氧 沥青 混凝 土钢桥 面 铺装 工程 ， 根据 环氧 沥青 的性能 特点 ， 通 过 室 内试验 对环 氧 沥青 混凝 土 的 时温 节点 进行 研 究 ， 确 定 了环 氧 沥青 的粘度 发 展规 律 、 容 留时 间范 围 、 强 度增 长 规律 研 究结 果表 明环氧 沥 青满 足 闵 浦 大 桥 钢 桥 面 铺 装 的 施 工 技 术 要 求 。 研 究 成 果 可 为 即 将 进 行 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 的 大 跨 径 钢 桥 面 施 工 提 供 技 术 指 导 。 【 A b s t r a c t】 B a s e d o n t h e Mi n p u B r id g e s t e e l d e c k p a v e me n t e n g i n e e r i n g a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f e p o x y a s p h a lt ， k ey t i m e and t em per at ur e nodes ar e st udi ed by l abor at or y t est s；t he vi s cosit y devel opi ng l a w ，r ange of r eser ved t i m e，and st r en gt h i ncr easi ng l a w of epox y asphalt a r e obt ai nedResult s show t hat epoxy asphal t m ee t t he t ech- ni cal r equi r em ent o f M i npu Br i dge The r esea r ch f i ndi ngs can pr ovi de t echnical i ns t r uc t i on f or t h e cons t r uc t i on of epoxy asphaI t c oncr et e 【 关 键词 】 环氧 沥 青 ； 节 点 ； 钢桥 面 ； 铺 装 【 K e y wo r d s】e p o x y a s p h a l t ； n o d e ； s t e e l d e c k ； p a v e me n t 中 图 分 类 号 ： U4 4 3 3 3 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 0 3 3 X( 2 0 1 0 ) 0 8 - 0 0 6 6 -0 3 0 引 言 阂 浦 大 桥 是 在 建 的 Al 5 公 路 ( 浦 东 国 际 机 场 至 金 山 区 塔 汇 镇 ) 的 跨 越 黄 浦 江 部 分 ， 是 世 界 上 跨 径 最 大 的 双 塔 双 索面钢 桁 梁双 层 公 路斜 拉 大 桥 ， 大桥 全 长3 6 l 0 I l l ， 主桥 长 1 2 1 2 m 其 主孔跨 径7 0 8 m。大桥 上层按 照高速 公路标 准 设 计 ， 双 向 八 车 道 ， 桥 面 宽 4 3 6 m， 设 计 车 速 1 2 0 k m h ； 下层按 二 级公 路标 准 设计 ， 双 向 六车 道 ， 桥 面 宽 1 8 I l l， 设 计 车 速 为 6 0 k m h 。闵 浦 大 桥 上 、 下层 桥 面 系均 为 正 交 异 性 板桁 结合 钢桁 梁 ，其 纵 向采 用u 形 闭 口肋与T 型纵 梁 加 劲 横 向 采用 箱形 截面 的 主横 隔梁 与较 矮 的T 型副横 隔梁 加 劲 大桥正 交 异性上 下层 钢桥 面 系构造 复杂 ， 受 力与 变 形 特 性 对 钢 桥 面 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 是 个 极 大 的挑 战 。 