國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律研究

王利永

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

環(huán)氧瀝青是將環(huán)氧樹脂加入瀝青中，經(jīng)與固化劑發(fā)生硬化反應(yīng)，形成不可逆的固化物。這種固化物從根本上改變了瀝青的熱塑性，從而賦予瀝青全新的優(yōu)良的物理、力學(xué)性能。環(huán)氧瀝青混凝土是由殼牌石油公司開發(fā)，最初用于機(jī)場(chǎng)道路以抵抗飛機(jī)燃油和噴氣的侵害。于1967年首次用在美國(guó)San Mateo-Hayward大橋正交異性鋼板橋面的鋪裝層，并取得了良好的鋪裝效果。環(huán)氧瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，性能有很大的區(qū)別。例如其強(qiáng)度、剛度、耐久性等都與水泥混凝土頗為相似，但同時(shí)它又在很多方面具有瀝青混凝土的優(yōu)良特性。目前國(guó)內(nèi)橋面鋪裝上所使用的環(huán)氧瀝青材料多為進(jìn)口的美國(guó)環(huán)氧瀝青和日本環(huán)氧瀝青。2007年，天津海河富民橋首次使用國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青進(jìn)行橋面鋪裝，并獲得成功。隨后國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青又成功的應(yīng)用于武漢天興洲長(zhǎng)江大橋、閔浦大橋、龍華港大橋等，改變了依靠進(jìn)口環(huán)氧瀝青進(jìn)行橋面鋪裝的落后局面，翻開了國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的新篇章。環(huán)氧瀝青混合料的其中一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度很大。其強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律不同于普通瀝青及一般的改性瀝青混合料，它的強(qiáng)度隨著環(huán)氧樹脂反應(yīng)的進(jìn)行而不斷增大。為了研究環(huán)氧瀝青混合料在攤鋪壓實(shí)之后開放交通的時(shí)間，有必要在室內(nèi)進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律的研究。隨著國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青的推廣應(yīng)用，本文選取國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青進(jìn)行試驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究了國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料在常溫下的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，并由此確定實(shí)際鋪裝中環(huán)氧瀝青混合料的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

1 試驗(yàn)材料

優(yōu)質(zhì)的原材料是保證橋面鋪裝性能的先決條件，為滿足橋面混凝土鋪裝的性能要求，確保環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的成功實(shí)施，必須嚴(yán)格按照技術(shù)要求，做好集料與瀝青這兩種關(guān)鍵材料的選擇。

環(huán)氧瀝青混合料在作為大跨徑混凝土橋面鋪裝材料時(shí)，必須選用干凈、堅(jiān)硬、耐磨，表面100%為破碎石，形狀以立方體為主的集料，并且要與瀝青有良好粘附性，以提高鋪裝層的耐磨性能和抗滑性能。環(huán)氧瀝青混合料鋪裝使用的礦料首先必須滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于“高速公路”的所有要求。

本文使用的國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青為HLJ-5210型國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青結(jié)合料。它是由雙組分組成:組分A(環(huán)氧樹脂)和組分B(一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質(zhì)合成物)。國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青的制備工藝具體為:首先將A組分加熱到80℃～90℃，B組分加熱到125℃ ～135℃，兩組分混合后溫度在120℃左右為宜，攪拌4min～6min，兩者混合均勻制備成國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青。固化后的國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合表1中的規(guī)定。

表1 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青技術(shù)指標(biāo)

采用較細(xì)的級(jí)配可以延長(zhǎng)橋面鋪裝層的疲勞壽命，但偏細(xì)的級(jí)配將減小路面的宏觀粗糙度，對(duì)其抗滑是不利的。綜合考慮抗疲勞及抗滑的要求，并且兼顧鋪裝厚度的要求，本文采用我國(guó)規(guī)范中的AC-13級(jí)配。AC-13級(jí)配屬于細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土礦料級(jí)配，既能考慮到混凝土的疲勞壽命，又能滿足路面的抗滑要求。通過馬歇爾試驗(yàn)，綜合考查固化及未固化試件的性能后，確定最佳油石比為6.2%。

2 國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律

本研究根據(jù)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)最終確定的最佳油石比，按照制作工藝，制備馬歇爾試件，分成三組:一組試件在120℃高溫下固化4 h，測(cè)其空隙率和25℃劈裂抗拉強(qiáng)度;另一組試件分別在常溫下固化 1 d，3 d，5 d，10 d，15 d，30 d，然后測(cè)其空隙率和25℃劈裂強(qiáng)度;最后一組在60℃條件下固化3 d，測(cè)其空隙率和25℃劈裂強(qiáng)度。三組試件比較，分析國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，并最終確定混凝土橋面鋪裝最早開放交通的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 不同養(yǎng)護(hù)條件下國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度形成

由表2可知，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試件在120℃高溫下完全固化，其25℃劈裂強(qiáng)度要明顯大于未經(jīng)高溫養(yǎng)護(hù)的試件。通過國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料未固化試件在常溫下經(jīng)過不同養(yǎng)生時(shí)間后的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未固化試件隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，其劈裂強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，但是強(qiáng)度增長(zhǎng)速度緩慢，尤其是后期增長(zhǎng)很不明顯，養(yǎng)護(hù)30 d之后劈裂強(qiáng)度約為最終強(qiáng)度的85%，且溫度條件對(duì)試件強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響很大，隨著養(yǎng)護(hù)溫度的升高，其強(qiáng)度增長(zhǎng)速度就越快。如表2中數(shù)據(jù)所示，分別在60℃條件下和常溫下養(yǎng)生3 d，前者的劈裂強(qiáng)度與后者比較，提高了近2倍。此外，試驗(yàn)結(jié)果表明，養(yǎng)生方式的不同以及常溫下養(yǎng)生時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)混合料的空隙率沒有明顯影響。因此考慮到常溫下國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料在攤鋪壓實(shí)之后，最好維持封閉交通30 d以上。由于實(shí)際橋面鋪裝施工期間的溫度條件與室內(nèi)試驗(yàn)期間并非一致，具體的封閉交通時(shí)間還要根據(jù)施工時(shí)的氣溫情況而定。

3 結(jié)語(yǔ)

1)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料經(jīng)高溫養(yǎng)護(hù)后(120℃，4 h)，其劈裂強(qiáng)度要明顯大于未經(jīng)養(yǎng)護(hù)的。常溫下，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度隨養(yǎng)生時(shí)間的增加而增大，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度緩慢，尤其是后期增長(zhǎng)很不明顯。2)國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料在室溫下養(yǎng)生30 d，其劈裂強(qiáng)度可以達(dá)到最終強(qiáng)度的85%左右。在常溫條件下養(yǎng)護(hù)，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層最好維持封閉交通30 d以上。3)環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層養(yǎng)護(hù)期間需封閉交通，以避免對(duì)鋪裝造成早期損害，待其強(qiáng)度達(dá)到要求的范圍后方可開放交通。

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