特种环氧防滑薄型磨耗层铺装结构在桥梁桥面上的应用

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【概要】：桥梁作为公路建设项目中的重要组成部分，其结构的耐久及桥面使用功能也越来越受到重视。合理、可靠的桥面铺装体系，不仅能提供行驶性能良好且耐久的桥面，而且能作为桥面的有效防护体系，防止水份、盐份的渗透，保证桥梁结构的耐久性。本文以吴江金莘公路金家坝段（宛坪—芦墟公路）以及松北公路同里段的一共9座桥梁（南庆港桥、西塘港、西庆港桥、三家村桥、金田桥和金牛大桥；海渔桥、中元港桥和大港桥）的桥梁黑色化改造工程（以下简称“吴江9桥黑色化改造工程”）为实例，对改进型特种环氧防滑薄型磨耗层铺装结构应用，通过阅读国外大量的文献、资料以及美国相关部门对现有桥面薄层铺装研究和应用成果，浅析特种环氧防滑薄型磨耗层铺装结构（以下简称“环氧薄层铺装”）在桥梁桥面上的应用。

【关键词】：环氧薄层铺装，特种环氧树脂、粘结剂，桥梁桥面，养护，缺陷修复、防滑、白改黑

中图分类号： K928.78 文献标识码：A

（一）环氧薄层铺装简介

环氧薄层铺装是采用高粘结、高抗拉强度、高耐候性改进性环氧树脂将具有高抛光值、高磨光值的骨料粘结在桥面（包括水泥混凝土桥梁桥面和钢结构桥梁桥面）或路面上的新工艺。一般其铺装厚度在4---20㎜之间，故称之为薄层铺装。其可以阻止水份、盐份（氯离子）透过混凝土后腐蚀钢结构部件，使桥梁和路面的使用寿命大为延长，而且能提高桥面和路面的防滑性能，提高道路行驶安全性。降低噪音、改善行车舒适性。目前应用的改进性环氧树脂粘结剂具有良好的流动性、渗透性、延展性和较强的粘结力、且固化时间较短。骨料粒径一般在1～5㎜之间，具体骨料种类和粒径级配根据交通流量而定，但骨料抛光值(PSV)一般不低于70，重载交通条件下骨料摩氏硬度不底于8.5。

（二）环氧薄层铺装施工工艺

封闭交通：即对施工区域进行划定，分流或对现有交通车辆进行疏导。

缺陷修补：用改进型特种环氧砂浆对缺陷部位进行修复。修补材料必须与上层环氧薄层铺装结构起化学联结。

表面处理：使用专用设备对工作面（水泥混凝土、钢板、沥青）进行表面处理，以满足铺装工艺对表面清洁度和粗糙度要求。

铺装：将双组分特种环氧树脂在特定的温度控制下按照技术要求严格配比，用专业搅拌器充分搅拌均匀后，人工摊铺到施工段面上，待树脂自流平后用机械或人工均匀撒布骨料。树脂固化后进行骨料回收。根据需要进行两层或多层铺装时，重复第4步操作。

开放交通。

（三）环氧薄层铺装的发展

环氧薄层铺装在上世纪70年代虽然始于英国，但随着特种改进性环氧树脂作为薄层铺装粘结剂的技术在美国发展，使其在美国得到广泛应用，尤其是2000年后。在美国，环氧薄层铺装主要用在各种气候条件下水泥混凝土桥梁桥面、钢结构桥梁桥面、水泥混凝土道路、沥青混凝土道路上；水泥混凝土桥面和路面的破损、坑洼、裂缝、起层、以及桥梁结构和非结构修补等等。在1993年美国的国家高速公路及交通管理者协会(AASHTO)，美国联邦高速公路协会(FHWA)就对薄层铺装提出了具体的技术指导参照。此外随着技术的不断发展，美国的混凝土学会(ACI)，国际混凝土修补学会(ICRI)，保护涂层学会(SSPC)，美国材料和测试学会(ASTM)等均对相关的工艺、材料、测试等制定了相应标准。部分州还专门制定了州内环氧薄层铺装工艺的技术标准。另外由于环氧薄层铺装结构无毒、环保、节能符合低碳经济的特点，美国部分州还规定在新建或改扩建的桥梁、道路上采用环氧薄层铺装结构，州政府相关部门（DOT）将给予补贴。在我国到目前为止尚没有任何权威部门或研究单位提出关于此类技术的指导文件或相关工艺、材料、测试等标准。为此参照众多国内外该工艺工程案例，结合美国相关标准和技术规范，可为今后推广环氧薄层铺装工艺在我国众多的桥梁和道路上的应用奠定基础【1】【2】【3】。

