建材世界 ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｃｎ．４２—１７８３．ＴＵ．２０１２．０１．０１２ ２０１２年第３３卷第１期 薄层环氧桥面铺装材料的研究应用现状 李 灏 （中冶南方工程技术有限公司，武汉４３０２２３） 摘 要： 对薄层环氧桥面铺装材料的国内外研究与应用现状进行文献调查，分析了其在桥面铺装应用特点，介绍 亍其主要破坏模式和原因。国外众多工程应用表明薄层环氧铺装材料可成功应用于混凝土桥面或者钢桥面铺装。 关键词： 薄层铺装； 环氧材料；桥面铺装 Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｈｉｎ Ｅｐｏｘｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｃｋ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＩ ＨａＯ （ＷＩＳＤＲＩ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｓｕｒｖｅｙ ｏｎ ｔｈｉｎ ｅｐｏｘｙ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ｏｖｅｒｌａｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ— ｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌａｙ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｄ ｒｅａｓｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅｓ ａｂｒｏａｄ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｎ ｅｐｏｘｙ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ｏｖｅｒｌａｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｕｒ— ｆａｃｉｎｇ ｌａｙｅｒｓ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｒ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｎ ｏｖｅｒｌａｙ；ｅｐｏｒ￣ｖ ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ｏｖｅｒｌａｙ 薄层抗滑铺装材料主要由树脂类粘结剂和单粒径碎石组成。其中，树脂类粘结剂与水泥混凝土、集料、 钢板等基材粘结性能好，如常温下环氧的粘结强度高达２０ ＭＰａ，可对桥面起到防水、保护等功能。所采用的 单粒径碎石一般粒径较小，如３～５ ｍｍ，主要起骨料作用。由于粘结剂粘结强度高，铺装层的厚度一般采用 薄层技术，单层厚度小于１０ ｍｍ，但可通过多层铺装来增加总的层厚。由于采用单粒径碎石，铺装层表面粗 糙度大，可显著改善原有路面的抗滑性能。 环氧树脂薄层铺装系统有两种铺装方法：砂浆法（Ｓｌｕｒｒｙ）和撒播法（Ｂｒｏｏｍ ａｎｄ Ｓｅｅｄ）。砂浆法是将单 粒径骨料和环氧树脂粘结剂现场混合后进行铺装，待其固化后再在表面涂一层环氧粘结剂并喷洒骨料形成 防滑层。撒播法是在经处理的桥面涂上环氧粘结剂，然后撒播骨料的铺装方法，一般为多层铺装。砂浆法内 部的孔隙更少，而撒播法可以根据需要改变铺装层数以得到不同的铺装厚度。 环氧树脂胶粘结剂主要由Ａ、Ｂ两组分构成，其中Ａ组分为环氧树脂，Ｂ组分为固化剂，两组分混合后发 生固化反应，所以一般为现场搅拌，搅拌后立即铺装。早期的环氧薄层硬而脆，经过多年的不断改进，环氧树 脂的性能有了极大的提高。