钢桥面环氧沥青粘结层性能分析

钢桥面环氧沥青粘结层性能分析

张嘉林，马琳（河北张家口市交通局河北张家口075000）

【关键词】钢桥面；桥面铺装；环氧沥青；剪应力；粘结强度

ResearchonPerformanceofEpoxyAsphaltAdhesiveLayerforSteelBridgePavement

ZhangJia-lin，ManLin

(ZhangjiakoucitytransportationbureauZhangjiakouHebei075000)【Abstract】Theadhesivelayermaterialisoneofthekeypointsforthesteelbridgepavement.TheperformanceofepoxyasphaltadhesivelayerismadeoutinparticularonthebasisofthedesigncourseanddesignpropertiesoftheLunYanglargebridgeovertheYangtseRiver.Theremaybethesignificancetoguidetheadhesivelayerdesignforlong-spansteelbridge.【KeyWords】Steeldeck;Bridgedeckpavement;Epoxyasphalt;Shearstress;Bindingstrength

1.引言柔性桥梁钢桥面沥青铺装的设计与施工是一项难度较大的技术,属于国际桥梁界的技术难题。其中保证铺装与钢板之间良好的结合是桥面铺装与钢桥面板协同作用的关键,它直接影响到铺装的使用耐久性。因此，铺装与钢桥面板间的粘接是钢桥面铺装技术中需要研究解决的关键技术之一。目前随着我国经济建设的快速发展,跨越大江和海湾的大跨径悬索钢桥和斜拉桥大量修建,解决好这一关键技术难题，对于我国桥梁技术的发展具有重要意义。

2.常用粘结层材料的比选目前，应用于正交异性钢桥面铺装的粘结层材料按施工方法与材料特性的不同可分为热固性粘结材料、热熔性粘结材料、溶剂型粘结材料三种［1］。热熔型粘结材料由沥青掺加树脂（如松香）和各种聚合物（如EVA、PE、SBR）等组成。这种材料具有一定的变形能力，能够适应在交通荷载下由于局部变形而引起的拉应力的反复作用，也具有良好的防水封闭作用。其最大的缺点是在高温下容易变软，粘结力下降。溶剂型粘结材料一般多指乳化沥青和可溶性的橡胶沥青。乳化沥青粘结层在国内使用较多，如西陵长江大桥。可溶性沥青橡胶在日本使用较多，明石海峡大桥即采用这种材料。这种材料在高温时容易软化，并且材料内部含有热敏性物质，遇摊铺高温时会释放出气体，从而使铺装层产生气泡。热固性粘结材料指环氧沥青，它通过往沥青中掺入一定比例的环氧树脂及固化剂与催化剂后在加热条件下发生复杂物理化学反应而得到。同前两类材料相比，这种材料无论在粘结能力、变形能力，还是在热稳定性方面，都具有明显优势。在调查现有粘结层材料及其工程实践的基础上，对环氧沥青粘结剂、SBR改性橡胶沥青粘结剂两种材料进行重点研究比选［2］。

环氧沥青粘结料的性能研究桥面沥青铺装层在使用期限内提供良好服务的关键之一是确保沥青铺装层与钢桥面板的粘结和共同承受车辆荷载的垂直力和水平力的综合作用。对选定的环氧沥青粘结料必须进行性能研究。检验粘结层性能最常用的试验方法是剪切试验和拉拔试验。粘结层材料受剪性能的加载剪切试验装置如图1所示。当对试件施加荷载P时，试件受剪切面上的剪切强度τ=P/S，其中S为试件受剪切截面积。将试件切割成一定尺寸，测试所能施加的最大破坏荷载P。试验加载速度为50mm/min。车辆在桥面行驶时对粘结层所施加的水平剪切力，最不利的情况是在高温环境条件下。因此，本研究进行了常温和60℃的粘结层剪切强度试验。试验结果如表2所示。由有限元软件计算所得的大桥铺装层和钢桥表面层间最大剪应力在常温下大约为0.443MPa［3］。3.2抗拉拔性能。选择实际桥面钢板(16Mnq)，经喷砂除锈、防锈涂装处理后，在其上铺装沥青混合料，空隙率控制在3%以内。待试件完全固化后，用钻芯机在试件上钻取直径为50mm的芯样，用快凝环氧树脂将一个带有拉杆、直径为50mm的圆形钢板粘贴在芯样表面。待环氧树脂完全固化后，将芯样放于拉力试验仪中，以100~200N/s的速度对拉杆加力，直至芯样破坏。除了能检验钢板和粘结层间的粘结强度外，同时也能反映两层沥青混合料铺装间的粘结能力以及防锈涂装层和钢板之间的粘结能力。针对润扬大桥可能采用的三种铺装材料，在常温（23℃）时环氧沥青粘结剂与三种混合料的进行了拉拔试验。环氧沥青具有较强的粘结力，而三种混合料中，环氧沥青混合料的抗拉能力最强，SMA最差，浇注式沥青混合料的抗拉能力比环氧沥青低，但仍满足技术要求。

