泰州大桥跨江主桥为三塔两跨悬索桥，主跨2×1080m。为了解决长大跨径悬索桥钢桥面铺装的变形协调和高温稳定问题，泰州大桥在国内首次大面积采用了“下层3cm厚浇筑+上层2.5cm厚环氧”的刚柔复合型铺装方案(见图1)。泰州大桥经过近6年的运营，铺装总体状况良好，未出现明显病害，铺装车辙深度小于2mm，仅在铺装表面局部出现了少量细微裂纹。刚柔复合型铺装上面层采用刚性环氧沥青混凝土，环氧沥青混凝土的主要病害以开裂为主。为了有效防治泰州大桥刚柔复合型铺装的裂缝病害，运营管理方——江苏泰州大桥有限公司开展了运营状态下刚柔复合型铺装结构开裂机理、发展规律等性能研究，根据开裂层位，制定裂缝分级处治方案。同时，针对性地开发高强灌缝材料，开展全面的性能试验评价。

图1 泰州大桥钢桥面铺装结构（行车道）

沥青路面开裂后采用沥青类灌缝材料可以起到较好的修复效果，不同于热塑性沥青材料，环氧沥青属于热固性材料，固化后开裂不可逆，修复难度很大。采用热沥青、乳化沥青材料对环氧沥青混凝土结构进行灌缝，渗透性不好、仅是表面封闭，灌缝材料与环氧沥青混凝土之间粘结强度不足，灌缝后不能起到铺装强度愈合的效果，很快就会产生二次开裂或者被车轮带走，沥青类材料无法解决环氧沥青混凝土层的开裂问题。

泰州大桥刚柔复合型铺装上面层采用刚性的环氧沥青混凝土，下面层采用柔性的浇筑式沥青混凝土。裂缝处治方案的制定和灌缝材料的选取，应结合刚柔复合型铺装结构的特点，按照开裂层的位置和深度，裂缝的发展状况分级制定。

（1）针对开裂仅限于上层环氧沥青铺装层，采用高强环氧树脂类材料进行灌缝，并根据开裂程度选择直接灌缝或开槽灌缝方案,恢复铺装强度。

（2）针对开裂出现在下层浇筑式层或上下层贯穿开裂的情况，考虑到灌缝材料会渗透到铺装层间和层底，需与环氧、浇筑层兼具良好的粘结性能，并与粘结层有良好的匹配性，采用二次反应型环氧（即原铺装粘结层材料）对“浇筑层+环氧层”进行灌缝处理，有效封闭裂缝。

图2 高强环氧树脂灌缝（上层环氧开裂）

图3 二次反应型环氧树脂灌缝（下层浇筑式开裂）

钢桥面铺装的灌缝材料需要具有足够的强度和变形性能，与环氧沥青铺装较高的粘结性能，能够恢复刚柔复合型铺装的整体结构强度，自身应具有较高的抗裂性；灌缝材料还要求具有较高的渗透性、较低的黏度，在缝壁不完全干燥的状态下，仍可以完成固化；此外还要求施工工艺方便，养生时间短，可以满足当天养护当天开放交通的要求。

基于现场养护的需要，大桥公司组织研发了常温固化低黏度环氧树脂——ST型高强环氧树脂作为环氧层灌缝材料，并配以双官能度活性稀释剂进一步降低树脂固化物的黏度。

结合刚柔复合型铺装开裂状态下的受力特性，重点提高固化物的强度；优选具有柔性链段辅材及多胺脂环固化剂，既实现固化物的变形能力，并加速了固化反应速率以缩短养生时间，最终达到“高强耐久、快速固化和高渗透”的技术需求。本文重点介绍对ST型高强环氧树脂材料及二次反应型环氧树脂进行渗透性、强度、变形性能等性能试验，并与进口树脂和聚氨酯作对比分析。

图4 高渗透树脂灌缝材料关键组成

渗透性

采用砂介灌胶法试验评价灌缝材料的渗透性，以高度为54mm的单粒径砂样作为渗透介质，材料在此介质中的渗透深度作为其渗透能力。

表1中，胶结料渗透性能H，单位mm，按下式计算：

其中，S为容器的截面积3056mm²，ρ为砂样的堆积密度1.7g/ml。

a ST树脂

b 二次反应型环氧

图5 渗透性试验

图6 不同品种灌缝材料的渗透性

不同品种灌缝材料的渗透性试验结果见图6，试验结果表明ST环氧树脂与二次反应型树脂具有良好的渗透性，明显优于进口环氧树脂和聚氨酯，可保证微细裂缝满灌。

固化时间

按“当日施工，当日开放交通”的要求，采用不同固化时间条件下的拉拔试验评价材料的固化速率。当拉拔强度达到完全固化强度80%的时间定为该材料的固化时间，试验结果见图7。其中进口环氧树脂、聚氨酯固化最快，4～5h即可形成强度；高强ST型环氧树脂常温需要5～6h固化；二次反应型环氧树脂约24h完成固化，但其在半小时内即可指干。