同时，表面处理技术的日益成熟，铺装机械的改进和开发促进了环氧薄层铺装的 进步。 环氧粘结剂可根据不同用途调节其性能，例如用于水泥混凝土结构的桥面铺装可采用弹性模量大、热膨 胀系数更接近水泥的环氧粘结剂。用于钢桥面铺装的环氧可根据钢桥面的具体结构和交通荷载下的变形来 设计环氧的性能，做到材料与结构变形相互匹配。 环氧树脂薄层铺装的突出优点为：１）厚度薄，一般小于１５ ｍｍ，可以有效减轻桥身的静态荷载；２）表面 构造深度大，摩擦数值高，新铺装的桥面动态摩擦数值平均值—般大于７０；３）固化时间短，不影响交通，铺装 收稿日期：２０１１－１１—１０． 作者简介：李灏（１９７２一），高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：１８２４９＠ｗｉｓｃｌｒｉ．ｃｏｒｎ ４２ 建材世界 ２０１２年第３３卷第１期 完成后３ ｈ即可开放交通，一般夜间施工，白天即可开放交通；４）粘结强度高，与水泥混凝土和钢桥面常温 粘结强度高达２０ ＩＶｌＰａ以上；５）不透水且耐化学腐蚀，可有效防止水泥混凝土和钢桥面因水分侵入而产生锈 蚀；６）良好的高低温性能，低温下的应变大，可有效抵抗低温开裂，高温稳定性好，无车辙和推移破坏；７）耐久 性好，国外长期跟踪调查证明薄层环氧铺装材料具有优良的耐久性；８）修复简单，对于出现破坏的区域可进 行表面处理后直接进行加铺，操作简单易行；９）美观实用，通过改变骨料的颜色可改变铺装材料的颜色，尤其 用于市政工程可美化市容并能减轻驾驶疲劳。 １ 国内外的研究应用现状 １．１国内研究现状 目前通过文献检索能查到与薄层环氧铺装材料相关的文献资料很少，而关于环氧沥青铺装材料的文献 资料则相当多，这表明了目前国内对环氧薄层铺装材料还未引起足够的重视，缺乏对这种新型材料的了解和 认识。 长沙理工大学对环氧树脂混凝土用于钢桥面的使用性能进行了较多的室内分析研究［１屯］。首先对环氧 树脂的成分进行了’优化设计，采用级配为ＳＡＣ粗集料断级配沥青混凝土ＡＭ－１０型，通过马歇尔试验确定最 佳胶石比。采用三点弯曲试验和四点弯曲疲劳试验分别测试了其最大弯拉应变和不同应力水平下的疲劳次 数，并建立疲劳方程。研究认为环氧树脂混凝土用于钢桥面铺装不会产生疲劳破坏，薄层环氧混凝土具备用 作钢桥面铺装材料的可能性，但由于其柔性比沥青混凝土较差，其能否适应钢桥面复杂的变形特性有待验 证。 武汉理工大学对薄层环氧铺装材料进行了较为深入的试验研究［３ ］。室内小型试件加速加载模拟试验 结果表明由环氧胶黏剂与玄武岩细集料组成的防滑面层材料具有优异的抗磨耗、松散与集料脱落以及层间 粘结性能，可用于实体工程。所制备的环氧铺装材料低温柔韧性好，在－－１０℃时其弯拉断裂应变大于４ ０００ ／￣ｍ／ｍ。当加载的疲劳应变大于１ ０００ ｍ／ｍ时，仍表现出很好的低温抗疲劳性能。铺装材料温缩系数为 ５．８８×１０一／￣ｃ，其值比一般水泥混凝土（温缩系数为０．９～１×１０ ／￣ｃ）和沥青混凝土（２～５×１０ ／￣ｃ）的 温缩系数大，因此：直进行混凝土板表面浮浆清除和糙面处理，以有效地增加界面粘结强度，抵抗低温收缩应 力，避免出现层间粘结不足而产生的脱层问题。为了验证薄层环氧铺装材料在实体工程中应用的可行性，分 别在武汉市人行天桥、城市立交桥匝道和钢桥面进行了试验段的铺筑，以充分检验材料的耐候性、耐磨耗性 和与钢桥面的变形协调性等。 １．２国外研究现：状 国外对于薄层环氧铺装材料的研究较多，主要集中在北美地区，尤其是美国，其应用较为广泛。早期主 要应用于水泥混凝土桥面的修复，而后由于其良好的铺装性能被用于钢桥面的铺装。 Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍ．Ｓｐｒｉｎｋｅｌ（１９８９年）对环氧薄层铺装进行了大量研究，１９８１年～１９８７年６年时间里对多种 粘结剂和骨料薄层铺装的跟踪调查表明：大多数薄层铺装桥面经过６年的使用后仍具有良好的粘结性能和 抗滑性，ｌｆ￣ｌＥ 。 Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍ．