ERG樹脂碎石薄層罩面的應用性能

章榮福

（鎮江市交通工程質量監督站，江蘇 鎮江 212002）

0 引言

預防性養護是指路面狀況良好的情況下，對現有道路系統采取的有計劃的、基于費用-效益的養護策略，能夠延長原路面的使用壽命，推遲昂貴的大修和重建活動，達到保證路面使用性能和降低路面全壽命周期成本的目的。目前國內大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝還缺乏比較有效的預防性養護技術，且在其使用過程中，早期大多采用日常灌縫的措施進行保養，當鋪裝破損比例較高時，則進行矯正性養護甚至直接銑刨重鋪。由于環氧瀝青混凝土屬于熱固性材料，其材料特性、病害類型與一般瀝青路面有本質區別。傳統的瀝青鋪面預防性養護技術措施不適用于大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝。

針對以上問題，本文采用室內試驗和對比分析方法，根據大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝對薄層罩面預防性養護的技術要求，探索研究ERG樹脂碎石薄層罩面在鋼橋面環氧瀝青鋪裝預防性養護中的應用，為鋼橋面環氧瀝青鋪裝預防性養護技術的研究與實踐提供參考依據。

1 ERG樹脂碎石薄層罩面結構

ERG樹脂碎石薄層罩面主要由高滲透性環氧樹脂碎石薄層罩面和高耐候性環氧樹脂碎石薄層罩面組成。ERG樹脂碎石薄層罩面的總厚度為4mm左右，不會大幅提高鋼橋結構的恒載；下層滲透性ERG可以對鋪裝的空隙、裂紋、裂縫進行封閉修復，恢復鋪裝強度，提高鋪裝使用性能并延長鋪裝的使用壽命；而上層耐候性ERG具有封層防水、抗老化作用，并可提高環氧瀝青鋪裝的抗滑性能，從而提高行車安全性和舒適性。ERG樹脂碎石薄層罩面結構如圖1所示。

圖1 ERG預防性養護結構示意圖

2 ERG樹脂碎石薄層罩面的性能

ERG樹脂碎石材料薄層罩面的關鍵材料分別是滲透性和耐候性的環氧樹脂膠結料。為了深入研究在大跨徑鋼橋環氧瀝青鋪面預防性養護中ERG樹脂碎石材料薄層罩面的材料性能，本文主要采用幾種常用材料進行了對比試驗，包括：E型環氧樹脂（E），J型聚氨酯（J）；R型樹脂瀝青（R）；Star Seal霧封層（SS）；G型溶劑型瀝青，S型溶劑型瀝青。

2.1 黏結性能

（1）薄層罩面與環氧瀝青鋪裝的常溫黏結性能

ERG樹脂碎石薄層罩面應與環氧瀝青鋪裝有較高的黏結強度，以保證運營使用過程中不易出現起皮、剝離等病害。為了評估ERG樹脂碎石薄層罩面與環氧瀝青鋪裝的黏結性能，分別選取滲透性環氧樹脂（D）、E型環氧樹脂、J型聚氨酯、R型樹脂瀝青、G型溶劑型瀝青、S型溶劑型瀝青、Star Seal霧封層與環氧瀝青混凝土進行平行常溫拉拔試驗，試驗結果見圖2。

圖2 不同品種預防性養護材料與環氧瀝青混凝土的常溫拉拔強度試驗結果

由圖2可以看出，滲透性環氧樹脂與環氧瀝青混凝土的拉拔強度最高，約為14MPa；E型環氧樹脂、J型聚氨酯和R型樹脂瀝青與環氧瀝青混凝土的拉拔強度分別約為8MPa、10MPa和5MPa；而G型溶劑瀝青和S型溶劑瀝青與環氧瀝青混凝土的拉拔強度約為1.5MPa，SS型霧封層與環氧瀝青混凝土的拉拔強度約為2.7MPa。

（2）薄層罩面與環氧瀝青鋪裝的高溫黏結性能

溫度對薄層罩面與鋪裝表面的黏結性能有很大的影響。考慮到鋼橋面鋪裝在夏季高溫狀態下，鋪裝表面的溫度可以達到約70℃，本文采用滲透性環氧樹脂、E型環氧樹脂、J型聚氨酯與環氧瀝青混凝土分別在常溫23℃和高溫70℃進行平行拉拔試驗，測量拉拔強度并觀察其斷裂面位置，試驗結果見表1。

