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水性环氧树脂--乳化沥青抗滑表层在连霍高速公路隧道施工中的应用

编辑: 来源: 日期:2020-07-17 15:08:57 点击量:915
甘肃省天水公路局    王喜鹏
 
    一、应用背景
G30连霍高速公路天水段太阳山隧道、天水郡隧道和花牛隧道上下行线共计6座隧道总长13960m,隧道内为水泥混凝土路面,路面净宽10.25m,横坡度2日交通量为15231辆,该路段交通量属于重型交通。通车多年来,水泥路面横向力系数平均值为32.5,路面抗滑性能下降,行车事故频发,据天水市公安局交通警察支队事故科统计,2017年5月至2018年10月,六座隧道共发生42起通事故,隧道路面抗滑功能亟待提升。
二、技术来源和原理
在综合考虑各种抗滑处理技术后,选用水性环氧树脂乳化沥青超薄抗滑表层技术对该隧道路面进行抗滑处理。
    (一)技术应用的来源。水溶性环氧树脂简称水环氧,通常是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体形式分散于水相中形成的乳液。经水性环氧树脂乳液改性后的乳化沥青,各项指标均优于普通的改性乳化沥青。水环氧沥青超薄磨耗层中环氧树脂固化物通过其增粘作用及锚固作用能进一步提高乳化沥青胶结料与石料界面之间的作用力,使乳化沥青对石料的裹附效果提高。同时,环氧树脂固化物在固化剂的作用下能形成高强度的空间交联网状结构,并且能贯穿于沥青体系之中,增大了乳化沥青粘结料的内聚强度,使环氧树脂乳化沥青胶结料的热稳定性及力学性能得到很大程度的提高。另外水环氧沥青超薄磨耗层采用的硬质石料和高内聚强度的环氧沥青粘结料,能使其抗车辙能力较微表处混合料增加一倍。同时,水环氧沥青超薄磨耗层可以处治原路面的磨损、老化、磨光、泛油、微裂等病害,提高路面的宏观构造深度和抗滑性能。
  (二)技术原理。传统的微表处胶结料具有黏度低、黏附性不足、高温性能差等技术缺陷,需要添加纤维等外加剂进行二次改性。水环氧树脂是以环氧树脂微粒为分散相,以水为连续相的液相体系材料,可以在室温条件下及潮湿环境中固化,能很好的保留环氧树脂强度高和黏结力强的特点,用作微表处胶结料时可有效弥补改性乳化沥青的缺陷。水性环氧树脂-乳化沥青抗滑表层具有优良的抗滑、抗车辙性能,尤其是具有较高的界面粘接力,可以有效解决水泥路面抗滑能力不足的难题。水环氧沥青抗滑表层采用常规稀浆封层车施工,为冷态施工,降低了环境污染。
    三、应用范围和实践
    (一)应用范围。水环氧沥青抗滑表层既可用于沥青路面也可用于水泥混凝土路面。在隧道内施工采用半幅施工半幅通车,可保证车辆正常通行,而且施工后不影响隧道内净高(厚度为1cm)。在水泥混凝土桥面施工可大大降低桥面荷载,降低桥梁承重从而降低安全风险。每次在施工之前需对施工路面进行清扫,清除路面杂物,沙粒,防止施工污染。同时也需要特别注意对原路面病害的处理,必须彻底修补原路面上出现脱空、断角、断板等病害,接缝处必须重新灌缝,确保水泥板平整、坚实、稳定及下卧层支撑均匀。
