中华人民共和国交通运输行业标准

《桥面铺装冷拌树脂沥青》

Binder materials for epoxy cold-mixture pavement on steel bridge deck

编写说明

（送审稿）

《桥面铺装冷拌树脂沥青》

编写组

2015年12月

一、任务来源

根据《交通运输部关于下达2014年交通运输标准化计划的通知》交科技发【2014】159号文件，批复编号JT2014-126，由宁波天意钢桥面铺装技术有限公司、中路高科（北京）公路技术有限公司和交通运输部公路科学研究院作为起草单位承担行业标准《桥面铺装冷拌树脂沥青》的编写任务。

二、编制标准的目的和意义

近年来，我国钢桥面沥青铺装技术取得了明显的技术进步，不仅从国外引进的双层热固性环氧沥青铺装技术和浇筑式+SMA铺装技术逐步得以完善并国产化，由国内自主创新形成的冷拌树脂沥青组合体系铺装技术（ERS）也得到了快速的发展。

ERS铺装技术是“树脂沥青组合体系钢桥面铺装技术”的缩写。其中“E”（Epoxy bond chips layer）是指树脂沥青胶结料粘结碎石形成的抗滑层；“R”（Resin Asphalt）是指冷拌树脂沥青混凝土；“S”是SMA上面层的缩写。ERS钢桥面铺装典型结构是EBCL＋RA混合料＋SMA上面层。其中EBCL作为防水抗滑粘结层，RA混合料作为铺装整体化层、SMA作为表面功能层，各层分工明确。其典型结构图如下：

ERS铺装典型结构图

其工作原理是：

1）钢板抛丸除锈后，涂布一层树脂沥青胶结料并洒布小碎石颗粒与钢板牢固粘结，在光滑的钢板上形成一层防水防腐且凹凸不平抗滑的EBCL界面，约束铺装层整体不产生水平滑动位移和开裂。

2）RA混合料强度高、孔隙率小、高温稳定性好、可常温拌合摊铺施工，将RA混合料（一般2-75px厚）铺筑在EBCL防水界面上，可保护EBCL界面免受SMA施工高温以及机械设备的损伤，还可以有效地抵抗、分散集中的车轮荷载，RA层与EBCL界面的铺装组合大幅提高了铺装结构的防水可靠性。

3）当RA混合料铺装完成后，光滑导热的钢板表面已变成了类似于水泥混凝土的表面，用SMA混合料作为铺装表面的行车功能层，不仅可为桥面铺装提供优良的行车舒适性和外观，并且降低了整个钢桥面铺装的综合造价。

目前，使用ERS铺装技术铺筑的钢桥面已超过40座，桥型覆盖了悬索桥、斜拉桥、钢拱桥、以及连续梁桥等所有桥梁结构，铺筑的区域涵盖了寒冷的东北、炎热的广东、中原地区以及长江中下游地区，经受了复杂的气候条件的考验，有些ERS钢桥面铺装已运行8年未见任何维修，说明ERS铺装技术已逐步成熟，能够满足现代交通的使用需要。其中浙江嘉绍大桥为连续6塔斜拉桥，双向8车道，钢桥面总铺装面积超过了10万㎡，2013年采用了ERS铺装技术进行钢桥面铺装，从钢板抛丸除锈直至SMA铺装全部完成仅用了19天，创造了国内钢桥面铺装施工速度的记录。由此可见可在常温下施工的ERS铺装技术的具有良好的施工方便性。

ERS铺装技术的原理、观点和关键材料与国外引进的铺装技术有明显的不同：

ERS铺装技术以环氧碎石粘结层（EBCL）作为界面防水抗滑的粘结层，克服了原来海沧、宜昌等大桥采用双层SMA铺装时界面容易发生剪切滑动、铺装层容易推移开裂的结构缺陷。