（四）环氧薄层铺装在吴江9桥黑色化改造工程中的应用

分别位于吴江松北公路以及苑坪-芦墟公路路段的海渔桥，中元港桥，大港桥，南庆港桥，西塘港桥，西庆港桥，三家村小桥，金田桥以及金牛大桥这九座桥，桥面为水泥混凝土路面，经多年使用逐渐暴露出如下主要缺陷，极大地影响着该段道路的服务质量。

（1）安全性低------水泥混凝土铺装防滑性能（尤其雨天）不足，原路面刻槽部分已磨损，不仅导致车辆内外噪声大，道路平整感差，行车舒适性不佳，而且也给给交通带来安全隐患。

（2）道路缺陷------经过长时间使用局部水泥混凝土路面已产生裂缝、坑洞、粗集料外露等病害，并且局部存在铺装高低位差，造成积水。极大的影响了道路服务水平。

（3）色差明显------水泥混凝土路面整体灰白色，桥两端铺设沥青路面，色差强烈，易造成驾驶人员产生眩目，影响行车安全的同时，也对道路景观造成不利影响。

（4）标线脱落------原桥面的道路标线经过长期使用，局部已经开始脱落破损，长此以往对道路行车安全存在极大安全隐患，同时，也对整体景观性造成不利影响。

为整治白色铺装上述缺陷，改善行车安全性、舒适性及道路景观功能。上海陆桥市政工程有限公司对该9桥进行实地考察后，提出桥梁黑色化改造方案。在进行了深入系统的分析与研究：各种防滑磨耗层技术比较；环氧薄层铺装性能实验研究；环氧薄层铺装与沥青加罩方案技术、经济分析比较，并结合国内外同种情况实际案例使用情况，确定选择环氧薄层铺装方案。（单层铺装及双层铺装均有）。其中吴江金莘公路金家坝段（宛坪—芦墟公路）南庆港桥、西塘港、西庆港桥、三家村桥、金田桥和金牛大桥这6座桥梁采用5mm左右的黑色环氧薄层铺装，为单层铺装。松北公路同里段海渔桥、中元港桥和大港桥这3座桥梁采用7mm左右的黑色环氧薄层铺装，为双层铺装。在半开放交通的情况下，实际施工周期为20天，单层施工量为1700平方米，双层施工量为1800平方米，工程质量达到优良。

（五）环氧薄层铺装技术优势【4】

1. 用途广泛。适用于各种气候条件下的多种桥面、道路铺装，可铺装在水泥混凝土桥梁桥面、钢结构桥梁桥面、水泥混凝土道路、沥青混凝土上下层、瓷砖面层、木结构桥面上等。

2. 重量轻。薄层铺装因其面薄，在水泥混凝土桥梁桥面和道路铺装厚度为≤0.9㎝（采用双层环氧薄层铺装）；在钢结构桥梁桥面铺装为≤2㎝（采用多层环氧薄层铺装）。相对于其它铺装结构重量要减轻很多，因此其结构层对桥梁整体结构的影响相对小得多，可有效提高桥梁的安全性，延长桥梁的使用寿命。

