橋面環(huán)氧瀝青材料鋪裝施工工藝分析
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摘要:環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝被廣泛應(yīng)用在鋼箱梁橋面系中，其力學(xué)特性、耐久性及工程經(jīng)濟(jì)性均處于各類(lèi)鋪裝層前列。本文先分析了常見(jiàn)鋼箱梁橋面鋪裝系的工程特性及分層結(jié)構(gòu)，以環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝為主要研究對(duì)象，就環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系施工工藝進(jìn)行深入分析，加深了對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞:環(huán)氧瀝青混合料;鋪裝系特性;分層結(jié)構(gòu);施工工藝
前言
在大跨徑斜拉、懸索等復(fù)雜橋型結(jié)構(gòu)中，為了降低全橋主梁自重，并保證較高的承載性能和抗彎、扭變形剛度，鋼箱梁節(jié)段被廣泛應(yīng)用。但在全橋合龍后和正式通車(chē)前，必須在鋼箱梁橋面鋪設(shè)橋面鋪裝系，一方面能更好地實(shí)現(xiàn)上部車(chē)輛荷載的傳遞和擴(kuò)散，另一方面能夠提高鋼箱梁表面的密封性和耐久性，最大程度保護(hù)鋼箱梁節(jié)段，延長(zhǎng)鋼箱梁結(jié)構(gòu)的服役壽命。在橋面鋪裝工程中，技術(shù)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，開(kāi)發(fā)了諸如澆筑式瀝青混凝土鋪裝系、SMA瀝青混凝土鋪裝系、改性瀝青混凝土鋪裝系及環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系等眾多成熟、可靠的鋼箱梁橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)及配套施工技術(shù)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，不同鋪裝系的性能各具優(yōu)勢(shì)且也存在不同的缺陷;相較于其他鋪裝層結(jié)構(gòu)，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度剛度、耐久性、溫穩(wěn)性及抗疲勞性等方面顯示出較高的綜合優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在不良環(huán)境條件下的大跨徑鋼箱梁結(jié)構(gòu)中，并取得較好的工程應(yīng)用反饋。由于環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層在施工過(guò)程中對(duì)外界環(huán)境變化要求較為苛刻，且現(xiàn)場(chǎng)施工難度較高，為了保證環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層的施工質(zhì)量，確保環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層能夠充分發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)，必須制定一套行之有效的施工方案，并應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)控工作。
1鋪裝系特性及分層結(jié)構(gòu)形式
1．1鋼箱梁橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系特性
由于鋼箱梁橋面的設(shè)計(jì)高程一般較高，加之鋼材的導(dǎo)熱性明顯高于混凝土材料，在極端天氣條件下，鋼箱梁局部溫度可達(dá)80℃，環(huán)氧瀝青混凝土在高溫環(huán)境下仍然可以保持較高的穩(wěn)定性，且穩(wěn)定性與時(shí)間之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，因此，非常適用于鋼箱梁橋面。同樣，在極端低溫條件下，鋼箱梁連同橋面鋪裝系將出現(xiàn)不同程度的收縮變形，由于材料模量差異較大，協(xié)調(diào)變形程度較低，層間出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝在低溫條件下的內(nèi)應(yīng)力值總體較低，低溫性良好。分析疲勞試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧瀝青混凝土的疲勞壽命反映良好，除了能夠更好地實(shí)現(xiàn)荷載傳遞和擴(kuò)散外，還能補(bǔ)強(qiáng)正交異型鋼板。