水泥混凝土橋梁環氧瀝青橋面鋪裝經濟效益分析

張衛華

(呂梁市交通運輸局，山西呂梁 033000)

1 概述

環氧瀝青是一種高性能復合材料，它從根本上改變了瀝青的熱塑性性質，使其成為熱固性材料。與傳統的改性瀝青相比，環氧瀝青具有較高的力學強度和優良的溫度穩定性，因而賦予了很高的耐久性。環氧瀝青還具有很好的防水性及追從性。當它用于橋面鋪裝時便大大延長了工程結構的使用壽命。

然而，由于它是高性能材料，也就具有相對較高的價格。必然使得環氧瀝青橋面鋪裝的初期建設費用有所提高。但是，環氧瀝青橋面鋪裝可大大延長橋面使用壽命，從全壽命期間對橋面鋪裝的經濟效益分析來看，環氧瀝青具有可觀的直接和間接效益。同時還具有很好的社會效益。本文結合重慶“涪陵—豐都—石柱高速公路大跨徑連續剛構橋(龍河大橋)”環氧瀝青橋面鋪裝實例，對環氧瀝青橋面鋪裝的經濟效益進行分析與評價。

2 環氧瀝青橋面鋪裝的直接經濟效益分析

2.1 建設階段的直接成本

2.1.1 環氧瀝青混凝土橋面鋪裝

在工程建設階段，橋面鋪裝的造價包括瀝青混合料的材料成本和橋面鋪裝施工費用。對于大跨徑連續剛構橋，橋面鋪裝層厚度采用3 cm環氧瀝青混凝土+4 cm改性瀝青混凝土結構。由室內試驗和試驗工程施工可知，環氧瀝青混合料的最佳油石比為6.1%，壓實密度為2.43 g/cm3，則環氧瀝青混合料鋪裝層材料費為3 300元/m3。

環氧瀝青混合料(HLH-13)橋面鋪裝的施工設備和施工工藝與通常的瀝青混凝土基本相同(溫拌型)。因此，環氧瀝青混合料橋面鋪裝的施工費可按常規瀝青混凝土路面的費用進行測算，包括:混合料拌和、運輸、攤鋪碾壓，直接工程費為 474元/m3(195元/t)。

環氧瀝青混合料鋪裝層直接工程費:3 774元/m3。單位費用為37.34元/(m2·cm)，3 cm 厚鋪裝層費用為 112.02 元/m2(如表1所示)。

表1 復合式環氧瀝青橋面鋪裝直接工程費(每平方米)

2.1.2 改性瀝青混合料橋面鋪裝

目前工程中常用的橋面鋪裝結構為4 cm SBS+6 cm瀝青混凝土，其中，4 cm SBS改性瀝青混凝土鋪裝層直接工程費59.28元/m2，6 cm中粒式瀝青混凝土工程費為76.03元/m2，橋面鋪裝的直接工程費用為154.91元/m2(見表2)。

表2 常用瀝青混合料橋面鋪裝直接工程費(每平方米)

通過兩種鋪裝結構的費用對比分析可以看出(見表3)，復合式環氧瀝青鋪裝層工程費是常用鋪裝結構的1.34倍，每平方米造價在207元左右，比常用結構(約155元)多50元左右。

表3 兩種組合的橋面鋪裝直接工程費對比表

2.2 使用維修階段的直接成本

在一個橋面鋪裝設計周期15年內，環氧瀝青橋面鋪裝不需要進行大修和罩面，而常用普通瀝青混凝土橋面鋪裝按8年～10年大修1次考慮。常用瀝青混凝土橋面鋪裝使用維修階段大中修工程費用見表4。

表4 橋面鋪裝大中修費用表(鋪裝厚度10 cm)

2.3 橋面鋪裝全壽命期直接成本分析

建設階段和運營維修階段合計直接成本見表5(不含日常養護費用)。

表5 兩種鋪裝結構全階段直接成本表

由表5可知，在整個建設和使用階段，復合式環氧瀝青橋面鋪裝結構的直接經濟成本是相對較低的;而常用的橋面鋪裝結構直接經濟成本是環氧瀝青橋面鋪裝結構的1.54倍。

3 環氧瀝青橋面鋪裝的突出優點

環氧瀝青的高效防水作用和較薄的鋪裝厚度，減少了水對橋梁結構的危害并減輕結構自重，從而對橋梁結構起了保護作用，使橋梁的整體使用壽命得到延長。

3.1 延長橋面鋪裝壽命

根據調查分析，我國高等級公路的橋面鋪裝結構大多在通車后3年～5年出現推移、開裂、坑槽、松散等損壞現象，主要原因是鋪裝材料自身存在的缺陷，這是一個長期以來未能解決的難題。

