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环氧沥青

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什么是环氧沥青?

铺设水平路面

双组份的环氧沥青结合料,经过固化后,成为一种含有沥青补充剂的双相环氧聚合 物。其连续相是一种经过酸固化处理的环氧树脂,而非连续相是一种沥青材料混合物。它是一种热固性聚合物(即不会熔化)。这种结合料与高品质的标准沥 青铺装集料组合后,就形成了一种称作环氧沥青混凝土的强韧聚合物混凝土。在铺设环氧沥青混凝土之前,应热喷一层环氧沥青粘结层。


优点

抗疲劳性能

环氧沥青出色的抗疲劳性能,使之能够在正交异性钢桥面板上完好无损,即使是经过数百万次车轮荷载挠曲变形也不开裂。与相对柔性的铺装不同,环氧沥青的复合作用能够减少钢材的变形和应力,从而延长钢桥面板和桥架的疲劳寿命。

防腐蚀性能

由于环氧沥青混凝土的孔隙率低于3%因而除钢桥面板的主要防腐蚀保护涂层外,它能为钢桥面板提供一层额外的防腐蚀保护。其仅有的少量孔隙也相互不连通,从而造就出一种能够强力抵御水和氯离子渗入的不透水铺面。

重新铺设钢材平面. 在两年的时间内,在旧金山大桥上铺设了超过800个这样的板面.

抗车辙和推移性能

由于环氧沥青结合料是一种热固性聚合物(与传统沥青和橡胶改性沥青一类的热塑性聚合物相异),因而即使是在温暖或炎热的气候中,在重载车轮作用下,也能提供卓越的抗车辙和推移性能。

抗滑性能

环氧沥青铺面含有高品质的抗磨光骨料,能够自始至终提供优越的抗滑性能。环氧沥青结合料不会像热塑性沥青铺路材料那样在铺面变热时出现“冒油”。当骨料表面接触交通的结合料磨失后,车轮只会与骨料相接触。

最少的交通延误

环氧沥青粘结层被喷洒在无机锌铺面上。粘结层大约0.03英寸 (0.68毫米) 厚

在为开放交通的已有桥梁重新铺装时,使用环氧沥青绝对可以将交通延误降至最低。一旦冷却至环境温度,环氧沥青就可以在未完全固化的状态下开放于交通了。取决于日平均气温,本产品可在两周到六周内完全固化。

当地铺路人员


当地铺路人员可使用传统沥青铺装设备来摊铺环氧沥青。在施工期间,化学系统公司(ChemCo Systems)的工程师们将提供培训和技术支持。ChemCo还提供用于两种环氧沥青组份混合的特殊设备。这种专用设备将由本地工人来操作,无需劳力输入。

应用

环氧沥青广泛应用于各类正交异性钢桥面板,包括最早1967年铺设的圣马刁-海沃德(San Mateo- Hayward)大桥,以及最近2001年通车的南京长江第二大桥。在投入使用逾39年后,圣马刁-海沃德大桥的铺面至今依然状况极佳,这期间只进行了少量的维修。采用本材料铺装的正交异性桥面板还包括位于加拿大、澳大利亚和巴西的桥梁。还有两座桥梁原本就铺设了环氧沥青,在经过20年的成功使用后又采用同种材料重新铺装。环氧沥青已成功应用于冬季温度低于–20°C,以及夏季桥面温度高达77°C的极端气候中。

铺装系统

在将原有混凝土桥面板更换成正交异性钢板的挑战中,环氧沥青能够助您一臂之力,并且只需最小限度的交通中断。预先加工的环氧沥青碎石封层提供了一层牢固耐用的抗滑表面,能够使每一块钢板不受磨损和腐蚀,直到所有钢板都安装到位并焊接在一起。在所有面板都安装到位之后铺设的环氧沥青混凝土提供了一层长期的耐磨损面。
扬子江大桥二期, 桥面的侧面图
金门大桥和狮门大桥都使用了这套系统。在为车流如织的金门大桥更换混凝土面板,并重新铺装的工程中,没有一条车道在白天关闭。车道于20:00时开始关闭,摊铺于22:00时开始,所有车道于次日5:00时重新开放。整个夜间,每个方向都至少有一条车道保持畅通,供车辆通行。


环氧沥青混凝土与沥青混凝土对照表

性质 试验方法 (美国材料试验协会ASTM) 沥青混凝土 环氧沥青
60°C时的马歇尔稳定度,kg D1559 1136 3640— 6370
205°C时的马歇尔稳定度,kg D1559 熔化 1820
60°C时流值,mm D1559 2.79 2.03
最低复原百分比 D1559 0 60
25°C时的抗压强度 D695 23.43
25°C时的压缩弹性模量 D695 1151
25°C时的弯曲断裂模量 D293 0.558 4.41
25°C时的弯曲弹性模量 D293 2620
最大挠度 D293 2.54 3.81
空气率,% D2041 3— 5 1— 2

环氧沥青结合料与纯粘结层

性质 试验方法(美国材料试验协会,ASTM) 结合料 粘结层
抗拉强度,MPa D412 2.07 8.96
拉伸率,% D412 300 225
热变形温度,°C D648 -29 -25

环氧沥青混凝土/结合料—粘结强度

性质 试验方法 (ASTM) 损坏部位
与镀无机锌钢板间的抗拉粘结强度,MPa ACI 503R 2.07—3.46 粘结层
与硅酸盐水泥混凝土间的抗拉粘结强度,MPa ACI 503R 1.72— 2.41 硅酸盐水泥混凝土

