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钢混结合梁桥面环氧沥青混凝土施工技术

                                       钢混结合梁桥面环氧沥青混凝土施工技术
                                                            李亚东
               (中交第二航务工程局有限公司第五分公司,湖北武汉 430012)
    摘 要:针对环氧沥青混凝土铺装技术,结合长沙市福元路湘江大桥的实际案例,从施工工艺中的材料选择、混凝土配合比、原桥面处理、防水层处理,以及环氧沥青混凝土的生产、运输、摊铺、碾压和接缝处理等方面进行了阐述。文章提出的国产环氧沥青混凝土施工的技术要点可为同类施工提供参考。
    关键词:环氧沥青混凝土;钢混结合梁桥;施工工艺;控制要点
    中图分类号:U445.4   文献标志码:B
    文章编号:1000-033X(2015)01-0087-04
    0 引 言
    环氧沥青是一种将环氧树脂加入沥青,经过与固化剂发生固化反应,形成不可逆的固化物,从而使沥青性质从热塑形转化为热固性的一种路用材料[1]。因此,环氧沥青有着比普通沥青更加优异的物理、力学性能。通过将环氧沥青结合料与级配集料拌和而形成的强度高、刚性大的沥青混凝土,具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性、水稳定性和抗疲劳特性。由于具有良好的路用性能,使得环氧沥青混凝土从2000年开始被引入到国内大跨径钢桥面铺装工程中,并得到成功应用[2]。本文通过对长沙市福元路湘江大桥钢混结合梁桥面环氧沥青混凝土铺装施工技术的研究,提出国产环氧沥青混凝土相关施工技术要点,可为同类施工提供参考。
    1 工程概况
    长沙市福元路湘江大桥位于银盆岭大桥与三汊矶大桥中间偏北的位置,距上游银盆岭大桥约2.9km,距下游三汊矶大桥约2.7km。该桥主桥、水中引桥及东岸世纪城引桥上部结构均采用钢主梁、混凝土桥面板相结合形式,行车道铺装采用上面层为SMA改性沥青混凝土,下面层为环氧沥青混凝土的铺装结构:4.5cm SMA 改性沥青混凝土+乳化沥青粘层+3.5cm 环氧沥青混凝土+环氧沥青粘结防水层。
    2 环氧沥青混凝土施工工艺
    2.1 环氧沥青混凝土材料选择
    环氧沥青混凝土施工过程中的主要材料为矿料和环氧沥青。为满足桥面沥青混凝土铺装的性能要求,必须选好这两种材料[3]。
    环氧沥青混凝土对矿料的要求较高,矿料中的集料主要采用清洁、干燥、坚硬、耐磨的非酸性矿料。本工程选用表面100%为破碎面的玄武岩,形状以近似立方体为主,其技术要求见表1。填料采用的矿粉为石灰石粉,其技术要求见表2。
 
    环氧沥青采用国产环氧沥青结合料,由2种组分组成:组分A(环氧树脂)和组分B(石油沥青和固化剂组成的均质合成物)。两种组分混合后,环氧沥青的技术指标如表3所示。
 
    2.2 环氧沥青混凝土配合比的确定
    在施工前,需要进行环氧沥青混合料的配合比设计,包括目标配合比、生产配合比和生产配合比验证三个阶段。
    矿料级配确定后,采用马歇尔试验方法进行沥青混合料最佳沥青用量的确定。将使用同一油石比制成的试件分为两组,一组为固化试件,另一组为未固化试件。对于要求固化的试件,成型后即放入120℃的恒温箱中养护固化4h,完成后取出冷却,进行试验;对于未固化的试件,成型冷却后即进行试验。
    通过马歇尔试验,同时考虑到在实际铺装过程中环氧沥青混合料的固化过程不同于实验室,综合考查固化及未固化试件的性能后,确定最佳油石比。从而确定目标配合比,并进行生产配合比的调整。
    2.3 原桥面处理
    2.3.1 喷砂前准备
    (1)水泥混凝土桥面钢筋露出长度要求不大于3mm,不满足要求时需进行处理。
    虽然吊耳在桥面板安装后被割除,但通常会留有1~2cm的短茬,此时须将其切割至与桥面板齐平,并将端部打磨平滑。
    (2)混凝土桥面平整度(尤其是湿接缝处)、高程等应满足规范要求。
    通过测量全桥每10m 横断面特征点的标高,再根据监控单位提供的理论成桥线型高程,计算出各特征点与理论值的高差。对于大面积偏高的部位,必须进行桥面板铣刨处理。
    (3)桥面垃圾应清理干净,无明显的凸起物。对湿接缝及护栏基座处的混凝土残留块及浮浆需进行凿除。
    2.3.2 喷砂 
    抛丸机沿桥长方向行走,从排水的上游方向开始施工,工作面搭接宽度为5~10cm,如图1所示。
    