因EBCL界面胶结料采用了常温固化剂，使得界面防水粘结层可以在常温下施工并快速固化，后续的树脂沥青混合料（RA）铺装施工可以等EBCL界面层完全固化形成强度后再开始，从而规避了热固性环氧铺装热料运输车粘连尚未固化的界面粘结层的施工难题，进而使铺装摊铺施工可以全幅宽进行，不必因热料运输问题而进行分幅施工。同样，RA胶结料也采用常温固化剂，使得RA层也可以在常温下拌合、摊铺碾压，大大减少了铺装施工的困难，降低了铺装施工对环境及温度的要求。

因为树脂沥青中含有环氧树脂和常温固化剂成分，混合后经化学反应后生成不可逆转的固体材料，不再是具有热流塑性的石油沥青材料，所以RA混合料固化后具有很高的稳定度和抗车辙能力，也无需担心因孔隙率过小而产生沥青混凝土的饱和及高温流变问题。这一特性很好的解决了沥青混合料的孔隙率、高温稳定性、和铺装防水之间的矛盾，对于提高钢桥面铺装的防水性能十分有利。这一改进不仅有效地克服了石油沥青类铺装混合料的高温稳定性不足问题，也避免了沥青混合料的施工高温、简化了施工工艺，降低了钢桥面铺装施工对进口特殊设备的依赖。

ERS铺装之所以施工简便且性能优良，其关键因素之一是创新研发了可以在常温下施工且可以固化的树脂沥青胶结料。在此之前，国内较为流行的双层环氧沥青铺装采用的胶结料是热固性环氧沥青，即该胶结料的施工及固化需要一定的热量和时间。鉴于该引进技术通常被人们称之为“环氧沥青”，为避免与之混淆，ERS铺装的研发人员将这种可以常温施工并固化的环氧树脂、固化剂和石油沥青组成的混合物称之为“树脂沥青”。

环氧沥青和树脂沥青的共同点在于：两者都是由环氧树脂、石油沥青和固化剂组成的化合物，都是依靠促使环氧树脂开环发生化学的交联固化反应，将环氧树脂、固化剂以及石油沥青等物质织连成更大的长链大分子结构，从而改变石油沥青高温下容易流变的基本特性。采用环氧沥青或树脂沥青都可以大幅提高沥青胶结料以及混合料的力学品性，例如，混合料优良的高温抗车辙能力、低温抗裂和适应变形的能力、优良的防水能力（减小混合料的孔隙率而无需担忧混合料的饱和蠕变）、优良的耐候和耐腐蚀能力等。两者的区别在于：热固性环氧沥青采用酸或酸酐类的中高温固化剂来固化环氧树脂，因此，其混合料的施工及养生固化均需要在中高温（120℃）条件下才能进行。而树脂沥青采用多元胺类的常温固化剂来固化环氧树脂，通过化工原料配方的反复调整，使胶结料在常温条件下具有良好的流动性和合适的粘度，即可以用来涂布施工，也可以用来拌合级配矿料形成树脂沥青混合料。因此，树脂沥青的铺装施工无需加热，在常温条件下一般2-3天即可固化达到设计强度，施工比较简洁方便。