抗疲劳性能

合理设计的环氧沥青铺面在正交异性桥面板上提供了一层经久耐磨的表面,能有效防止铺面在纵向加劲肋上方的负弯矩区域出现疲劳开裂。此外,这层铺面作为组合桥面板系统的一个要素,能够减少面板在荷载下的挠曲变形,从而延长了钢桥面板本身的疲劳寿命。

桥面板变形比较1
荷载,kN 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
挠度,裸钢板,mm 0.06 0.16 0.26 0.36 0.46 0.57 0.67 0.78
挠度,环氧沥青/钢板组合,mm 0.03 0.12 0.18 0.26 0.34 0.42 0.51 0.60

在多所独立土木工程实验室进行的动载试验显示,环氧沥青铺面能够在多种条件下抵抗疲劳开裂。下表摘要总结了近期的试验结果。

环氧沥青—钢桥面板组合试验结果1,2
温度,°C 静挠度,mm 动挠度,mm 疲劳破坏的循环数
0 0.25 0.02 12x106 无损坏
18 0.35 0.18 12x106 无损坏
60 0.61 0.58 12x106 无损坏

上述试验结果取自中国南京东南大学交通学院于2000年进行的研究。
1. 试件:100毫米宽,钢板厚14毫米,在中心点底面加载。
2. 试验荷载:在10赫兹频率下5千牛顿荷载。




左图:在动载试验机中进行
18°C疲劳试验的试验设置。


右图:用于0及60°C
疲劳试验的环境箱。


环氧沥青铺面的历史

桥梁名称 地点 日期 桥面板类型 厚度 面积 平方米 约重 吨
圣马刁-海沃德
(San Mateo-Hayward)
加州
圣马刁
1967 14 O-T型钢 50 39950 5100
圣地亚哥-科罗纳多(San Diego-oronado) 加州
圣地亚哥
1969 9.5 O-T型钢 40 10790 1230
旧金山-奥克兰(San
Francisco- Oakland)
加州
旧金山
1969 水泥混凝土 13 14400 422
麦凯(McKay) 哈利法克斯,
诺瓦斯克提亚
1970 9.5 O-T型钢 50 11900 1350
昆士威A座(Queensway A) 加州
长滩
1970 13 O-T型钢 50 8900 1090
麦克唐纳(MacDonald) 哈利法克斯,
诺瓦斯克提亚
1971 水泥填充
钢筋网络主跨
38 11100 330
罗斯岛(Ross Island) 俄勒冈州
波特兰
1972 水泥混凝土 13 13560 730
长青点(Evergreen Point) 华盛顿州
西雅图
1972 水泥混凝土 13 25100 775
塞尔吾德(Sellwood) 俄勒冈州
波特兰
1973 水泥混凝土 22 4370 200
弗里蒙特(Fremont) 俄勒冈州
波特兰
1973 16 O-T型钢 63 14400 2200
科斯德西尔瓦(里约-尼
泰罗伊,Costa de Silva
(Rio-Niteroi))
巴西
里约热内卢
1973 9.5 O-T型钢 60 20440 2970
1-94组桥(1-94 Bridges) 明尼苏达州
明尼阿波利斯
1973 水泥混凝土 19 9200 425
默塞尔(Mercer) 魁北克省
蒙特利尔
1974 9.5 O-T型钢 38 1950 182
狮门(Lions Gate) 不列颠哥伦比亚省
温哥华
1975 12 O-T型钢 38 7150 660
旧金山-奥克兰(San
Francisco-Oakland)
加州旧金山
(双层桥面)
1976
1977
水泥混凝土 19
19
137800
119850
5900
5240
路翎(Luling) 路易斯安那州
新奥尔良
1983 11 O-T型钢 50 20350 2460
本·富兰克林(Ben
Franklin)
宾西法尼亚州
费城
1986 16 O-T型钢 32 58700 4550
金门(Golden Gate) 加州
旧金山
1986 16 O-T型钢 碎石层 9.5
41
53500 364
5450
麦凯(McKay) 哈利法克斯,
诺瓦斯克提亚
1990 9.5 O-T型钢 50 11900 1350
圣地亚哥-科罗纳多(San
Diego-Coronado)
加州
圣地亚哥
1993 9.5 O-T型钢 50 10780 1500
香兰(Champlain) 魁北克省
蒙特利尔
1993 9.5 O-T型钢 9.5 18580 130
跨海车道(Maritime Off-
Ramp)
加州
奥克兰
1996 16 O-T型钢 76 6420 6420 1160
狮门大桥(Lions Gate
Bridge)
不列颠哥伦比亚
温哥华
2000
2002
14 O-T型钢 碎石层 9.5
50
9010 1250
长江第二大桥(2nd Yangtze
Bridge)
中国
南京
2000 14 O-T型钢 50 37300 5900
涛耀们大桥(Taoyaomen) 舟山,中国 2003 14 O-T型钢 50毫米 265,440 3,318
润阳索桥(Runyang Cable-stay) 镇江,中国 2004 14 O-T型钢 55毫米 244,770 3,497
润阳悬桥(Runyang Suspension) 镇江,中国 2004 14 O-T型钢 55毫米 481,444 6,760
大沽桥(Dagu) 天津,中国 2004 O-T型钢 50毫米 66,640 833
扬子江第三大桥(3rd Yangzi Bridge) 南京,中国 2005 14 O-T型钢 50毫米 434,493 7000
平生大桥(Pingsheng) 富嵩,中国 2006 O-T型钢      
湛江湾大桥(Zhanjiang Bay) 湛江,中国 2006 O-T型钢      


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