    在不适宜抛丸的少数部位可使用角磨机或手持式抛丸机打磨处理。喷砂打毛处理产生的灰尘应装袋处理,集中运送到指定场所。
    2.4 防水层洒布 
    钢混结合梁区段桥面铺装采用的环氧沥青粘结防水层需使用专用洒布机喷洒。
    2.4.1 喷洒环氧沥青粘结料
    根据施工要求和现场条件确定洒布量为0.9±0.2kg·m-2,洒布宽度为3.0~3.7m。在沥青洒布机喷洒不到的地方采用手工涂刷。
    凡与铺装层接触的部位都属于喷洒区。当天的喷洒区要与计划铺装层的施工区相对应,且喷洒区边缘要比铺装区边缘多出2~3cm。对喷洒区边缘不与铺装层接触的结构物表面加以保护(用移动遮板加以遮挡),避免溅上沥青受到污染。
    粘结层应均匀、连续施工(图2),喷洒区边缘保持横平竖直,且严格控制洒布量。纵缝搭接宽度宜为10~20cm,安排专人做好横缝处理。
        
    2.4.2 碎石撒布
    环氧沥青防水层施工完成后,为防止后续施工粘轮,宜均匀撒布粒径为5~10mm的碎石(图3),覆盖率为40%~60%,要求碎石洁净干燥,撒布均匀,不得有漏撒和堆积现象。
            
    2.5 环氧沥青混凝土生产
    生产环氧沥青混凝土主要有以下几个过程。
    2.5.1 试拌
    正式拌和前先进行试拌,取样进行马歇尔稳定试验,检验温度、矿料级配及沥青含量的合格性,如不符合要求需进行调整。
    2.5.2 贮油罐内材料的预热
    在拌制环氧沥青混合料之前,要预先将环氧沥青A 、B组分加热脱筒,分别泵入贮罐中。A 组分加热至87℃±5℃,B组分加热至130℃±5℃,并保持温度稳定于上述范围。环氧沥青A 组分与B组分的质量比为1∶5.2,误差在±10%以内。A、B组分分别通过两个管道注入,调整相应泵速,用流量计控制比例。
    2.5.3 控制矿料加热温度
    冷料经加热后进入热料仓,按生产配合比设计确定的各热料仓集料质量及石粉、矿粉的质量投入拌缸,然后出料测温。这一工序一般需重复3~5遍,直至出来的矿料温度稳定在125 ℃~135 ℃的范围内。
    2.5.4 控制混合料出料温度
    当矿料温度稳定后,即可加入结合料进行混合料的拌和。混合料在拌缸内的拌和时间为干拌3s,湿拌不少于38s。将热混合料卸入临时热料斗(接料滑车)中,立即测温,温度应控制在110 ℃ ~130℃(具体根据试验确定)范围内。
    2.6 环氧沥青混凝土混合料的运输
    运料车辆应配有安装金属底板的自卸槽斗,车箱内不得沾有杂物。为防止混合料与运料车车厢粘着,车厢内可涂抹植物油做隔离剂。
    车厢顶部用帆布覆盖。凡是产生离析、结成团块、在运料车卸料后滞留于车上的混合料,以及低于规定铺筑温度或被雨水淋湿的混合料都应废弃。环氧沥青混凝土从出厂到摊铺的时间不应超过50min,到摊铺完毕不超过90min。
    2.7 环氧沥青混凝土混合料的摊铺
    环氧沥青混凝土混合料的摊铺与碾压,主要有以下几个过程。
    2.7.1 准备工作
    所有的机械设备在正式施工之前都要认真检查,保证其处于良好的状态。
    2.7.2 幅宽及纵缝
    根据桥面宽度设定摊铺宽度,2台摊铺机同时施工时,纵向热接缝处重叠0.2m左右。
    2.7.3 摊铺
    本工程采用ABG8820摊铺机双机联铺(图4),采用非接触式声纳找平仪按厚度控制摊铺平整度,摊铺机每天摊铺工作前1h进行预热,预热温度为100℃。
            