表1 不同溫度下養護材料對環氧瀝青混凝土的拉拔強度

由表1可以看出，在常溫情況下，滲透性環氧樹脂的拉拔強度最高，J型聚氨酯次之，E型環氧樹脂最小；在70℃高溫情況下，E型環氧樹脂的拉拔強度最大，滲透性環氧樹脂次之，J型聚氨酯最小，但三者的差值很小。隨著溫度的升高，幾種材料與混凝土的拉拔強度迅速降低；在常溫試驗中，斷裂面出現在養護材料與環氧瀝青混凝土的界面，而在70℃高溫試驗中，環氧瀝青混合料自身的抗拉拔強度大大降低，導致斷裂面出現在混合料自身內部。

（3）薄層罩面與鋼板的黏結性能

由于環氧瀝青鋪裝局部位置的裂縫可能發展至鋼橋面板，故要求下層滲透性樹脂材料與鋼板黏結良好，起到封閉和愈合裂縫的作用。本文采用滲透型環氧樹脂和E型環氧樹脂、J型聚氨酯、R型樹脂瀝青、G型溶劑瀝青和S型溶劑瀝青分別與鋼板在23℃常溫下進行拉拔試驗，試驗結果見圖3。

圖3 不同品種預防性養護材料與鋼板的常溫拉拔強度

由圖3可以看出，滲透型環氧樹脂（D）、E型環氧樹脂與鋼板的拉拔強度均大于20MPa，J型聚氨酯與鋼板的拉拔強度為8MPa左右，R型樹脂瀝青僅為2.5MPa左右，滲透型環氧樹脂（D）、E型環氧樹脂與鋼板的拉拔強度遠遠高于其他幾種養護材料。

2.2 變形協調性

ERG樹脂碎石薄層罩面應具有較高的變形能力，以保證與鋼橋面鋪裝變形的一致性。參照規范《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》（GB/T 528—2009），對下層滲透性樹脂和上層耐候性樹脂進行了常溫23℃下的斷裂拉伸試驗，結果見表2。

表2 ERG用環氧樹脂的常溫斷裂拉伸試驗結果

由表2可以看出，滲透性樹脂和耐候性樹脂在常溫23℃下的拉伸強度分別達到42.20MPa和16.84MPa，斷裂延伸率分別達到15%和28%。都具有較高的抗裂強度和一定的變形能力。

在低溫狀態下，樹脂類材料模量增大，變形減小，會影響其與鋼橋面鋪裝的變形協調性。本文參照標準《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），采用彎曲試驗對ERG環氧樹脂材料在低溫狀態（-10℃）下的變形協調性進行了測試，試驗結果見表3。

表3 ERG用環氧樹脂的低溫彎曲試驗結果

由表3可知，耐候性樹脂與滲透性樹脂在低溫狀態下，隨同鋼片驟然彎曲180°后沒有出現開裂現象，顯示其具有較高的低溫抗裂能力。

2.3 施工和易性

由于大跨徑橋梁交通壓力較大，封閉交通的時間不宜過長，ERG薄層罩面的施工養生滿足養護時間短、快速開放交通的要求；且應有相對較長的施工可操作時間，避免膠料混合后過早反應；同時要求ERG用環氧樹脂應具有較低的初始黏度，以便于施工刮涂。鑒于以上要求，應對ERG薄層罩面的施工和易性進行試驗評估。本文依據《環氧樹脂凝膠時間測定方法》（GB/T 12007.7—1989）和《環氧樹脂粘度測定方法》（GB/T 12007.4—1989），檢測ERG薄層罩面耐候性樹脂和滲透性樹脂的固化時間、可操作時間及黏度指標，評估ERG薄層罩面的施工和易性，試驗結果見表4。

表4 ERG用環氧樹脂的工藝性能

耐候性樹脂和滲透性樹脂均具有較低的黏度，分別為1.5Pa·s和0.6Pa·s；且具有較長的可操作時間，分別為50min左右和150min左右；兩者固化時間較短，耐候性樹脂常溫4h就可以固化，滲透性樹脂常溫24h即可完成固化，總體上ERG薄層罩面的施工養生時間需2d左右，可以滿足大跨徑鋼橋快速開放交通的要求。

