环氧沥青柔性防水保护层关键施工技术控制

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  【摘 要】 文章结合环氧沥青混凝土柔性防水保护层在铁路大跨钢桥面应用实例,对环氧沥青混凝土柔性防水保护层的关键施工工序控制进行了分析和总结,对环氧沥青混凝土防水保护层的施工和推广应用具有积极意义。
  【关键词】 铁路钢桥面;环氧沥青柔性防水层;施工;关键技术
  1 概述
  随着我国经济和建桥技术发展,钢梁桥以其建筑高度较低,自重较轻,跨越能力较强、桥型简洁、受力明确、施工方便等特点,使用越来越多,范围越来越广,桥型上从简支、连续梁、钢桁拱桥和钢箱系杆拱、钢-混结合梁,桥面也从明桥面发展到有砟桥面,适应性也越来越强。作为钢结构附属结构,钢结构的防腐对结构寿命起着极其重要的作用,特别是铁路有砟桥面,维修极其不便,长期的维修将严重影响国民经济的发展,因此钢桥面防水保护层的结构设计和施工质量尤为重要。
  向莆铁路东新赣江特大桥主桥采用双桁四线连续钢桁梁,列车设计时速达200km/h,钢梁桥面采用正交异性钢桥面板,采用有砟道床。根据钢桥面板道砟槽的用途与使用环境、道砟槽处所需要的功能要求选择合理的防水保护层结构体系是本项目的设计研究重点。通过调研、理论分析、关键性能试验以及复合结构试验,设计首次在铁路钢桥上提出了“钢板+环氧富锌漆+环氧沥青黏结层+3cm环氧沥青混凝土+环氧沥青黏结层+3cm环氧沥青混凝土”的防水保护结构体系。
  2 环氧沥青混凝土特点
  环氧沥青混凝土是一种柔性材料,已成功用于国内多座大跨径公路钢桥桥面和混凝土桥面,与普通刚性防水保护层材料相比环氧沥青混凝土具有超强的抗拉强度、与钢板有良好的粘结性,其强度高、刚度大,高温时抗塑性和永久变形能力强,低温抗裂性能好,能很好地适应钢板和铺装层因不均匀收缩产生的位移特性及良好的高低温性能,具有极好的抗疲劳性能,尤其在高温作用下具有良好的抗变形能力且对钢板变形追溯性好。其主要不足是配制工艺比较复杂,施工条件苛刻,工序要求高,施工组织难度大,另外其价格昂贵。为充分发挥环氧沥青混凝土的性能优势,进一步要求严格控制施工质量,探索出一套成熟的施工经验。
  东新赣江特大桥钢桥面道碴槽范围之内防水保护层采用“钢板+环氧富锌漆+环氧沥青粘结层+3cm环氧沥青混凝土+环氧沥青粘结层+3cm环氧沥青混凝土”结构体系,如图1所示:
  图1 东新赣江特大桥钢桥面水保护层构造
  3 环氧沥青混凝土柔性防水保护层关键施工技术控制
  3.1总体施工方案介绍和主要施工工序流程
  本工程环氧沥青混凝土柔性防水保护层总体施工流程为:钢桥面板除锈→钢桥面板涂装和养护→环氧沥青防水粘结层喷洒和养护→下层环氧沥青保护层施工→环氧沥
  青粘结层喷洒和养护→上层环氧沥青保护层施工。结合工程特点,该工程钢桥面板采用真空无尘深度抛丸的除锈方法,油漆采用无汽喷涂方式,粘结层采用专用洒布车喷洒,摊铺时采用双机联合摊铺,两台摊铺机一前一后同步摊铺,桥面横断面一次摊铺成型,纵向不留施工缝。
  3.2施工控制要点
  3.2.1施工环境要求
  根据环氧沥青混凝土的性能特点,施工环境对其施工质量影响大,主要体现在温度和气候方面,施工时要求温度不低于10℃,施工过程不得出现雨水,必须实行“禁水”管理。施工前和施工期间均需做好防水处理措施和防水应急预案。
  3.2.2施工工序衔接要求
  保证环氧沥青混凝土良好的粘结性是其优越的性能得到发挥的关键之一,环氧沥青混凝土防水保护层是一种复合结构体系,相互之间环环相扣,在严格控制每道工序自身施工质量的同时还需控制好各道工序衔接工作的质量。