环 氧 沥青 由环 氧 树脂( 组 分A ) 、 固化 剂 与基 质 沥青 ( 组 分B ) 组 成 。其 固化 反应 使 沥青 性质 从 热 塑性 转 变 为热 固 性 因此环 氧沥 青具 有 比普 通沥 青优 异得 多 的物理 、 力学 性 能 ， 如 高 强度 、 优 良的抗 疲 劳 性能 、 良好 的耐 久 性 及抗 老 化 性 能 L 1 - 2 。 从 南 京 长 江 二 桥 开 始 ， 环 氧 沥 青 混 凝 土 被 引 入 到 国 内 的 大 跨 径 钢 桥 面 铺 装 工 程 中 ，并 相 继 在 多 座 大 跨 径 钢 桥 铺 面 工 程 中 得 到 成 功 应 用 ，环 氧 沥 青 混 凝 土 的 施 工 工 艺 也 随 之 愈 加 成 熟 “ 。 本 文 针 对 阂 浦 大 桥 环 氧 沥 青 混 凝 土 钢 桥 面 铺 装 工 程 ， 根 据 环 氧 沥 青 的 性 能 特 点 ， 通 过 室 内试 验 对 环 氧 沥 青 混 凝 土 的 时 温 节 点 进 行 研 究 ， 以确 定 环 氧 沥 青 的 粘 度 发 展 规 律 、 容 留 时 间范 围 、 强度 增 长 规律 ， 为 闵浦 大桥 钢 桥 面环 氧 沥青 混凝 土铺 装 施工 提供 技 术支 持 。 1 浦 大 桥 环 氧 沥 青 的 时 温 节 点 研 究 环 氧 沥青 混合 料 的性 能 受成 型 时 的温度 、 时 间 、 湿度 等 因素 影 响 很 大 ， 对 施 工 处 质 量 控 制 体 系 的 要 求 相 当 高 ， 该 工 序 实 施 的 成 功 与 否 将 影 响 铺 装 层 的 使 用 性 能 。同 时 环 氧沥 青 混凝土 的施工 工 艺 不同 于普 通热 拌 沥 青 混 凝 土 ， 在 施 工 过 程 中 要 对 环 氧 沥 青 混 合 料 温 度 和 容 留 时 间等关 键节 点严 格 控制 ，并 在铺 装 完成 后 对铺 装层 进 行 初 期 养 护 以 保 证 国 产 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 层 强 度 的 形 成 保 证 铺 装 层 的 质 量 。 闵浦 大桥桥址 处于 北亚 热带 季风气 候地 区 ， 夏秋 季 多 雨 ， 天 气 变 化 大 ， 大 风 、 台 风 及 其 引 发 的 暴 雨 频 繁 发 生 ， 同 时 阂 浦 大 桥 铺 装 工 程 工 期 紧 ， 通 车 要 求 迫 切 ， 给 环 氧 沥 青 混凝 土的铺 装施工 与质量控 制带来 极大 的挑战 。 东南 大学 桥 面 铺 装 课 题 组 深 入 研 究 了 环 氧 沥 青 混 凝 土 的 时 温 节 点 控 制 为 阂 浦 大 桥 钢 桥 面 铺 装 工 程 提 供 了 充 分 的 理 论 支 持 ； 同 时 ， 课 题 组 与 大 桥 建 设 指 挥 部 联 合 攻 关 。 确 保 了 闵 浦 大桥双 层桥面环 氧沥 青混凝 土的铺装 J i fJ 、 高效 、 高质 量。 1 1 闵浦 大 桥 铺 装 环 氧 沥 青 粘度 研 究 环氧沥 青混凝 土是 一种 热固性 材料 与普 通 热塑性 沥 青 混 凝 土 不 同 ，其 强 度 形 成 过 程 不 仅 与 温 度 密 切 相 关 还 受 到 反 应 时 间 的 影 响 。过 高 的 温 度 会 导 致 混 合 料 在 没 有 到 达 施 工 场 地 时 就 已经 部 分 固 化 导 致 无 法 摊 铺 或 摊 铺 后 无 法达 到 最 佳 压 实 状 态 。过 低 的 混 合 料 温 度 虽 然 能 够 获 得 较 长 的施工 操作 时间 但 是不 利于 混合料 初期 强度 的形成 容 易 产 生 铺 装 层 早 期 破 坏 。 因 此 ， 需 对 阂浦 大 桥 环 氧 沥 青 的施 工 温 度 进 行 严 格 控 制 。