ERS铺装是我国国内自主创新的钢桥面铺装方式，虽然已在国内有众多成功的应用案例，但国家尚未建立、出版相应的行业施工技术规范，也没有相应的材料行业标准。因为缺少权威性的行业标准，工程建设单位、设计单位在选用ERS铺装技术时不得不就ERS铺装的关键材料性能设计指标进行多次的讨论。关键材料的试验规程和试验方法也缺少统一的标准和规范，监理单位、施工单位以及质量检测单位对树脂沥青材料的质量、性能难以做出一致的是非判断。另一方面，随着ERS铺装技术的逐步普及，市场上ERS铺装的仿制品也逐渐增多。某些材料供货商并未完全理解ERS铺装所需的胶结料性能要求，所提供的类似胶结料性能往往以偏概全，过分的强调了胶结料某些方面的性能而忽略了其它方面的性能要求。例如，有的胶结料过分的强调了胶结料的强度而忽视了胶结料应有的变形能力，致使铺装层偏于硬脆，容易出现脱层病害。也有的人为了能够实现冷拌施工，降低胶结料的粘度，在胶结料中添加甲苯或二甲苯等非活性溶剂，不仅使得施工现场充斥有毒有害的挥发性气体，而且残留在胶结料中的溶剂后期会缓慢挥发气化，给钢桥面铺装留下了产生鼓包和气泡的隐患。也有些人使用溶剂类橡胶材料替代石油沥青换取胶结料的柔韧性，但忽略了橡胶类材料在高温时容易出现分解和变质现象的缺陷。这些不良仿制材料的使用导致某些“ERS”铺装产生了早期的快速破坏，使不明真相的业主和用户对ERS铺装技术产生了误解。因此，需要出台相应的规范性要求，对有可能构成胶结料潜在隐患的掺配行为进行限制。

为了规范钢桥面铺装的市场，促进ERS铺装技术的发展，制定《桥面铺装冷拌环氧树脂沥青》的交通行业标准是十分必要的。通过制定本标准，可以对现有ERS铺装技术体系的各项指标及其依据进行充分的讨论，补充完善，进而可以指导工程建设单位、设计与施工单位正确选择树脂沥青关键材料。同时，建立公开的行业材料标准，将促进众多的材料生产商和研发单位进行技术创新，研发出更加质优价廉的树脂沥青胶结料，防止技术垄断，推动国家号召的全民创新活动，进一步提升我国钢桥面铺装的技术水平。

三、编制过程

ERS铺装技术由我国自主创新研发，其冷拌树脂沥青胶结料产品标准目前在世界上还是一项空白。应该对胶结料的哪些性能提出必须的技术要求？该要求的数值应该是多少？其依据是什么？面对这些问题，编写起草小组并不能从国内外现有的技术规范或文献中直接获得参考资料。为此，标准编写起草小组的人员进行了大量的基础调研和试验对比工作，与有关业内专家也多次进行商讨。在吸取我国现有的双层环氧沥青铺装技术规范以及浇筑式铺装钢桥面技术规范成功编写的基础上，也分析了现有规范存在的一些不足，编写组结合ERS铺装的原理和施工实际的需要，分析、归纳、整理出树脂沥青胶结料产品应该具有的各项技术要求。为了避免出现某些关键材料只有技术指标要求但缺少相应力学分析依据或存在逻辑悖论的尴尬情况，编写小组系统地编写了与产品性能要求配套的技术说明，力求对技术要求中的每一项数值、使用条件或制定背后的考量等做出尽可能详细的解释。

宁波天意钢桥面铺装技术有限公司是ERS铺装的原创发明单位，近年来根据ERS铺装实践中观察到有关问题对树脂沥青胶结料的性能不断进行改进完善，其树脂沥青胶结料产品的稳定性和可靠性均有了大幅的提高。在接到编写任务后，天意公司比较系统的进行了大量的补充试验研究，为标准制定提供了可靠的试验依据。此外，宁波天意钢桥面铺装技术有限公司还编写了树脂沥青胶结料的标准试验规程和试验方法，就树脂沥青胶结料产品的包装、储存和运输等环节制定了相应的规定和要求，使得产品标准的完整性和可靠性进一步完善。

根据交通运输部交科技发【2014】159号文件，由宁波天意钢桥面铺装技术有限公司和交通运输部公路科学研究院负责起草制定本标准。在全国交通工程设施（公路）标准化技术委员会的指导下，编制组制定了工作计划，包括时间进度、人员安排，并拟定了标准内容的构成及起草依据。