  (1)抛丸除锈前应检查桥面板的外观并对结构焊缝、焊瘤、焊渣等缺陷部位进行打磨修补,对桥面板上油污、盐分及其他脏物进行彻底清除,最后用高压水冲洗整个桥面板,直至无杂物、无尘、无油污为止。干燥后方可抛丸除锈,抛丸除锈后需在4h内喷涂钢板防锈漆,以防钢板氧化返锈;
  (2)钢板表面喷涂尤其后应进行自然养生并进行抗拔试验,在油漆涂装作业表干前,漆膜禁止任何杂物接触;并在漆膜实干以前采取适当的防护措施保护漆膜,防止意外的损坏。
  (3)粘结层喷洒前应对桥面进行清理,对可见杂物采用人工清理后再采用鼓风机对桥面进行彻底清理,保证桥面干净、油漆表面无灰尘、油污后方可喷洒粘结层;
  (4)粘结层喷洒后进行养生,在摊铺前严禁损坏粘结层,对损坏之处应进行人工补洒。
  (5)摊铺前后和摊铺过程做好详细的施工组织安排是保证施工顺利的关键,整个施工过程应将人机结合安排,细化到每个施工人员的具体工作岗位和职责,做到有条不紊,进展有序。
  3.2.3钢桥面板除锈防腐质量控制
  (1)桥面处理
  作业前,先用高压水枪、毛刷等工具对钢板表面进行全面清扫、冲洗;油污严重的地方用化油剂作局部清洗,再大面积冲刷。待桥面钢板干燥后,将钢板表面有凸出的施工焊瘤、焊疤等残留在钢板上的焊接物,用电动打磨机逐个打磨清除,打磨过程中,注意不要过多的侵蚀桥面板,打磨后的钢板应保证表面的平整、洁净。
  (2)桥面抛丸除锈。
  每一幅工作带要有50~100mm的搭接宽度,当抛丸后的光洁度和粗糙度满足质量要求后方可进行涂装工序施工。已抛丸除锈的钢板表面必须及时用干燥、清洁的压缩空气吹净表面浮尘,并在4h内喷涂环氧富锌底漆,因故未能及时作业的,要采取适当的保护措施,以阻止空气中的水分和其他物质对钢板的再次氧化。对不适于抛丸的少数部位可以使用机械打磨处理,清洁度应达到相应工艺要求。
  (3)涂装防腐
  涂装前先进行试验段喷涂找出喷涂经验,根据实际情况调整喷枪的移动速度和方向、离地高度等各项指标,涂层必须均匀,厚度满足设计要求。设专人用湿膜卡和测厚仪检测湿膜厚度,做到涂层分布均匀、厚度适中。   施工中用湿膜卡连续自测湿膜厚度,湿膜厚度应为100~140μm,以获得要求的干膜厚度。每天施工作业区域要留有一定的接茬部位,下一次作业时将留出的200mm宽度喷漆层用砂纸打磨掉毛茬后再进行喷涂,喷涂前仍要保证作业面的洁净。
  防腐底漆须在气温不低于20℃的环境下养护7d。在油漆涂装作业表干前,漆膜禁止接触任何杂物;在漆膜实干以前通过适当的防护措施保护漆膜,防止意外的损坏。
  3.2.4配合比组成控制
  环氧沥青混凝土组成设计包括目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证3个方面。施工前,进行目标配合比、生产配合比和生产配合比验证3个阶段的环氧沥青混合料配合比设计。矿料级配确定后,沥青混合料最佳沥青用量的确定采用马歇尔试验方法进行。确定混合料中沥青最佳用量,试验试件分为两组,一组固化后进行试验,另一组未经固化进行试验。固化的试件要求成型后放入120℃的恒温箱中4h,未固化的试件不需要加热养护。目标配合比确定后,即可进行生产配合比的调整。
  3.2.5粘结层施工质量控制
  (1)施工前准备
  粘结层施工前需对喷洒区桥面进行清理:先用软扫帚或真空吸尘器清除桥面尘埃、杂物;如有油污,须采用油污清洗剂清洗;然后用自来水冲洗干净、烘干,并不得再污染,且每次清洗范围要略大于喷洒范围。喷洒施工前,需将各组分材料加热至要求的温度后方可使用。
  (2)粘结层喷洒
  粘结层喷洒一般采用专用洒布车进行喷洒,在无条件时也可采用手动洒布机进行喷洒,均需保证喷洒均匀、连续,用量准确。喷洒前应进行喷洒用量、均匀度进行试验,经调整合格并确认桥面板清洁、干燥且气温高于10℃、不会出现雨、雾天气后进行喷洒。喷洒后在48h内进行沥青混凝土的摊铺。
  3.2.6环氧沥青混凝土施工控制
