港珠澳大橋環氧樹脂下封層施工工藝研究

呂堯堯，習磊

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 510620；2.重慶交通大學，重慶 400074）

港珠澳大橋環氧樹脂下封層施工工藝研究

呂堯堯1，習磊2

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 510620；2.重慶交通大學，重慶 400074）

針對港珠澳大橋組合梁橋面鋪裝澆注式瀝青砼下層時增設環氧樹脂下封層的情況，為防止環氧樹脂施工對后期鋪裝層性能產生影響，從環氧樹脂攪拌方式、涂布方式、撒布碎石時間、固化情況判斷等方面對其施工工藝進行對比分析，提出了最優環氧樹脂下封層施工工藝。

橋梁；環氧樹脂下封層；攪拌；涂布；粘結強度

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，東接香港特別行政區，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區，是具有國家戰略意義的世界級跨海通道。在試驗段開展期間，在組合梁橋面鋪筑澆注式瀝青砼時出現大量橋面板水汽蒸發破壞澆注式砼的情況，為此提出增設環氧樹脂下封層作為防水層的方案。但在實際施工過程中，環氧樹脂施工質量對后期鋪裝層性能會產生重要影響。該文從攪拌方式、涂布方式、撒布碎石時間及固化情況等方面對環氧樹脂施工工藝進行研究，優化環氧樹脂施工工藝，為類似工程施工提供參考。

1 環氧樹脂混合后攪拌方式與時間

環氧樹脂攪拌均勻后方可施工。采用電動雙螺旋攪拌器，以直徑為60 cm不銹鋼圓桶作為攪拌容器。攪拌方法分2種：1）攪拌器沿不銹鋼桶由中心向外進行單一的圓周攪拌（見圖1）；2）攪拌器沿不銹鋼桶由中心向外進行圓周攪拌的同時上下運動（見圖2）。

圖1　攪拌方法一

圖2　攪拌方法二

由于溫度對環氧樹脂有較大影響，設置15、25、35℃3種溫度進行攪拌試驗。在3種溫度下采用攪拌方法一和攪拌方法二在不同攪拌時間下進行6組環氧樹脂混合情況比較，每組試驗包含6次平行試驗，結果見表1。其中混合不均勻是指固化劑與主劑未混合均勻（見圖3）。

表1　不同攪拌方法與時間情況下環氧樹脂的混合情況

圖3　攪拌不均勻情況

從表1可以看出：在同等時間條件下，采用攪拌方法二時環氧樹脂的混合情況優于方法一。3min時，在3種溫度下采用方法二的試驗組全部混合均勻。該工程采用低粘度環氧樹脂，試驗中溫度變化對環氧樹脂粘度沒有太大影響。但由于環氧樹脂固化對溫度較為敏感，不建議在高溫下攪拌，應控制在35℃以下，且拌和量與施工速度相匹配，以避免環氧樹脂在拌和或施工過程中發生固化反應。

2 環氧樹脂涂布方式

采用人工滾筒涂布和人工膠耙刮涂涂布兩種方式進行比較研究。選取兩塊面積為3 m×10 m的試驗塊，均由同一組工人在同等條件下用同一產品涂布，待環氧樹脂完全固化后進行粘結強度試驗和封閉層自身界面微型氣孔情況比較，結果見表2。然后進行澆注式瀝青砼攤鋪，攤鋪后對澆注式瀝青砼進行開挖，觀察反面氣泡情況，結果見圖4、圖5。

表2　不同涂布方式粘結強度與氣泡數量對比

圖4　滾筒涂布后氣泡情況

圖5　膠耙涂布后氣泡情況

試驗結果表明：不同環氧樹脂涂布方式對環氧樹脂與水泥面板粘結強度的影響較小，但對氣孔的封閉情況影響較大，膠耙刮涂施工后澆注式瀝青砼下部產生的氣泡明顯多于滾筒滾涂后的氣泡。究其原因，攪拌中環氧樹脂中會混入少量空氣而產生部分氣泡，采用橡膠耙刮涂可將環氧樹脂均勻覆蓋在水泥砼板面，但無法擠出環氧樹脂內部的氣泡，在固化過程中氣泡破裂，環氧樹脂涂布層出現貫穿環氧樹脂下封層的氣孔等缺陷，也無法使環氧樹脂充分滲入砼板的孔洞中，導致環氧樹脂下封層質量缺陷；而使用滾涂施工時，滾筒的滾動可將環氧樹脂內部的氣泡擠壓排除，并將砼面板中的孔洞充分填充。因此，建議采取滾筒施工。

3 環氧樹脂下封層漏涂處理

在實際施工中，由于環氧樹脂本身的材料特性，加上外界環境因素影響及施工原因，環氧樹脂涂抹會出現一定的不均勻性，導致環氧樹脂并未充分涂抹在砼板上而造成施工缺陷，影響橋面防水粘結層的性能。因此，補漏處理也是環氧樹脂施工中的重要一環。

為研究施工中環氧樹脂本身材料因素及外界環境光線對環氧樹脂下封層漏涂的影響，采用兩種環氧樹脂，在4塊等面積砼試驗區人工涂布環氧樹脂（見圖6）。其中一號和二號區域使用甲型環氧樹脂（其顏色較深，能較好地與水泥砼板區分），三號和四號區域使用乙型環氧樹脂（其顏色較淺，與水泥砼板顏色相近）；一號和三號區域在中午視線良好時施工，二號和四號區域在傍晚視線下降時施工。施工效果見表3。