铺装材料内部铺装材料内部钢板与粘结剂界面——铺装材料内部铺装材料内部拉头脱开——铺装材料内部钢板与粘结剂界面铺装材料内部——环氧沥青作为粘结剂，可以满足润扬大桥拟用环氧沥青混合料（上层）和浇注式沥青混合料（下层）这种铺装结构的要求。

5.环氧沥青粘结料用量和环境变化对粘结层的影响研究粘结料的用量和环境变化对粘结层会产生如何的影响是决定粘结层施工计划的关键问题。因此，针对以下几种情况，进行了复合梁拉拔试验，以得出两者对粘结层的影响关系。（1）以正常用量撒铺下层粘接料，自然养护两天铺混合料；（2）下层粘接料用量较少（只刷一薄层）,自然养护两天铺混合料；（3）以正常用量撒铺下层粘结料后，2小时后在粘结层表面洒水，自然养护两天，用电吹风吹干水分后（目测）铺混合料；（4）以正常用量撒铺下层粘结料，自然养护72小时后铺混合料；（5）以正常用量撒铺下层粘结料后，即在粘结层表面撒石屑，自然养护两天铺混合料；复合梁成型后，所有试件在相同的环境下，放置45天后进行了拉拔试验。

由试验结果可以看出，高温时，粘结料用量较少情况下的粘结强度比正常用量的要高；常温时，两者相当。是否可减少粘结层的用量，还应进行多方面试验与研究，要慎重对待［4］。粘结层施工后的较短时间内遇雨，雨停后，若能充分排干水分，不进行粘结料的补洒，在48小时内（以粘结层完工后计时）铺筑混合料，此时的粘结强度与正常情况下的强度，高温时两者相当，常温时有所降低。由室内试验结果表明，在粘结层不被冲刷的情况下，可不进行补洒；如钢板有裸露部分，则一定要进行补洒。因此，实际施工时，应根据具体情况确定是否要补洒和具体的补洒量。

下层粘结层与混合料间由试验结果可以看出，超过规定时间不进行补洒即铺筑混合料，混合料与钢板间的粘结强度，在常温时不能满足技术要求(≥2.75MPa)。为防止料车打滑，在环氧沥青粘结料表面撒布石屑时，混合料与钢板间的粘结强度，在高温时不能满足技术要求（≥1.75MPa）。因此，在沥青混合料桥面铺装的施工中，应尽量避免这两种情况的发生。

6.结论（1）环氧沥青作为粘结层材料完全符合各项指标，可以推荐作为大桥铺装粘结剂。（2）钢桥面铺装粘结层作为影响桥面铺装成败的关键技术，必须引起桥梁工作者的高度重视，对该技术的研究还需要不断深入和完善。

参考文献

［1］黄卫,等.钢桥面环氧混凝土铺装技术及应用［R］，2000

［2］黄卫,等.钢桥面铺装材料试验研究阶段报告［R］,2002

［3］胡光伟,黄卫,张晓春.钢桥面铺装层受力分析［J］.公路交通科技,2002(6)

［4］黄卫，李淞泉．钢桥面铺装技术研究［J］．公路，2001(1)

［文章编号］1006-7619（2009）07-06-530

［作者简介］张嘉林（1963.3-），男，工程师，从事公路桥梁施工及管理工作。