1)延緩高溫車轍和推移變形破壞。

根據試驗研究，環氧瀝青橋面鋪裝材料具有優良的高低溫穩定性和抗水損壞耐久性。環氧瀝青混合料60℃條件下動穩定度達到45 000次/mm以上(70℃條件下達到15 000次/mm以上)。而常用的SBS改性瀝青混合料動穩定度僅為3 000次/mm～5 000次/mm，環氧瀝青比改性瀝青高9倍～15倍。說明出現推移變形的時間至少可以延遲4倍～5倍，也就是說在設計使用年限內不會出現車轍或推移變形。

2)減少車輛反復作用下的疲勞破壞。

環氧瀝青混合料在15℃條件下，荷載為6 kN時，疲勞次數30 000次未出現任何裂縫，荷載為18 kN時，疲勞次數為18 000多次，而AC改性瀝青混合料在6 kN時，疲勞次數僅為7 000多次。環氧瀝青混合料的疲勞壽命至少是改性瀝青混合料的5倍以上。可見，如果改性瀝青橋面鋪裝4年～5年出現疲勞開裂，則環氧瀝青橋面鋪裝在20年后才會出現疲勞開裂。

3)減少低溫條件下溫度應力引起的裂縫。

－15℃時環氧瀝青混合料的彎曲應變大于2 000με，－10℃時大于3 400με，而常用改性瀝青混合料在－15℃時的彎曲應變只達到1 100με。環氧瀝青混合料的低溫收縮系數為1.74×10－5，改性瀝青混合料的收縮系數為3.36×10－5，環氧瀝青是改性瀝青的1/2左右。可見，環氧瀝青混合料低溫開裂的可能性比普通改性瀝青混合料小得多。環氧瀝青混合料在使用溫度范圍內，不會產生低溫裂縫。

4)抵抗水損壞的能力。

大量的試驗數據表明，環氧瀝青混合料的馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂殘留強度比均優于改性瀝青混合料。因此，環氧瀝青橋面鋪裝抗水損壞能力強于改性瀝青混合料。同時，采用高強的環氧瀝青粘結材料后，混合料與橋面板的粘結強度大于水泥混凝土的強度。環氧瀝青混合料空隙率小于3%，本身具有很好的防滲透性，再加上粘結層的抗滲性，決定了環氧瀝青橋面鋪裝具有超強的抗水損壞能力。

3.2 對延長橋梁結構壽命的貢獻

1)減輕恒載，延長結構壽命。

使用環氧瀝青橋面鋪裝結構，可以減薄鋪裝層厚度，從而減輕橋梁恒載。按照7 cm的鋪裝厚度計算，比傳統的10 cm厚鋪裝減少3 cm，約減輕恒載72 kg/m2，以試驗工程為例，按全橋總1 181 m橋面寬度21 m，全橋可減輕自重1 786 t。這樣一來，因恒載減小而提高了橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命，從而帶來顯著的經濟效益。

2)減少滲水，保護梁體結構。

對橋梁結構來說，水分的滲入，不僅破壞了鋪裝層的穩定性，同時還威脅到梁體結構的安全性。當降水由鋪裝層滲透到梁體結構時，就會引起鋼筋和預應力鋼索的銹蝕，隨著時間的延長，鋼筋銹蝕逐漸嚴重，大大地降低了橋梁結構的承載能力。

3)減小活載對橋梁的沖擊作用。

平整耐久的橋面鋪裝結構，病害少，無坑槽和修補面積，使得汽車行駛平穩，減小了汽車荷載對橋梁的振動和沖擊力，起到了間接保護橋梁結構的作用，提高了橋梁的使用安全性。

4 環氧瀝青橋面鋪裝的社會效益

優良的橋面鋪裝，為使用者提供了一個優良的服務水平。一方面提高汽車行駛速度，節約燃油，節省時間，另一方面，提高了駕乘者的乘坐舒適性。使得公路交通運輸形象得到提高，將會獲得社會與公眾更多的好評。

同時，由于減少了維修養護的次數，也減少了因歷年無休止的維修給使用者帶來的不便與煩惱。還減少了由于維修而帶來的交通事故(據統計由于道路維修引起的交通事故每天都有發生)，也減少了因維修施工帶來的環境污染，保持了良好的交通運輸秩序與和諧的社會環境。