    (二)应用实践。一是试验段铺设成功。天水公路局于2017年7月16日至7月20日进行太阳山隧道水泥路面水环氧沥青抗滑表层试验(SK1374+680-SK1374+880)施工,试验段总长度200m,宽7.6m共计1520㎡。完成2个月后,委托检测单位对路面抗滑性能进行检测分析,路面横向力系数SFC由之前的32.5提升至73.9,路面抗滑性能指数达到97.6(优),路面抗滑性能显著提升,并且摊铺后的水环氧抗滑表层路面在渗水、构造深度、横坡以及平整度方面都达到高速公路路面技术规范的要求。二是在六座隧道路面铺筑水环氧沥青抗滑表层。2018年开始在G30连霍高速公路天水过境段太阳山隧道、天水郡隧道、花牛隧道上下行线,共计六座隧道全面实施路面抗滑层铺筑施工,施工路段面积共计115071㎡。三是在2019年天水公路局针对宝天高速公路秦岭关隧道及近15座桥面病害使用水环氧乳化沥青抗滑表层进行面层处治,在本次施工中施工方使用了矿料粉碎机,使用粉碎料代替细集料,大大提高了细集料的洁净度,使施工过程中各个方面更加稳定。这也是首次将水性环氧树脂乳化沥青抗滑表层应用在桥面病害处治及抗滑处理中。四是在2020年天水公路局对宝天高速公路下行线桃花沟隧道、码头隧道、南北崖隧道、东口渭河隧道5座隧道沥青路面铺筑了水性环氧树脂乳化沥青抗滑表层,目前已全部完工,效果良好。
 (三)技术应用后的检测成效。水环氧抗滑表层整体检测项目包括:横向力系数、渗水系数、构造深度、横坡、粘结力等。
  1.技术指标变化。一是横向力系数检测结果及对比评价为水环氧沥青抗滑表层具有优良的抗滑性能,评价等级为优。二是抗滑表层渗水系数检测结果表明,抗滑表层密实,渗水系数仅有57ml/min,抗渗水能力优于热铺沥青面层,据此推断,水环氧沥青抗滑表层具有良好的封水能力和抗水损坏能力。三是路面构造深度用于评定路面宏观粗糙度和抗滑性能。根据测试结果,路面的构造深度由0.42mm增至0.75mm。四是横坡主要针对于雨天排水考虑,由于是在隧道内,路面基本不存在积水。由测试结果可以看出,原水泥路面和抗滑表层的横坡均符合设计要求。五是从抗滑表层拉拔强度检测结果来看,观察拉拔破坏类型,试样均为内聚破坏,表明层间粘接力大于抗滑表层混合料的内聚强度,据此认为,水环氧沥青抗滑表层不会因层间抗剪强度不足而发生推移。另一方面,拉拔试验结果还表明,水环氧沥青混合料的内聚强度远远大于热拌和沥青混合料的强度。
  2.社会效果。该项工程的实施使原隧道路面抗滑性能有了很大的提升,有效的遏制了交通事故的发生,保障了隧道内车辆的安全通行。据天水市交警支队统计,2018年11月至2020年4月的18个月时间,G30连霍高速公路天水过境段太阳山隧道等六座隧道内共发生交通事故1起,与前期18个月时间六座隧道共发生交通事故42起相比,事故发生比率下降410。
    、技术应用推广的建议
    水性环氧-乳化沥青抗滑表层在提升公路路面抗滑性能、增加路面使用耐久性等方面具有独特优势,建议在公路路面预防新养护中推广应用。一是在水泥路面表面设置高粘接力水环氧沥青粘结层可获得较高的层间粘接力,其界面拉拔强度大于抗滑表层的内聚强度,能够保证不发生界面推移。二是水环氧沥青混合料具有较高的强度,温度变化对材料力学性质的影响相对较小,具有优良的抗车辙、抗飞散、抗水损坏能力。三是与加铺沥青面层相比,超薄抗滑表层对隧道的净高的影响可以忽略不计,施工方便,可以不封闭隧道交通。四是水环氧沥青抗滑表层施工方法可行,可保证路面具有优良的表面功能和耐久性。五是水环氧沥青抗滑表层的横向力系数SFC高达73.9,构造深度达到0.75mm,具有优良的抗滑性能。