研 究 结 果 表 明 ， 国 产 环 氧 沥 青 材 料 的 最 佳 施 工 温 度 范 围 为 1 1 01 3 0 环氧 沥 青材 料 的粘度 是 反 映其 施工 和 易性 的一 个重 要指标 ， 为此分 别测定 了闵浦大桥 环氧 沥青 结合 料在 施工 温 度 范 围 内若 干 温 度 下粘 度 随 时 问 变 化 曲线 如 图 1 所 示 羔 、 0 反 应 时 IB J r n in 图 1 闵浦 大 桥 环 氧 沥 青 结 合 料 粘 度 在 各 温 度 下随 时 间变 化 曲线 由 图 1 可 以 看 出 ， 环 氧 沥 青 的 粘 度 随 时 间 大 致 呈 抛 物 线 变 化 ， 从 试 验 开 始 到 沥 青 粘 度 达 到 约 1 0 0 0 MP a s 时 沥 青 粘 度 随 时 间 的 增 加 比 较 缓 慢 ， 但 从 沥 青 粘 度 达 到 3 0 0 0 MP a s 左 右 时 开 始 ， 沥 青 粘 度 随 时 间 的 增 加 速 度 变 快 ， 沥青 的性 能在 超 过这 一 日 寸 间 后 变化较 快 。此 外 ， 在 不 同 的 温 度 条 件 下 ，环 氧 沥 青 结 合 料 的 粘 度 发 展 规 律 也 不 同 ， 温度 越 高 ， 结合 料 的 粘度 增 长 越 快 易 于施 工 的时 间 段 也越短 。 因此 ， 必须 对 闵浦 大桥 环 氧 沥青 混合 料 的施 工 桥 隧机械 施 工技术 B r i d g e a n d T u n n e l Ma c h i n e r y& Co n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y RM CM 温 度 进 行 严 格 控 制 。 为 确 保 国 产 环 氧 沥 青 混 凝 土 在 闵 浦 大 桥 施 工 环 节 内 的温 度 稳 定 性 ， 在 闵 浦 大 桥 桥 面 铺 装 施 工 过 程 中 ， 防 止 混 合 料热 量 的散 失成 为保 温 工 作 的关键 点 首 先确 保 拌和 楼 中所 生产 的热料 温度 稳 定 。在拌 和 楼 生产 的矿 料 温度 达 到 l 3 0 o c左右 时 ， 将 预 热 至( 8 7 5 )的环 氧 沥青 A组 分 与 预 热 至 ( 1 5 0 5 1 的 环 氧 沥 青 B组 分 按 设 计 用 量 喷 入 拌 缸 ， 经 3 s 干拌 、 3 8 s 湿拌 后 。 将 热 混 合 料 卸 入 热 料 斗进 行 测温 ， 确保 环 氧沥 青 混合 料 的 温度 为 I 1 0 1 3 0 ， 这是 保证 温度 不 突 变 的基 础 ： 其 次 ， 在 运输 过 程 中 ， 为 了 防止 热 量 散 失 ， 采 用 专 门定 制 的 防 风 料 斗 运 送 热 料 ， 并 采 用 棉 被 覆 盖 ， 减 少 热 量 散 失 。 闵 浦 大 桥 实 际 施 工 结 果 表 明 ， 环 氧 沥 青 混 合 料 的 到 场 温 度 基 本 与 出 场 温 度 保 持 一 致 ； 在 随后 的摊 铺 和碾 压 过程 中 ，保 证环 氧 沥青 混合 料碾 压 的 初 压 温 度 大 于 8 2 c c 终 压 温 度 大 于 6 5 1 2 闵 浦 大 桥 环 氧 沥 青 的 容 留 时 间 研 究 如上 所 述 ， 从 环氧 沥 青混 凝 土拌 和到 摊铺 ， 环氧 沥 青 的 粘 度 随 时 间 是 不 断 变 化 的 。 在 该 变 化 过 程 中 ， 如 果 过 早 地 进 行 卸 料 、 摊 铺 和 碾 压 ， 结 合 料 粘 度 较 低 ， 容 易 导 致 混 合 料 出现离 析 等 现 象 ： 反 之 ， 如 较 晚进 行 施 工 ， 结 合 料 的 粘 度 过 大 ， 又 会 导 致 摊 铺 困 难 和 碾 压 不 密 实 。 因 此 ， 通 过 室 内试 验研 究 闵浦 大桥 国产环 氧 沥青 混 合料 的容 留时 间 ( 即 可 施 工 时 间 ) 显 得 尤 为 重 要 闵 浦 大 桥 环 氧 沥 青 混 凝 土 的 施 工 温 度 为 1 2 0 左 右 ，本 文通 过 马歇 尔试 验 来研 究 1 2 0 容 留温 度 下环 氧 沥 青 混 合 料 的 容 留 时 间 并 将 空 隙 率 不 大 于 3 、 稳 定 度 不 J 、 于4 0 k N 作 为 混合 料 的控 制指 标 。 