2015年02月～2015年03月，成立标准起草组，制定工作计划；

2015年03月～2015年09月，完成标准征求意见稿，发送至中交公路规划设计研究院、中铁大桥勘测设计院、北京市市政工程设计研究总院、华东勘测设计研究院、中国科学院大学、长安大学、福州大学、宁波工程学院、杭州湾大桥发展有限公司、宜昌长江大桥总公司、湖北省汉十高速公路管理处、宁波通途投资开发有限公司等20家单位广泛征求意见；

2015年09月～2015年12月，共有10家单位就征求意见稿的修改给出书面回函，共提意见45项次。编制组仔细研究了各家提出的修改意见，将各家的意见进行了分类汇总，形成了《意见汇总处理表》，并据此对标准的征求意见稿再次做出修改完善，于12月中旬形成了本标准送审稿，反馈给有关专家再次审阅。

2016年01月05日，由全国交通工程设施（公路）标准化技术委员会在北京组织有关专家召开本标准送审稿专家评审会，根据审查会的专家意见和回忆纪要对送审稿再次修改，最终形成报批稿上报。

四、有关技术指标的条文说明

4.1 关于界面粘结用胶结料（EBCL胶结料）性能要求的相关说明

1） EBCL胶结料对钢板的粘结强度和自身变形能力的要求

ERS铺装力学分析计算的成果表明，ERS钢桥面铺装钢板界面处的剪应力一般约0.5MPa, 在超载的极端情况下，界面剪应力有可能会达到甚至超过1.0 MPa。多个施工现场的温度检测表明，在夏季高温季节，黑色沥青路面的地表温度可达70℃，桥面钢板处的温度约60℃左右。按此不利组合且考虑一定的安全储备，故提出EBCL胶结料对钢板的附着力（拉拔强度）应≥3.0 MPa (70℃)的性能要求。设置常温拉拔强度≥10MPa/(25℃)的附着力检测指标是为了便于施工现场的检测和判断。

树脂类胶结料的强度和可变形性通常是一对矛盾，过分强调强度，特别是高温强度，牺牲的则是胶结料的可变形能力。而胶结料的可变形能力又与铺装层追随钢桥的变形能力有紧密关系。

众多的工程实践表明，钢桥面铺装若要成功，其铺装界面与钢板必定牢固粘结，不能有相对位移发生。因此可以假定，铺装层的底面与钢板顶面的变形是连续的，即EBCL防水抗滑层的胶膜变形与钢板顶面的受力变形应当是相当接近的。铺装力学分析的研究已经指明，钢桥面铺装在正常受力的使用情况下，钢板表面的计算变形值一般只有300-400个微应变左右，极端情况下会达到600个微应变，即约0.06%的变形。即使按Q345型钢材的极限应力与钢材弹性模量的比值（345/2.1X10⁵）计，其钢板表面的最大应变值也只有约1650个微应变。超过这个应变值，钢材的应力值将达到屈服状态，钢箱梁结构已经不安全了，桥面铺装也就失去了存在的意义。依据界面处变形连续的假定，理论上说，EBCL界面胶结材料变形能力只要大于1650个微应变即可满足钢桥面铺装受力变形的要求，即变形率应大于0.165%。然而，桥面铺装是在千百万次的车轮荷载的往复冲击作用下工作的，桥面铺装界面粘结材料在长期使用情况下会出现材料老化和性能衰退现象，钢桥面铺装界面胶结材料在保证粘结强度要求的同时其可变形能力应尽可能提高一些。因此规定，EBCL胶结料的断裂伸长率应不小于20%（25℃）。

2） EBCL胶结料固化后应具备高温不变质特性的要求

研究表明，当热拌SMA混合料铺筑时，SMA混合料的热量会使RA混合料层加热，RA混合料层下的EBCL界面处的温度有可能会接近100℃。当EBCL胶结料中含有挥发性溶剂类物质时，溶剂类物质可能会受热气化，给铺筑层留下产生鼓包气泡的隐患。在夏季高温季节，若胶结料中含有挥发性溶剂，其溶剂的缓慢释放也可能导致铺装层出现鼓包。故本标准在技术要求中规定，EBCL胶结料在固化后应具有高温不变质特性。即胶结料不能因受热产生气化，损失重量，也不能因受热发生变质，影响EBCL胶结料对钢板的粘结效果。180℃/1h是SMA混合料对RA层的加热极限，固化后的EBCL胶结料在此温度下若没有重量损失或变质，则可保证铺装界面受热后的安全可靠。