但與傳統(tǒng)瀝青混凝土鋪裝材料相比，環(huán)氧瀝青混凝土在拌和、運(yùn)輸及攤鋪壓實(shí)過(guò)程中對(duì)溫度和時(shí)間要求苛刻，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，均會(huì)影響瀝青混合料質(zhì)量。此外，為了提高瀝青混凝土的各項(xiàng)性能，環(huán)氧瀝青混凝土中需要添加大量的改性劑，改性劑價(jià)格高于瀝青混合料本身，導(dǎo)致環(huán)氧瀝青混合料的綜合成本明顯高于一般瀝青混合料，雖然首次投資較大，但環(huán)氧瀝青混凝土路面的耐久性和抗疲勞特性較好，后續(xù)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低，因此，環(huán)氧瀝青混凝土路面的長(zhǎng)期成本較低。
1．2鋼箱梁橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系分層結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)鋼箱梁橋面鋪裝系的設(shè)計(jì)要求差異，結(jié)合橋面車(chē)輛荷載特點(diǎn)及設(shè)計(jì)等級(jí)，綜合考慮交通量及工程成本等因素，橋面鋪裝系可分為單層鋪裝和雙層鋪裝兩種，極個(gè)別特殊橋梁會(huì)出現(xiàn)多層鋪裝結(jié)構(gòu)，但較為少見(jiàn)，本文不做探討。根據(jù)層間材料差異性，可細(xì)分為同質(zhì)雙層和異質(zhì)雙層兩種。常見(jiàn)的單層鋪裝、同質(zhì)雙層鋪裝及異質(zhì)雙層鋪裝結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。分析圖1可知，同質(zhì)單層橋面鋪裝系最為常見(jiàn)，也是應(yīng)用范圍最廣的鋪裝形式之一，同質(zhì)單層鋪裝結(jié)構(gòu)和同質(zhì)雙層鋪裝結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用在跨徑小于1km的橋梁結(jié)構(gòu)中;異質(zhì)雙層鋪裝結(jié)構(gòu)一般多見(jiàn)于瀝青瑪蹄脂混凝土層和澆筑式瀝青混凝土層組合結(jié)構(gòu)中，由于環(huán)氧瀝青混凝土材料的特性與一般瀝青混凝土材料的特性差異較大，因此，環(huán)氧瀝青混凝土組合結(jié)構(gòu)層基本應(yīng)用在同質(zhì)雙層鋪裝結(jié)構(gòu)形式中。目前，國(guó)內(nèi)大跨徑橋梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中，同質(zhì)雙層環(huán)氧瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層最為常見(jiàn)，且層間粘結(jié)材料也使用環(huán)氧瀝青材料。從使用功能和后續(xù)養(yǎng)護(hù)角度分析，雙層橋面鋪裝結(jié)構(gòu)在后續(xù)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，一般僅限于養(yǎng)護(hù)上面層，面層養(yǎng)護(hù)施工不會(huì)傷及防滲粘結(jié)層和防銹層，因此，長(zhǎng)期服役狀態(tài)下的性?xún)r(jià)比較高;相反，單層鋪裝結(jié)構(gòu)在后續(xù)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，均會(huì)傷及防銹及抗?jié)B粘結(jié)層，工程經(jīng)濟(jì)性較差。
2鋼箱梁橋面環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝施工工藝
2．1施工前期關(guān)鍵施工工藝分析
由于環(huán)氧瀝青混合料屬于溫度敏感型材料，在拌和及運(yùn)輸過(guò)程中必須嚴(yán)格控制溫度，在拌和前應(yīng)將不同組分分別提前泵送至儲(chǔ)油罐內(nèi)，儲(chǔ)油罐必須具備恒溫控制功能，不同組分材料分別加熱并恒溫控制在85℃～90℃和125℃～130℃，拌和礦粉材料應(yīng)恒溫控制在110℃～125℃的熱料倉(cāng)內(nèi)，保證組分拌和前的質(zhì)量可靠性;拌和過(guò)程中，單盤(pán)拌和時(shí)間應(yīng)控制在1min左右，且拌和前應(yīng)先充分干拌，干拌時(shí)間不能少于5s，礦粉應(yīng)均勻地裹覆在成型的環(huán)氧瀝青混合料上，不能出現(xiàn)“花料”和“死料”。運(yùn)輸過(guò)程應(yīng)保證通暢性和連續(xù)性，拌和完成的環(huán)氧瀝青混合料運(yùn)輸時(shí)間不能超過(guò)0.5h，為了防止環(huán)氧瀝青混合料集料離析，裝載后的環(huán)氧瀝青混合料不能中途換車(chē)，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)氧瀝青混合料應(yīng)及時(shí)與攤鋪機(jī)械對(duì)接，保證運(yùn)輸和攤鋪施工的無(wú)縫銜接。由于環(huán)氧瀝青混合料攤鋪需要運(yùn)輸車(chē)輛和攤鋪機(jī)械聯(lián)合作業(yè)，運(yùn)輸車(chē)輛在經(jīng)過(guò)尚未凝固的抗?jié)B粘結(jié)層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生車(chē)轍，為了保護(hù)抗?jié)B粘結(jié)層，應(yīng)提前在車(chē)輪行進(jìn)面上鋪設(shè)板材。