将拌 好 的沥 青 混合 料 放 入 1 2 0 o C的烘 箱 中 ， 容 留不 同 时 间后 进 行 击 实成 型 成 型 后 的 试 件 放 入 1 2 0 的烘 箱 中 固 化 5 h， 马 歇 尔 试 验 结 果 如 图 2 所 示 。 6 6 。 5 3 3 。 5 番留时间m i n 容留时 司 min ( a )容留时间与空隙率的关系 ( b)容 留时间与稳定度的关系 图 2闵 浦 大桥 国产 环 氧 沥 青 混合 料 容 留 时 间的 控 制 由 图 2可 知 ， 在 1 2 O 容 留 温 度 下 ， 对 应 于 试 件 空 隙 率 不 大 干 3 fi 最 长 容 留 时 间 为 7 0 mi n，对 应 于 稳 定 度 不 小 于 4 0 k N的 最 长 容 留 时 间 为 9 0 rai n。 故 当 容 留 时 间 不 超 过7 0 mi n B - 闵浦 大桥 国产环 氧 沥 青 混合 料 同 时满 足 空隙 率 及 稳 定度 的 要求 ，由此 可知环 氧 沥 青 混合料 的 容 留时 间 最 长 可 达 7 0 rai n 。因 此 ， 在 闵 浦 大 桥 铺 装 施 工 过 程 中 需 6 7 0 8 6 4 2 O 8 6 4 2 0 一 ： 黜 莹 蓥 。 ， O98 76 5432 桥隧 机械 & 施 工技术 B r id g e a n d T u n n e l Ma c h i n e r y& C o n s t r u c ti o n T e c h n o l o g y 严 格 控制 环氧 沥 青混 合料 的容 留 时 间，确保 环氧 沥青 混 合料 在容 留时间 内完 成摊 铺 、 碾 压 为保 证 混合 料从 拌和 楼 运输 到摊 铺地 点 的时 间控 制 在3 0 rai n 内 ，阂浦 大桥 指挥 部 为环 氧 沥 青混 合料 的运输 开 辟 了一 条 专 用 道 路 ，保 证 环 氧 沥 青 混 合 料 在 拌 和 后 沿 指 定 路线 运输 到摊 铺 地 点。 在环 氧沥 青 混合 料到 场 以后 根据 料车 中环 氧 沥青 混合 料 的温度 确 定 混合料 所对 应 的 容 留时 间范 围 ， 进而 通过 微调 摊 铺机 的速 度 ， 确保 环 氧沥 青 混合 料 的顺 利摊 铺 、 碾压 。 1 3 闵浦 大 桥 国产 环 氧沥 青 混 凝 土 强 度增 长 通 过 对 放 置 不 同 时 间 后 的 未 固 化 国 产 环 氧 沥 青 混 合 料试件( 室温约 为2 0 与 固化试件 的试验结 果进行 对 比发 现 ， 未固化试 件 的稳定度 随时 间 的增 加而 增长 ， 如 图3 f a 1 所 示。 温度 条件 对试 件 强度 增 长 的影 响很 大 ， 若 采 用烘 箱进 行高 温养 生 环氧 沥青 混合 料在 几 个 J B ,- j - 内就 能达 到最 终 强 度 ， 且 温 度 越 高 ， 达 到 最 终 强 度 所 需 的 时 间 越 短 ， 如 图3 ( b ) 所示 ， 1 2 0 o C 条件下养 生试件 达 到最 终 强度 的时间为 养生时问 ( a )自 然条件养生 7 8 0 5 翼 4 5 0 5 4 0 养 生时 问 ( b )不同温度烘箱养生 图 3国 严 环 氧 沥 青 混 台 料 强 度 发 展 规 律 在 室 内 约2 0温 度 下 养 生 的 国产 环 氧 沥 青 混合 料 试 件 达 到 通 车 要 求 的 强 度 ( 4 0 k N1 ， 需 要 4 0 d 左 右 。由 于 施 工期 间 的温度 条件 与 室 内试验 期 间并 非一 致 ，故在 国产 环氧 沥 青混 凝土 铺 装 的施工 期 间需每 天取 样成 型 试件 并 进行 自然 条件 下 的养 生 ，以模 拟 实桥 铺装 混凝 土 的强度 增 长 过 程 。 