3. 安全、快速、灵活施工、降低社会运营成本。可以在半开放交通状况下进行施工。在2008～2009年上海沪宁高速上海连接线高架桥面白改黑改造中，采用了沥青混凝土桥面加铺办案进行改造，需对混凝土破损板块进行换板，对桥梁伸缩缝进行改造，高架道路封闭达6个月。如采用改良性环氧砂浆板块修复后进行薄层铺装，则施工周期在不影响交通情况下仅为40天。同样，美国在2008年对1-35号洲际公路一段十八万平方米高架桥面改造过程中采用环氧薄层铺装（双层）,所用时间仅为55天,并且是夜间半开放交通状况下施工。按照美国标准，如采用沥青加铺，则工期为2年；2010年3月上海江苏路环氧薄层铺装白改黑工程（一万六千平方米）（双层）施工工期为13天；上海衡山路下匝道白改黑工程（七千平方米双层）施工工期为5天。

4. 寿命长。环氧树脂具有良好的流动性、渗透性，对基体的破损处、裂纹具有很好的渗透修补作用，使水份和盐份（氯离子）进入基体的几率降低20～50倍以上，这样水份和盐份对桥梁腐蚀的机会大为降低 ，可长时间起到密封、防腐的作用，从而大大延长桥梁的使用寿命，根据美国AASHTO和FHWA研究表明，在新建的桥梁和道路上采用环氧薄层铺装结构可提高桥梁和道路使用寿命15年以上；在旧的桥梁和道路上结合改良性环氧砂浆修补工艺，环氧薄层铺装结构可提高桥梁和道路使用寿命10年以上。同时根据美国(AASHTO)和(FHWA)要求，在重载交通和各种气候条件下环氧薄层铺装（双层）路面使用寿命为10～15年。

5. 防滑性能优。由于环氧树脂良好的粘结性，结合高硬度和高磨光值的骨料，使面层防滑性能远大于水泥表面或沥青表面，极大的提高了道路安全性。本系统在目前国内外所有交付使用的路段及桥梁工程中，经过平均2年的运行使用，经现场检测，机动车道路面摆值（BPN）均为65～70之间。且在此期间的薄层路面使用过程中未发生一起由于路面湿滑而引起的交通事故。

6. 可快速、便捷修补。环氧薄层铺装结构一般在固化3～4小时后即可开放交通，在铺装结构发生部分破碎的情况下，可快速、便捷修补，一般修补后无需养护，并且与原路面没有色差，提高了道路使用效率和养护后道路美观度。

7. 符合低碳经济特点。环氧薄层铺装结构是100%固化，不含有任何有毒溶剂，骨料为天然矿石，彩色骨料为废旧玻璃回收染色而成，符合无毒、节能、环保的低碳经济要求。

（六）质量跟踪

1. 美国桥面薄层铺装质量跟踪报告【5】

美国的弗吉尼亚道路交通研究协会在2001年对加利福尼亚州、密歇根州、俄亥俄州、弗吉尼亚州、华盛顿州等五个州现有应用过各类环氧薄层铺装的桥梁桥面进行了25年使用情况调查。调查针对粘结剂材料的抗拉、抗压强度的变化，抗氯离子的渗透力，路面防滑性能等。在抗拉、抗压强度变化方面，环氧树脂粘结剂优于其它几种材料，具备良好的抗变化性能；在防氯离子渗透方面，聚脂类表现欠佳，其他粘结剂结果令人满意；在防滑方面，丙烯酸类薄层铺装是逐年下降的，聚脂类在几年后也会下降，而环氧树脂类的则表现优良。综合比较看，在所有的薄层铺装的使用中，改良型环氧树脂类粘结剂为最佳。全美在1990年以前一共有各种薄层铺装的桥面数量为139座，截止2000年底为555座。其中60%以上为环氧树脂薄层铺装。可见其用量已广为各州接受。通过该文的分析和使用调查，学者们建议各州交通部在桥面防滑处理和防氯离子渗透方面首选环氧树脂类粘结剂薄层铺装。