圖6　人工涂布分布（單位：m）

表3　環氧樹脂涂布漏涂數量

從表3來看，由于視線條件的影響，四號區域漏涂現象明顯高于其他區域。選用顏色較深的環氧樹脂和視線良好的施工條件可明顯改善施工質量。

4環氧樹脂固化狀態分析

使環氧樹脂達到固化狀態的途徑有延長固化時間和提高反應溫度兩種。為探索后續撒布碎石的最佳時間及進行下一步施工的時間點（達到多少強度值方可進行下一步施工），選取甲型環氧樹脂進行試驗，分析其固化時間與溫度的關系，結果見表4。

表4　環氧樹脂固化時間與溫度的關系

4.1碎石撒布最好狀態

為了增加環氧樹脂下封層與粘結層之間的粘結強度、剪切強度，在環氧樹脂上撒布粒徑為0.6～2.36mm、用量500 g/m2的碎石增加層與層之間的接觸面積，進而增強各項強度。

通過室內試驗對不同碎石鑲嵌狀態時環氧樹脂與溶劑型粘結劑的粘結強度、與澆注式瀝青砼的剪切強度進行分析比較。成型4組試件，采用10 cm ×10 cm小塊鋼板進行打砂拋丸，然后涂布環氧樹脂700 g/m2，在環氧樹脂不同固化狀態時撒布碎石形成3種不同鑲嵌狀態（分別為碎石完全沉入、1/3鑲嵌、1/2鑲嵌），完全固化后涂布雙層溶劑型粘結劑（200+200）g/m2。取1組進行粘結強度試驗，剩余3組上層套入內徑為10 cm×10 cm方形試模，進行澆注式瀝青砼（鋪裝厚度為3 cm）剪切試驗，結果見表5。

表5　碎石不同鑲嵌狀態下粘結強度與剪切強度值

從表5可看出：當環氧樹脂表面碎石層碎石嵌入環氧樹脂下封層達到整個碎石體積的1/2時，防水層和粘結層層間結構能形成良好的剪切和粘結強度，能保證橋面鋪裝層的整體性和質量的穩定性。

4.2碎石撒布時間

在15、25、45℃溫度條件下，室外涂布甲型環氧樹脂，分別在30、60、90、110min時撒布碎石，對碎石鑲嵌狀態進行對比，確定碎石撒布時間。25℃下的撒布情況見圖7。

圖7　25℃不同時間碎石撒布情況

根據試驗結果，15℃下環氧樹脂指干時間為160min，130min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態；25℃下環氧樹脂指干時間為130min，110min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態；45℃下環氧樹脂指干時間為45min，25min時撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態。不同溫度條件下環氧樹脂固化速度不同，在環氧樹脂指干時間前20～30min撒布碎石可達到最佳鑲嵌狀態（半鑲嵌）。

4.3粘結強度測試

室溫下測試，甲型環氧樹脂完全固化時間為12 h。由于施工環境惡劣，室外溫度很難達到恒定狀態，在不同溫度情況下環氧樹脂的固化情況又有所不同，而海洋上環境溫度在不斷變化，環氧樹脂固化時間有很大差異。因此，不同施工時間下涂布的環氧樹脂其固化時間不能一概而論。

以粘結強度來反映環氧樹脂的固化狀態是否達到理想狀態。進行兩組環氧樹脂涂布，一組在白天氣溫高時涂布，另一組在晚上溫度下降后涂布，均在

涂布12 h后進行粘結強度測試，結果見表6。白天、晚上兩種固化狀態下的拉拔斷裂面情況分別見圖8和圖9。

表6　不同溫度固化后粘結強度

圖8　白天涂布拉拔斷面

圖9　晚上涂布拉拔斷面

從圖8、圖9可看出：白天涂布時，環氧樹脂完全固化，形成良好的粘結結構層，斷裂后可形成理想的斷裂面；晚上涂布，由于時間與溫度原因導致環氧樹脂未完全固化，拉頭無法與環氧樹脂形成良好的粘結力，從而無法將環氧樹脂與水泥面板拉開。

由表6可知：環氧樹脂完全固化時平均強度為7.3 MPa，未完全固化時平均強度為3.7 MPa，下降約49%。現場測得最佳粘結強度為7.88 MPa。如圖10所示，粘結強度達到最佳粘結強度的75%時斷裂面已形成良好的粘結。根據表6，斷裂面破壞情況有20%的面積出現在環氧樹脂與水泥砼面板時已經有相當穩定的粘結強度。因此，建議當斷裂測得粘結強度達到最佳粘結強度的75%或斷裂面破壞情況有20%的面積出現在環氧樹脂與水泥砼面板時進行下一步施工。

圖10　最佳強度值的75%斷裂面

5 環氧樹脂施工工藝流程

環氧樹脂下封層施工工藝流程見圖11。

圖11　環氧樹脂施工工藝流程

6 結語

該文針對港珠澳大橋橋面鋪裝結構增設環氧樹脂下封層，施工過程中出現環氧樹脂施工導致鋪裝結構后期性能不佳的問題，提出改進環氧樹脂施工方式和工藝，從攪拌方式和涂布方式選擇、不同固化狀態所能進行的下一步工序等方面進行分析，提出了施工控制措施與施工工藝，對控制環氧樹脂施工質量起到了重要作用。

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