  (1)施工温度控制
  在每车混合料离开拌和楼时,应将长温度计插入到运料车货舱一侧三个小孔中。环氧沥青混合料应从拌合机中直接卸入到运料车中。如果在卸入运料车之前能够确保混合料的质量,则也能使用装载容器(如前置式装载机或监控工程师同意的其他装置)。如有一盘超出许可温度范围的混合料被装入运料车,则整车料都应废弃。不能使用存储仓堆积各种盘料。
  拌合楼出批料和混合料倒入到摊铺机中间的允许时间由每批混合料的温度决定。总的来讲,温度越高,混合料就应越早被摊铺。尽管110℃-121℃的温度范围也是许可的,但混合料在分批出料时的最佳温度范围是112℃-118℃。
  (2)施工时间控制
  固化剂在反应过程中的初凝时间以沥青混合料粘性开始明显降低为依据。粘性降低,混合料和易性降低,造成压实困难。有的固化剂在高温下初凝时间短,无法进行施工;有的固化剂在高温下初凝时间长,但冷却后却不能继续固化或者固化相当缓慢,几个月都无法形成强度不利于使用。所以初凝时间是选择固化剂的重要指标。
  ①固化剂的凝胶时间:随着温度的升高,环氧体系的凝胶时间逐渐缩短。凝胶时间可用来初步判定混合料的失粘时间。
  ②工作时间的确定
  根据试验结果,当保温时间超过固化剂凝胶时间时,试件尺寸均偏高,不满足尺寸要求的试件空隙率均偏大,强度均明显减小。因此,必须在环氧凝胶前进行混合料的摊铺和压实。
  结合试验结果,考虑运料和摊铺所需时间,经过实际工程的检验,确定出不同温度下环氧沥青混合料的最大工作时间和最小工作时间。
  运料车装料前,在车厢内与混合料接触部位涂一层薄薄的植物油作隔离层,防止混合料粘附在车厢内。当运输车装满规定量的混合料后,在车厢顶覆盖棉被或帆布保温。到达施工现场测温区后,由专人测定车内混合料的温度,并据此计算具体卸料时刻,安排调度,如到场混合料超出卸料允许时间要予以废弃,不得进行摊铺。
  (3)拌合质量控制
  在混合料出料处安排专人对每盘混合料的质量进行检查,确保所有集料颗粒全部裹覆沥青结合料,拌合均匀;一旦发现花白料、焦料、离析不合格应立即弃掉,直至合格为止。必要时停止拌合,找出原因并加以处理。
  (4)摊铺质量控制
  经过详细讨论、研究和比对后,本工程单幅桥面采用双机联铺方案,两台摊铺机一前一后错开6至8m同步摊铺,单幅断面一次成型不留施工缝。
  摊铺过程中,应时刻防止“死料”产生,设专人负责翻动螺旋布料器与熨平板之间的混合料;在摊铺机行进过程中,为防止摊铺机打滑,沿轮迹带辙预撒一层热拌混合料;摊铺机无法摊铺的部位,如落水口和挡墙石间,采用人工摊铺,小夯机振捣密实。摊铺过程应调整好横向坡度,并根据试验段确定的松铺系数控制摊铺厚度并专人跟随测量,及时调整。
  (5)混合料碾压控制
  混合料压实就是固化颗粒在一种粘弹性介质中的填实和定位,亦即材料颗粒重新排列组合过程,碾压是确保环氧沥青混合料施工质量的重要工序之一,其碾压质量的好坏取决于对碾压遍数和碾压温度控制。环氧沥青混合料压实程序分为初压、复压、终压3道工序。初压是整个压实工作的基础,压路机必须紧跟在摊铺机后面碾压,目的是整平和稳定混合料,同时防止混合料的温度下降过快,为复压创造有利条件,初压应在温度下降至82℃以下之前完成;复压的目的是使混合料密实、稳定、成型,混合料的密实程度取决于本工序,碾压速度不宜太快,一般不得超过5Km/h;终压的目的是清除轮迹,最终形成平整的压实面,终压应在混合料温度下降至65℃之前完成。