吴江9桥黑色化改造工程质量跟踪报告

完工后及后期跟踪对吴江9桥黑色化改造工程环氧薄层铺装路面性能进行现场检测，主要数据9桥平均摆值（BPN）列表如下：

金家坝段6桥

（宛坪—芦墟公路） 松北公路同里段3桥 备注

2012年5月 76.5 76.8 本表以路面摆值（BPN）为参照进行对比

2012年9月 68.0 67.0

2013年1月 68.0 67.0

以上检测结果表明：经过近一年的运行使用，这9桥环氧薄层铺装路面摆值有小幅降低，但已趋于平稳状态，但仍远高于其他路面（普通沥青混凝土路面、水泥混凝土路面等），路面整体防滑性能、安全性能良好。

环氧薄层铺装运用延伸--（效果跟踪）

以上数据表明，经铺设环氧薄层防滑路面的区域，道路行车安全性得到大幅提高。安全性高。

（八）环氧薄层铺装的应用前景

这是2000---2009年环氧薄层铺装在美国的应用情况【6】，从2008年全年的用量上看，我国的水平相当于美国2000年铺装量的25%，只是同期美国的4%左右。仅今年美国I15号国家公路犹它州段就计划对66座桥梁桥面进行环氧薄层铺装改造。虽然环氧薄层铺装技术在我国走了很少的弯路，跨越研究分析阶段，直接应用国外成熟的技术和工艺，为我们节约了大量研究成本，但另一方面，我们也要看到和国外的差距。在不改变现有桥梁结构的情况下，环氧薄层铺装为我们提供了解决桥梁预养护、养护、维修等新工艺、新技术。但如我们在桥梁设计初期就采用环氧薄层铺装结构，那将极大地降低桥梁的自身设计载荷，降低桥梁的综合造价成本，以及后期的运营养护成本。美国和中国，国土、纬度相当，桥梁和道路情况互相借鉴的机会多，而且也是水泥混凝土桥梁和钢结构桥梁用量最大的两个国家。美国在环氧薄层铺装应用方面无疑为我们提供了宝贵的经验。同时环氧树脂薄层铺装除在旧桥面应用外，也可对新桥面进行预养护，对水泥混凝土表面的微裂纹进行密封，从早期就隔断氯离子渗透对钢筋的腐蚀。另外同样的环氧树脂，稍加成分调整，也可在水下对破损和腐蚀桥墩部位进行修复，如桥墩被撞，开裂，海水侵蚀等。国家交通部门的统计显示：截至二00八年底，中国共有各类大小桥梁三十多万座，其中近半数正在“带病”运行。不管是内陆还是濒临大江、大海，如何延长桥梁的使用寿命，保持桥梁良好的使用状态，是我们桥梁建设者和管理者的职责，而作为环氧薄层铺装不单单是预养护、养护、修补，而且对桥梁整体结构有所提升，如使用寿命的延长；使用性能的改善，防滑性能的提高等等。随着业内人士对环氧薄层铺装的进一步了解，相信环氧薄层铺装在桥梁、道路行业会有很大的应用前景。

（八）结论

通过对薄层铺装在技术优势上的分析，以及这一技术在国内成功应用，我们认为环氧树脂类薄层铺装是对桥梁预养护、养护、修补等方面的重要手段，适合在各种气候条件下水泥混凝土桥梁桥面，钢结构桥梁桥面上应用。

【参考文献】

【1】美国联邦高速公路协会资料(AASHTO T276-T279, 2007)

【2】美国佛罗里达州考察报告(Evaluation of Innovative ST Vol 3, Florida DOT, 2008)

【3】英国认证委员会建筑行业技术审批评审标准(Technical Approval for

Constructions, British Board of Agrement, 2008)

【4】美国堪萨斯州交通部内部资料(KDOT,2009)

【5】美国的弗吉尼亚道路交通研究协会2001年的调研报告(Research Report on Polymer over Concrete

by Virginia Transportation Research Council, ICPC, Honolulu, 2001)

【6】原料供应商厂家报告