2．2施工階段關(guān)鍵施工工藝分析
環(huán)氧瀝青混合料攤鋪應(yīng)在其尚未凝固之前完成，以保證攤鋪施工的和易性，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)全程應(yīng)做好施工溫度監(jiān)控，保證施工全程溫度不低于160℃，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)面應(yīng)根據(jù)車(chē)道數(shù)量和攤鋪機(jī)械攤鋪寬度綜合確定，攤鋪過(guò)程應(yīng)伴隨松鋪厚度校核，校核基準(zhǔn)為10m，保證攤鋪面的平整性，攤鋪機(jī)械的螺旋灑料器應(yīng)與攤鋪面保持較小的間距，盡量防止“死料”。尤其應(yīng)控制好初壓實(shí)時(shí)機(jī)，保證初壓實(shí)環(huán)節(jié)能夠在最合理的時(shí)間間隔內(nèi)完成，以正常施工作業(yè)條件和攤鋪標(biāo)準(zhǔn)為例，圖2為外界溫度與初壓實(shí)施工時(shí)間相關(guān)關(guān)系。從圖2可知，外界環(huán)境溫度與初壓實(shí)施工時(shí)間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，因此，在外界環(huán)境溫度較高的情況下，對(duì)初壓實(shí)施工作業(yè)的時(shí)間要求較為寬泛。相反，如果外界環(huán)境溫度較低，必須強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工組織能力，提高施工作業(yè)效率，保證在容許時(shí)間限值內(nèi)完成初壓實(shí)作業(yè)。此外，復(fù)壓實(shí)和終壓實(shí)環(huán)節(jié)與普通瀝青混凝土路面壓實(shí)施工基本一致，本文不再贅述;對(duì)于壓實(shí)過(guò)程中大型機(jī)械無(wú)法有效覆蓋的區(qū)域，應(yīng)配合人工手持小型振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械完成壓實(shí)施工，保證全橋鋪裝結(jié)構(gòu)的壓實(shí)質(zhì)量。
2．3施工后期關(guān)鍵施工工藝分析
主體施工作業(yè)完工后，應(yīng)做好后續(xù)的消泡和養(yǎng)護(hù)工作，環(huán)氧瀝青混凝土路面壓實(shí)完工后，應(yīng)在3天內(nèi)連續(xù)定期檢查路面是否有鼓包病害，一旦出現(xiàn)路面鼓包，應(yīng)及時(shí)刺穿泄氣，泄氣后使用夯錘擊實(shí)，并使用環(huán)氧粘膠填充;如果鼓包出現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將相同組分的環(huán)氧瀝青混合料注入包內(nèi)，并及時(shí)擊實(shí)整平。環(huán)氧瀝青混凝土路面強(qiáng)度與樹(shù)脂固化反應(yīng)進(jìn)程呈正比，在固化反應(yīng)初期，為了防止路面承受過(guò)大荷載，應(yīng)徹底封閉交通，在施工溫度處于15℃～25℃時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間應(yīng)控制為5～6天。
3總結(jié)
環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系的綜合優(yōu)勢(shì)顯著，為了保證環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系在鋼箱梁橋面上的應(yīng)用成效，必須加強(qiáng)對(duì)環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系工程特性的認(rèn)識(shí)深度，掌握關(guān)鍵施工工藝，制定針對(duì)性的施工方案，以確保環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝系的施工質(zhì)量。
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作者：高琦 單位：山西省公路局大同分局