Ｓｐｒｉｎｋｅｌ（１９９３年）在其论文中详细介绍了环氧树脂、甲基丙烯酸树脂和聚酯苯乙烯作为粘 结剂的薄层铺装材料，包括铺装方法和服役性能，文中对于其经济性、支持和市场规模也做了详细 论述。作者认为薄层铺装材料具有１５￣２０年的服役寿命，并能长期阻止盐分侵蚀并保持良好的抗滑性能， 作为水泥混凝土桥面的修复材料经济合理而且不影响交通 。 Ｓｈｒｅｅ Ｎａｂａｒ和Ｐｅｔｅｒ Ｍｅｎｄｉｓ（１９９７年）对于水泥桥面修复用环氧薄层铺装材料进行了１０年的调查研 究，文章指出：柔性环氧树脂用于水泥桥面的修复具有良好的力学和热学性能，并具有良好的抗滑性能，施工 时的质量控制和表面处理是影响环氧薄层铺装性能的关键因素［ 。 德州大学奥斯丁分校Ｆｏｗｌｅｒ（１９９７年）在其论文中介绍了聚合物混凝土的应用情况，文章指出环氧薄层 具有质轻、厚度薄、完全不透水、抗滑、耐久性好等特点，广泛用于桥面和停车场地坪的防水以及修复。最小 厚度为９．５ ｍｍ的环氧薄层重量为２ ｋｇ／ｍ。，环氧粘结剂的拉伸伸长可达４Ｏ％～８０％。两层铺装时的造价 为￥６５／ｍ ［ 。 密苏里大学在１９９２年￣１９９８年间对白杨街大桥（Ｐｏｐｌａｒ Ｓｔｒｅｅｔ Ｂｒｉｄｇｅ）的环氧薄层铺装材料进行了深 ４３ 建材世界 ２０１２年第３３卷第１期 人的研究，研究主要分为实地考察、实验室性能评价和数值分析３个部分。最后认为纵向裂纹主要是由于低 温下的交通荷载造成的疲劳开裂，而横向裂纹主要是由于铺装材料和钢桥面的热膨胀系数不同产生的 ］。 Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍ．Ｓｐｒｉｎｋｅｌ在２００１年进行的聚合物混凝土国际会议上发表的论文中介绍了加利福利亚州、 密歇根州、俄亥俄州、弗吉尼亚州和华盛顿州的多种聚合物铺装层的实地调查情况。实地调查的桥面从６～ １９年不等，其中使用年限最长的为密歇根４４号公路上的Ｇｒａｎｄ Ｒｉｖｅｒ大桥，到２０００年调查时已服役２４年。 多层环氧铺装粘结强度没有多大变化，铺装层氯离子渗透率很小，可保证在２５年的使用时间内使桥面免受 氯离子侵蚀 。 美国公路合作研究组织（ＮＣＨＲＰ）对于桥面铺装、罩面和桥面养护方法的选择进行了深入细致的调研， 并于２００９年公布了其研究报告。ＮＣＨＲＰ的报告主要来源于对全美和加拿大各交通部的问卷调查、文献查 询和工程案例分析。调查表明：对于水泥混凝土桥面，大多数选择聚合物混凝土铺装，而对于钢桥面，大多数 选择沥青混凝土铺装，其次是聚合物混凝土＿１引。 ２主要破坏形式与原因分析 环氧薄层铺装在国外已有多年应用，根据国外的调查结果，环氧薄层铺装的主要破坏形式有：开裂、脱层 和磨损掉粒。 １）开裂：开裂是薄层环氧最主要的破坏形式之一。对于水泥混凝土桥面，开裂主要发生在伸缩缝附近， 板梁桥在面板接缝处。水泥混凝土桥面环氧铺装层产生开裂的可能原因主要有两个：一是铺装层和水泥混 凝土的热膨胀系数不同产生的温缩开裂，二是水泥混凝土基层产生的反射裂缝。对于钢桥面，开裂是其最主 要的破坏形式，主要发生在Ｕ形加劲肋的上方和横向隔板的上方。研究认为：纵向裂缝主要是低温下的疲 劳开裂，而横向开裂主要是温缩裂缝Ｌ１ 。 ２）脱层：主要发生在水泥混凝土桥面，由于层间连接不足造成的。可能原因有：（１）表面处理不好，水泥 浮浆未处理干净；（２）底层未完全干透，水分在层间粘结处积累造成铺装层和底层的脱落，在车载作用和冻融 作用下导致脱层。 ３）磨损掉粒：多发生在轮迹带，主要是由于车轮和铺装层的过度摩擦引起的。增大铺装层厚度可一定 程度上延长铺装层的服役寿命。研究表明：环氧薄层的服役寿命大约为１Ｏ年，为保持其良好的抗滑性能建 议在使用５～１Ｏ年后进行一次加铺，具体加铺年限视情况而定，当表层骨料基本脱落之前应及时加铺以确保 其抗滑性能。 薄层环氧铺装在国内主要用于彩色沥青路面以及人行天桥的铺装，极少用于水泥混凝土的桥面修复和 钢桥面的铺装。