2.4 抗滑性能

環氧瀝青混凝土屬于懸浮密實型混合料，鋪裝表面的構造深度較低，抗滑性能較差。為了保證行車安全性，要求ERG薄層罩面具有較大的構造深度。本文依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的瀝青混合料表面構造深度試驗（T 0731—2000），分別測定環氧瀝青鋪裝與ERG薄層罩面的構造深度，試驗結果見表5。

表5 環氧瀝青鋪裝與ERG樹脂碎石罩面的構造深度

由表5可以看出，ERG樹脂碎石薄層罩面的構造深度達到1mm左右。除此以外，ERG薄層罩面表面裸露的、均勻排列的碎石，在荷載作用下形成了多個排列有致的應力集中點，在雨雪天氣情況下，鋪裝表面不易積雪積冰，有一定的破冰功能，對雨雪天氣下的行車安全具有一定程度的保障作用，可以大幅提高環氧瀝青鋪裝的抗滑性能，提高行車安全性和舒適性。

2.5 耐磨性能

大跨徑橋梁的交通組成復雜，重車比例較高，ERG薄層罩面應具有較高的耐磨性能。由于目前沒有關于樹脂碎石封層或者罩面的耐磨性試驗規范，本文參照規范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的稀漿混合料濕輪磨耗試驗（T 0752—2011），評定ERG薄層罩面的耐磨性能，試驗結果見圖4。

圖4 樹脂碎石罩面的耐磨性試驗

由圖4可以看出，ERG薄層罩面沒有發生磨損，而濕輪磨耗試驗機的膠輪在試驗中磨損較嚴重。可見，ERG所用環氧樹脂和玄武巖碎石的強度較高，其耐磨性遠遠高于一般的乳化瀝青稀漿封層，可以滿足大跨徑橋梁的特殊交通條件對橋面鋪裝耐磨性能的要求。

2.6 疲勞性能

鋼橋面鋪裝的最大拉應變出現在鋪裝表面，而ERG薄層罩面鋪筑于鋪裝表面，故應滿足在重復荷載作用下的耐疲勞性能要求。對此，本文對ERG薄層罩面的帶鋼板組合件進行了疲勞試驗研究，試驗荷載為9kN，試驗溫度控制在15～20℃，試驗結果見表6。

表6 ERG薄層罩面組合件的疲勞試驗結果

由表6可知，ERG樹脂碎石薄層罩面組合件在9kN荷載、16℃溫度條件下的疲勞次數能達到600萬次以上，可以滿足大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝的使用要求。

2.7 綜合性能

綜合以上試驗研究結果可得，ERG樹脂碎石薄層罩面的綜合性能如下：

（1）滲透性樹脂與耐候性樹脂均具有較短的固化時間，其中滲透性樹脂常溫24h便可以固化，耐候性樹脂常溫4h便可以固化，總體施工養生時間只需2d，交通封閉時間短，可以快速開放交通；

（2）耐候性樹脂與滲透性樹脂均具有一定的強度和變形性能，拉伸強度達到10MPa以上，斷裂延伸率達到10%以上，不但樹脂自身具有較高的抗裂性，還保證了其協同鋼橋面鋪裝的變形能力；

（3）滲透性樹脂與環氧瀝青鋪裝具有較高的黏結性能，在荷載作用下不易起皮、脫層；

（4）帶鋼板組合件試驗顯示，ERG樹脂碎石薄層罩面具有較高的疲勞耐久性。

綜上所述，ERG樹脂碎石薄層罩面能夠滿足大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝預防性養護的基本技術要求。

3 結論

通過室內試驗和對比分析方法，研究了ERG樹脂碎石薄層罩面的黏結性、變形協調性、施工和易性、抗滑性、耐磨耗性等方面的性能，研究結果表明其固化時間較短，具有較高的強度和變形能力，與環氧瀝青鋪裝間的黏結性能較好，且具有較高的疲勞耐久性等，能夠滿足大跨徑鋼橋面環氧瀝青鋪裝預防性養護的技術要求。

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