  碾压时应注意:碾压路线及碾压方向不应突然改变,碾压过程要保持匀速进行;相邻碾压带的叠轮宽度应为1/3轮(或轮组)宽;设专人用拖把在碾压轮上涂油以防止压路机粘轮;但过量的压路机用油在桥面和不透水环氧沥青铺装间产生的气泡可能会导致环氧沥青混凝土鼓包的产生。如果产生气泡,应立刻用锐物将其戳破并重新压实;压路机无法碾压的部位,采用振动夯板紧随摊铺机进行碾压,待压路机复压完毕后,再次采用该机械消除压路机留下的轮印痕迹。   整平层的初层应使用轮胎式压路机完成;对整平层的初压完成后应立刻用双钢轮压路机对环氧沥青混凝土进行复压;复压完成后,再采用轮胎式压路机压实,完成终压。各道碾压遍数根据设计要求并经验证后实施,压实后的环氧沥青混凝土,其空隙率不能超过3%,表面应平滑,无凹辙、隆起、凹坑或不规则形状。由任何设备在环氧沥青表面留下的凸起,凹痕或其他可见的印痕都应通过压实方法消除。
  (6)接缝的处理
  原则上尽可能不设或少设施工缝,如必须设置时,应遵循下述原则设置:纵向施工缝禁止设置在纵隔板及焊缝处;保证上下层的纵向施工缝间距应在15cm以上;纵向缝间距以1个行车道宽为佳。环氧沥青混凝土钢桥面铺装层一般不设横向施工缝,必须设置横向施工缝时,上下层施工缝要间隔1m以上,横向施工缝禁止设置在横隔板处。施工后自由边应切割整齐,以便于邻幅施工时与其衔接。一般碾压完成2h后即可开始切割,切割时要保证切缝平顺、不拉料,切割面光洁平整,切割角度以45度为宜。切割后,用适当的工具将多余部分撬走,刷除不稳定的颗粒,不能破坏钢板防锈层。
  (7)“防水”措施
  环氧沥青混凝土防水保护层的施工过程非常忌水,水的出现对其施工质量有着严重影响。施工过程主要从预防角度进行处理,即对可能出现水的情况采取预处理措施。
  ①施工机械带到现场的水分。主要有五种表现形式:运输车车厢里的“水”,胶轮压路机胶轮上的“水”,钢轮压路机钢轮上的“水”,摊铺机螺旋布料器及熨平板上的“水”,侧向喂料机传输带以及料斗里的“水”。
  解决方法:雨天后施工前,所有的施工机械设备均要充分晾晒,直到检查确认干燥无误后方可投入到施工生产中,严禁机械开空调运转。
  ②空气湿度或温度变化的影响。天气的变化可能会给钢桥面带来各种不同形式的水分,主要体现在雨水和雾水两方面,另外进入秋冬季施工后,白天与昼夜温差较大,在凌晨或傍晚时因气温骤变可能会在钢桥面面板上形成水滴,从而会导致“气泡”的产生。
  解决办法:经检测如发现钢桥面面板或环氧沥青混凝土铺装层有“水”,晾晒半天,再次检验,检验合格后方可进行环氧沥青混凝土铺装施工。秋冬季节尽量安排在正午后实施摊铺作业。
  ③施工人员带入现场的水。此“水”属于人为因素带来的水分,可以有效的杜绝,其表现形式主要有两种:施工人员带入现场的饮用水和施工人员因天气炎热而流出的汗液。
  解决方法:a、在施工区域外设置专门的饮水区,禁止任何人将饮用水带入施工现场;b、所有施工人员均配备毛巾供擦汗用,阻止汗液滴在施工作业面上。
  ④石料里的“水”。此种“水源”具备隐蔽性,不易察觉。但只要采取完善的苫盖措施,做好防雨防潮工作,就可以避免石料“水”的产生。该“水“主要是因料库苫盖不严或石料受潮引起,带“水”的石料禁止投入环氧沥青混合料生产。
  解决方法:做好料库的苫盖防雨工作,天晴时开启料库,让空气充分流通,从而从最大限度上避免了石料受潮。另外,具备条件时所有石料采用袋装并覆盖储存。
  4 结束语
  随着我国经济建设的快速发展,各种大型钢桥将会越来越多,对于桥面铺装的质量要求也会越来越高,研究并总结钢桥面铺装的施工经验,选择适宜的施工工艺,提高和完善施工控制体系,对今后钢桥面铺装的施工具有积极的意义。
  参考文献:
  [1]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004
  [2]《东新赣江特大桥》(126+196+126)m连续钢桁梁(第14册,第六分册(II))图号:南枢向莆施桥11-14
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