相反，在国外，特别是北美地区，薄层环氧铺装应用较多，例如Ｂｒｏｎｘ Ｗｈｉｔｅｓｔｏｎｅ Ｂｒｉｄｇｅ（布 朗克斯白石大桥）、Ｐｏｐｌａｒ Ｓｔｒｅｅｔ Ｂｒｉｄｇｅ（白杨街大桥）、罗伯特・肯尼迪大桥、Ａｎｇｕｓ ＭａｃＤｏｎａｌｄ Ｂｒｉｄｇｅ（麦 克唐纳大桥）等。国外众多工程应用实例表明薄层环氧铺装可成功应用于混凝土桥面和钢桥面铺装。 ３结论与建议 用研究也已经开展。根据所查到的文献资料，可得到下列结论与建议： － 国外已有的实体工程应用表明薄层环氧铺装能成功地应用于水泥混凝土桥面铺装，其在钢桥面上的应 ａ．国外的大量工程应用表明薄层环氧铺装层已成功应用于水泥混凝土桥面，平均使用寿命不低于１０ 年，早期一些工程应用２５年后仍保持良好使用性能。 ｂ．薄层环氧铺装材料在大型钢桥面上的应用表明在使用５～７年后局部开始出现裂缝，其主要与材料的 低温柔韧性、抗疲劳陛能以及钢桥面的承载力有关。 Ｃ．国外的大量工程实例应用表明环氧薄层铺装材料的主要破坏形式有：开裂、脱层和磨损掉粒。 ｄ．水泥混凝土桥面环氧铺装层的开裂主要发生在接缝处，通过对接缝的特殊处理可有效避免开裂的发 生。 ｅ．钢桥面与环氧铺装层粘结性能良好，实际工程应用中没有出现因层间粘结不足而导致的大面积层间 滑移或脱落现象，局部脱落的原因可归结于基础表面处理不足。 ｆ．钢桥面环氧铺装层的开裂主要发生在Ｕ形加劲肋的上方和横向隔板的上方，纵向裂缝主要是低温下 ４４ 建材世界 ２０１２年第３３卷第１期 的疲劳开裂，少数横向开裂主要是温缩裂缝，上述问题可通过材料的性能改进加以解决。 ｇ．轮迹带的磨损掉粒一般发生在５～７年后，因此有必要进行局部修复，以恢复抗滑性能。 参考文献 ［１］赵锋军，李宇峙．钢桥面薄层环氧树脂混凝土铺装材料路用性能试验研究ＥＪ］．公路，２０１０（２）：７４—７８． Ｅ２］徐敏，李宇峙，张平．环氧树脂混凝土的疲劳试验研究ＥＪ３．中外公路，２００９，２：２００—２０３． ［３］方星，王兴昌，磨炼同，等．环氧薄层铺装材料加速加载试验研究［Ｊ］．公路，２０１０（１０）：２１４—２１９． Ｅ４］李寻，王兴昌，磨炼同，等．薄层环氧桥面铺装材料低温性能研究［Ｊ］．公路，２０１１（５）：１７８—１８１． Ｅｓ］磨炼同，方星，吴少鹏．环氧薄层抗滑铺装材料断裂与疲劳性能试验研究报告ＥＲ］．武汉理工大学硅酸盐材料工程教 育部重点实验室，编号ＧＳＹ－ＭＯ一２０１０－１２—０１，２０１０． ［６］Ｍｉｃｈａｅｌ＾，Ｌ Ｓｐｒｉｎｋｅ１．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｏｖｅｒｌａｙｓ ｏｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｃｋｓ［Ｒ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｎ— ｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳＰ－１１６，１９８９． Ｅ７］ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍ Ｓｐｒｉｎｋｅ１．Ｐｏｌｍｙｅｒ ｏＣｎｃｒｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｏｖｅｒｌａｙｓ，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａ￣ＥＩ ．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ １９９３． ［８］Ｓｈｒｅｅ Ｎａｂａｒ，Ｐｅｔｅｒ Ｍｅｎｄｉｓ．Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｅｐｏｘｙ Ｐｏｌｍｙｅｒ ｏＣｎｃｒｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅ ｅＤｃｋ Ｔｈｉｎ Ｏｖｅｒｌａｙｓ ｉｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｏｖｅｒｌ０ ｒｓ［Ｒ］，１９９７． －Ｉ９］Ｄａｖｉｄ Ｗ Ｆｏｗｌｅｒ．Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ ｉｎ ｏＣｎｃｒｅｔｅ Ｐｏｌｍｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｕ．Ｓ．Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｘａｓ ａｔ Ａｕｓｔｉｎ，Ａｕｓ— ｔｉｎ，１９９７． －１１０］ｗ．Ｓｐｅｎｃｅｒ Ｇｕｔｈｒｉｅ，Ｔｙｌｅｒ Ｎｅｌｓｅｎ，Ｌｏｒｅｎ Ａ Ｒｏｓｓ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ［Ｄ］． Ｂｒｉｇｈａｍ Ｙｏｕｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５． Ｆｉｌｌ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｍ Ｓｐｒｉｎｋｅ１．Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ Ｐａｐｅｒ：Ｔｗｅｎｔｙ Ｆｉｖｅ Ｙｅａｒ Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗｉｔｈ Ｐｏｌｍｙｅｒ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｏｖｅｒｌａｙｓ Ｏｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｅＤｃｋｓ［Ｒ］．Ｖｉｒｇｉｎｉａ Ｔｒａｎｓｏｐｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏＣｕｎｃｉｌ，２００１． ［１２］Ｐａｕｌ ｎ Ｋｒａｕｓｓ，Ｊｏｈｎ＆Ｌａｗｌｅｒ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｅＳｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ ｅＤｃｋ Ｏｖｅｒｌａｙｓ，Ｓｅａｌｅｒｓ ａｎｄ ＴｅａｔｍｅｎｔｓＦＲ］．Ｎｏｒｔｈ－ ｂｒｏｏｋ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ ２００９． （上接第４１页） ５ 结 语 采用灰色关联分析法对沥青混合料的路用性能进行了分析评价，通过离散度的分析找出了级配类型对 路用性能的主要影响，为在实际生产过程中，控制主要因素，从而提高沥青混合料的使用品质提供了借鉴。 其中，主要考虑沥青混合料高温性能时，建议选择ＳＭＡ－１３级配；主要考虑沥青混合料低温性能时，建议选 择ＡＫ－１３级配；主要考虑沥青混合料水稳定性时，建议选择Ｓｕｐ－１２．５级配。以上结论是在室内试验基础上 得出的，由于样本和试验设备的局限性，普遍规律性还需进一步试验研究。 参考文献 １－１］沈金安．沥青及沥青混合料路用性能［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１． ［２］罗庆成．灰色关联分析与应用ＥＭ］．南京：江苏科学技术出版社，１９８９． Ｅ３］交通部公路科学研究所．ＪＴＪ ０５２－－２０００公路工程沥青及沥青混合料试验规程［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２０００ Ｅ４］交通部公路科学研究所．ＪＴＧ Ｅ４２－－２００５公路工程集料试验规程［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００５． ４５