图7 不同品种灌缝材料的常温固化时间

抗裂性

灌缝材料自身应具有一定抗拉强度和变形能力。为此，采用断裂拉伸试验评估灌缝材料的抗裂性能，试验结果见表2。ST环氧树脂具有足够高的拉伸强度，保证裂缝粘结效果，从而恢复铺装结构整体性；二次反应型环氧树脂拉伸强度相对较小，但其具有良好的变形性能，断裂延伸率达到213%，特别是与原防水粘结层材料性能相当，可以满足裂缝伸缩条件下良好的防水抗裂效果。

当刚柔复合型铺装裂缝仅出现在上层环氧时，选择高强ST环氧树脂作为灌缝材料，可以充分发挥其“高强耐久、高渗透、快固”的特性，恢复铺装表层强度；当裂缝贯穿“浇筑+环氧”结构时，选用二次反应型环氧树脂作为灌缝材料，可以发挥其与粘结层有良好匹配性的优点，能够满足裂缝伸缩变形条件下的封闭防水效果，并防止出现二次开裂。

高强ST环氧树脂修复

（1）高温稳定性

铺装表层开裂后会导致铺装整体强度下降，铺装层容易发生车辙类病害。为了验证高强ST树脂实际裂缝处治效果，室内成型“浇筑+环氧”复合件，表层环氧预切2.5cm深度的纵向裂缝，然后采用高强ST环氧树脂修补，养生固化后进行60℃动稳定度试验，并与未开裂试件和开裂未修补下的复合件抗车辙性能进行对比分析，对裂缝处治效果进行评估。

试验结果表明：

①对上层环氧裂缝采用高强ST环氧树脂修补后，60℃动稳定度达到9692次/mm，与未开裂状态21000次/mm相比，强度可以恢复到铺装完好状态下的50%左右，且达到裂缝未修补状况下的3倍左右，试件表面未出现明显变形。

②裂缝修补后，动稳定度试验位移随时间变化趋势与未开裂状况下基本相同，且较开裂状况下明显变缓。

a 树脂灌缝

b  车辙试验未出现明显变形

图8 裂缝修补后复合件车辙试验

图9 裂缝修补后抗车辙性能

图10 动稳定度：位移随时间变化规律

（2）长期高温抗车辙性能

为了评价裂缝修复后，铺装长期高温性能，对裂缝修复后的复合件进行10000次重复车辙试验。试件在长期荷载作用下，也没有出现明显车辙和二次开裂现象，ST环氧树脂具有良好的修复效果。

图11 重复车辙试件

二次反应型环氧树脂修复

针对完全开裂到钢板的裂缝,成型浇筑式+环氧复合件,切割小梁,对折断的复合件小梁试件断面采用不同灌封材料进行重新粘合拼接,待其固化后,进行低温(-10℃)的小梁弯曲试验,评价不同灌缝材料对刚柔复合型铺装结构贯穿式裂缝的修复效果。

图12 小梁试件弯曲试验后的断面

试验结果表明，与进口的灌缝环氧树脂、聚氨酯相比，采用二次反应型环氧树脂灌缝材料处治刚柔复合型铺装，裂缝修补效果最好，修复后小梁破坏应变相比开裂前有所提升，虽然弯拉强度有一定程度的衰减，但幅度不大。选用二次反应型环氧树脂作为刚柔复合型铺装裂缝修复材料，具有良好的变形能力，与粘结层有较好的匹配性，可以有效防止二次开裂，延长铺装使用寿命。

为了解决大跨径三塔两跨悬索桥桥面铺装的变形协调和高温稳定性问题，泰州大桥在国内首次大面积采用“下层3cm厚浇筑+上层2.5cm厚环氧”的刚柔复合型铺装技术。目前，泰州大桥刚柔复合型铺装总体状况良好。在预防刚柔复合型铺装结构的裂缝病害方面，研究制定了裂缝分级处治方案，配套开发了ST高强灌缝材料和二次反应型树脂。室内试验结果表明，高强ST环氧树脂灌缝材料和二次反应型树脂材料兼具良好的灌缝效果，渗透性超过70mm。当铺装结构仅环氧层开裂时，通过高强ST环氧树脂灌缝后，铺装结构动稳定度可恢复到开裂前强度的50%，较未修补前强度提高2倍。当铺装结构完全开裂时，采用二次反应型树脂灌缝后，变形恢复到开裂之前，强度衰减20%以内。

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