养 护 期 间 需 封 闭 交 通 ， 以避 免 对 铺 装 造 成 早 期 损 害 使 其 强 度 达 到 要 求 的 范 围 后 方 可 开 放 交 通 。 闵浦 大桥 环 氧沥 青 混凝 土铺 装结 束后 ，指 挥部 封 闭 了闵浦 大桥 主桥 钢桥 面 的交 通 ，为环 氧 沥青 混凝 土铺 装 层 的养 生提供 了很好 的条件 ，同时避 免对 铺 装层 造成 早 期破 坏 。施 工结 束后 铺装 层 强度 增长 规律 如 图4 所示 。由 图4 可 见 在 铺装 层施 工 结束 后 ， 前 期气 温较 高 ， 铺 装 层强 度增 长 较 快 ： 随着 气温 降低 ， 强度 增 速放 缓 。 2 结 语 ( 1 )国产环 氧 沥青 是 一种 时 温依 赖 性材 料 ， 其 粘度 发 嚣 图4铺 装 层 强度 增 长 规 律 展规 律 受时 间和 温度 条件 的影 响很 大 。需 要对环 氧 沥 青 混 凝 土 施 工 时 的 时 温 节 点 进 行 严 格 的 控 制 保 证 环 氧 沥 青混 凝 土铺 装 的质量 ( 2 )通 过 室 内 试 验 研 究 ， 得 出 了 阂 浦 大 桥 钢 桥 面 铺 装 用 国 产环 氧 沥 青 混 凝 土 在 1 2 0 o C 条 件 下 的容 留时 间 在 桥 面 铺 装 施 工 过 程 中 需 保 证 环 氧 沥 青 混 合 料 在 规 定 容 留 时 间范 围 内摊铺 、 碾 压 完毕 。 ( 3 )通 过 对 不 同 温 度 的 烘 箱 养 生 试 件 及 自然 养 生 试 件 强 度 增 长 规 律 研 究 表 明 ，温 度 条 件 是 环 氧 沥 青 强 度 增 长 的 主 要 影 响 因 素 且 未 固化 试 件 的 稳 定 度 随 时 间 的增 加 而 增 长 。 因 此在 闵 浦 大 桥 国 产 环 氧 沥 青 混 凝 土 铺 装 铺 设完 毕 后 必须 对施 工期 间成 型 的试 件进 行 实桥环 境 条 件 下 的养 护 ， 养护 期 间需封 闭交通 ， 待 其 强度达 到 通车 要 求 后 开 放 交 通 参 考 文 献 ： 1 黄 卫 大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法 M 北京： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 6 2 黄 卫 ， 钱振 东， 程 刚， 等 大跨径钢桥 面环氧 沥青混凝土铺 装 研究 J 科学通报 ， 2 0 0 2， 4 7 ( 2 4 ) ： 1 8 9 4 1 8 9 7 3 罗 桑 武汉阳逻大桥 环氧 沥青混凝 土铺装施 工工艺 J 施 工技 术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 1 ) ： 2 4 2 6 4 朱义铭 国产环 氧 沥青混合 料性 能研 究 D 南 京： 东南大 学 ， 2 0 0 6 5 黄 卫 南京长江第二 大桥 钢桥 面铺装材料 试验研 究报 告 R 南京 ： 东南大学桥 面铺装课题组， 2 0 0 0 6 王亚玲， 王俏梅 沥青混凝土桥面铺装组合结构抗渗性能试验U 长安 大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 3 ) ： 6 4 6 7 7 杨育生， 李振 霞， 王选仓 ， 等 桥 面铺 装同步碎石 防水粘结层 的路 用性能 J 长安 大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 9 2 3 8 钱振 东 ， 李智 ， 陈春 红 钢桥面环氧沥青 混凝 土铺装层I 型 裂缝 的断裂判据 U 中国公路 学报 。 2 0 0 8 ， 2 1 ( 5 ) ： 3 3 3 8 收 稿 日期 ： 2 01 0 -01 -0 7 责 任 编 辑 ： 王 玉 玲