3） EBCL胶结料施工和易性的要求

胶结料的粘度、指干时间、固化时间是反映胶结材料固化速率快慢的指标，制定EBCL胶结料的这些施工和易性指标的目的是使EBCL现场施工方便快捷。钢桥铺装施工一般都是选在非冬季温度较高的时候进行，在这个温度下，若胶结料固化反应速度过快，EBCL胶结料的刮涂和碎石撒布施工则会显得十分仓促。因此规定，EBCL胶料在25℃的指干时间应大于2小时。同样的原理，如果EBCL胶结料施工后长时间不能固化表干，暴露在自然条件下尚未固化的EBCL涂层一旦受到暴雨的击打和冲刷则容易影响EBCL的化学反应，最终影响EBCL的粘结质量。因此规定，EBCL胶结料的表干时间应小于24小时。一般来说，在现代气象预报条件下，24小时内的天气情况是可以预知的。EBCL胶结料表干时间小于24小时的特性，将使EBCL胶结料涂布后尚未固化便遭受雨淋的概率大为减少。EBCL胶结料表干固化后，其粘结强度随时间延长会持续增加，当EBCL粘结强度达到5.0MPa后，在EBCL界面上进行后续工序施工的车辆、设备等才不容易对已经固化成型的EBCL界面造成破坏，规定EBCL胶结料从表干状态至达到5.0MPa拉拔强度所需的时间不大于3天，可以使后续施工尽快开始，施工现场的操作比较方便。

EBCL胶料的粘度与外界温度和反应的持续时间紧密相关。温度升高，胶结料的粘度下降。反应时间增加，胶结料的粘度增加，直至成为固体状态。EBCL胶结料的粘度对施工有一定的影响，因桥面上设计有纵横坡，粘度过小的EBCL胶结料在刮涂施工后会向低点流动堆积，造成EBCL胶结料涂膜薄厚不均；EBCL胶结料若粘度过大，则会造成施工刮涂操作困难。因此，需要对EBCL胶结料的初始粘度进行相应的规定。从施工现场的实际应用情况看，7-12 Pa.s（25℃）的粘度比较适宜刮涂施工。在具体要求的指标上之所以未明确提出7-12 Pa.s的粘度要求，是因为许多时候施工现场的钢板表面温度与25℃的规定温度出入很大。在技术要求中提出采用目测法，要求EBCL胶结料涂布后不流淌、不堆积已经可以实现的提出此要求的目的。

4.2 关于混合料拌合用胶结料（RA胶结料）性能要求的相关说明

1）关于RA胶结料的粘度

制定RA胶结料的粘度指标是因为现场施工RA混合料拌合生产的需要。在常温条件下，RA胶结料的粘度值过低，所拌合生产的RA混合料容易发生离析；RA胶结料的粘度过大时，RA混合料拌合生产的均匀性将比较困难，拌合时间不得不明显增加。规定RA胶结料的常温拌合粘度为1.0-3.0Pa.s（25℃）参考的是部颁规范中石油沥青材料≯3.0 Pa.s（135℃）的相关规定。ERS的工程实践经验表明，1.0 Pa.s左右的RA胶结料粘度比较适宜混合料的常温拌合生产。