    在摊铺过程中,需要对摊铺速度和摊铺方向及顺序进行严格的控制,以满足施工质量的要求。设专人计算并控制摊铺速度,根据供料能力及各料车送料单的容许卸料时间范围进行调整,应以不停机、不超时、力求匀速摊铺为原则。摊铺方向及顺序的设置应能保证摊铺的顺利进行,并尽可能的减少料车及机械在已铺环氧沥青面层上行驶。原则上摊铺方向与道路前进方向一致。
    在摊铺过程中,如出现断面不符合要求、局部缺料、局部混合料明显离析、表面明显不平整、死料等问题,应在施工技术人员专门指导下进行局部换料,仔细修补,同已铺混合料接顺,不留明显印迹和差异。摊铺过程中设专人清理螺旋布料器及料斗中的“死料”。
    2.8 环氧沥青混合料的碾压
    环氧沥青混合料的碾压流程分为初压、复压和终压三道工序。
    2.8.1 碾压机具
    采用3台双钢双振压路机和2台胶轮压路机配套施工。
    2.8.2 碾压温度和遍数
    摊铺机布料后立刻进行初压是保证压实度的重要步骤。初压终了时的温度不应低于82℃,初压应使用双钢轮压路机完成,复压应立刻用胶轮压路机压实4~6遍,终压用双钢轮压路机压实,但应在混合料温度下降至65℃之前完成。
    碾压作业(图5)应以缩短碾压段长度、不产生横向裂纹和推移为原则。初压时的碾压速度不应超过2.5km·h-1,并且应紧跟摊铺机按阶梯状的推进方式行进,复压的碾压速度也不宜快,不得超过5km·h-1。
             
    可用农用喷雾器喷涂少量植物油到压路机钢轮表面以防止压路机粘起混合料。相邻碾压带重叠1/3轮宽,不允许压路机在沥青混合料上转向、调头,压路机启动、停止必须减速缓行,杜绝紧急刹车、制动。
    2.8.3 局部处理
    对于压路机压实不到的地方,如落水口周围及其与路缘石之间等部位,采用手持式振动夯紧随摊铺机进行压实,待压路机复压完毕后,再采用小型机具消除压路机留下的轮迹,如图6所示。
            
    2.9 接缝处理
    环氧沥青混凝土桥面铺装尽量避免横向施工缝的设置。当无法避免时,相邻两幅及上、下层的横缝应错开1m左右。
    切割时间应通过试切确定,即当铺装碾压完2~3h后,可用切缝机在画线外侧拟被切除的铺装层上试切。若切缝平顺,不拉料,切割面光洁平整时,即可开始正式切割,切割角度以45°为宜。
    切缝作业完成后,用木铲将铺装层上多余的混合料撬走,并用细铜丝刷除去不稳定的颗粒,用较宽的鬃毛刷扫清灰尘,必要时用湿拖把擦拭,最后将所有颗粒及灰尘集中在一起,统一运至废料场。
    3 结 语
    环氧沥青混凝土施工工艺及设备与普通沥青混凝土施工类似,但对施工温度和时间要求较高。长沙市福元路湘江大桥钢混结合梁下面层铺装通过加强施工组织管理,精心施工,严格控制环氧沥青混凝土施工中的各项技术要点和施工细节,从而保证了铺装质量。
参考文献:
[1]重庆交通科研设计院.公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]王建伟,沈家林,钱振东.国产环氧沥青混合料施工控制[J].东南大学学报:自然科学版,2009,39(6):1226-1230.
[3]朱义铭.国产环氧沥青混合料性能研究[D].南京:东南大学,2006.[责任编辑:杜卫华]


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