2）RA胶结料的指干时间和固化时间

当树脂沥青胶结料的A、B组分混合后，交联固化反应即开始，胶结料的粘度随时间延长逐步增加，直到形成固态的树脂沥青。规定RA胶结料的指干时间需大于6.0小时（25℃）的目的仅仅是限制RA胶结料的粘度不宜增长过快，引导生产厂家注意考虑拌合及摊铺碾压施工的需要，并非意味着RA混合料的施工有约6小时的容许时间。在不影响RA胶结料其它性能的前提下，RA胶结料的表干时间应尽可能长一些，粘度增长应尽可能慢一些，以便RA混合料的施工即使在夏季高温季节也能比较从容。规定RA胶结料的固化时间需小于72小时的意义在于，当RA混合料施工完成后，其混合料的强度应能较快的增加，以便后续的施工能够尽快开始。一般来说，夏秋季节施工时，RA混合料2-3天左右即可达到≥40KN的马歇尔稳定度，足够承担后续SMA施工的各种设备及车辆荷载。

3）RA胶结料的胶膜断裂强度和伸长率

RA胶结料的胶膜断裂强度和伸长率要求是依据多年RA混合料的强度和变形的试验数据积累制定的。RA胶结料的断裂强度和伸长率与RA混合料的综合性能有相关关系。一般概念认为，RA胶结料的断裂伸长率较大时，RA混合料的流值和小梁低温弯曲应变值也应该较大，但试验的数据上并不能证明此相关关系。倒是油石比的增加混合料的柔韧性增加的效果更佳明显一些。例如，RA混合料的油石比为8.0%时，RA混合料的小梁低温弯曲应变值大于5000微应变，当油石比增加到10%时，微应变值显示大于7000。相关的试验研究表明，当RA混合料能够达到表3的各项性能要求时，RA胶结料的断裂强度和伸长率通常会呈现本标准中表2所列的断裂强度和伸长率特征。据此归纳整理，得出RA胶结料的断裂强度和断裂伸长率的具体技术要求。用该技术要求在胶结料进场前对RA胶结料的性能进行检测，判定其是否合格，可有效提高RA混合料性能合格的保证率。在保证RA混合料各项综合性能优秀的前提下，选择断裂伸长率更大的RA胶结料产品应有助于提高RA混合料的韧性。

表3  树脂沥青混合料（RA）的性能要求

4） 关于RA胶结料固化后的高温稳定性

RA胶结料之所以要规定其耐热性以及高温重量损失率是为了限制依靠挥发性溶剂调整胶结料粘度的行为。如前所述，如果RA胶结料中含有挥发性溶剂或高温不稳定物质，在夏季高温季节以及遭遇SMA混合料施工高温时，RA混合料因被加热温度升高，挥发性溶剂容易气化、挥发，造成RA层的鼓包和脱层等病害隐患；或因含有高温不稳定物质导致RA胶结料分解变质，降低RA混合料的综合性能。选用180℃/1h作为考察RA胶结料的高温稳定性指标是因为SMA混合料对RA层最不利的加热情况一般不会超过此工况条件。

五、有关试验方法的说明

（1）拉拔强度试验

本标准的拉拔强度试验是参考GB 5210-85《涂层附着力的测定方法拉开法》、ISO 4624-02标准的方法进行编写的。

（2）拉剪强度试验

本标准的拉剪强度试验是参考GB/T 7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》的方法进行编写的。

（3）指干试验

本标准的指干时间试验是按GB/T13477.5-2002《建筑密封材料试验方法》第5部分，表干时间的测定方法进行编写的。

（4）固化时间试验

本标准的固化时间试验是按GB/T14074.7-1993《木材胶粘剂及其树脂检验方法—固化时间测定法》的方法进行编写的。

（5）断裂强度及断裂伸长率试验

本标准的断裂强度及断裂伸长率试验是参考GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的方法进行编写的。

（6）高温质量损失率试验

本标准的高温质量损失率试验是根据胶结料的使用需求和试验操作方便的需要编写的。

（7）黏度试验

本标准黏度试验按JTG  E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青恩格拉黏度试验（T0622-1993）方法进行编写的。

附件1：征求意见稿回函以及处理意见。

附件2：范例： EBCL胶结料和RA胶结料产品出厂检测报告。