國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料在混凝土橋面中的應(yīng)用研究①

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

環(huán)氧瀝青混凝土是由砂石級配集料同環(huán)氧瀝青結(jié)合料拌合而成的一種強度高、剛性大的瀝青混凝土,具有良好的耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞特性[1]。國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料是橋面鋪裝的優(yōu)良材料,目前已在大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝中得到成功應(yīng)用[2]。在長期行車和環(huán)境因素的復(fù)合作用下，水泥混凝土橋橋面鋪裝承受的變形及應(yīng)力、行車與風(fēng)載的振動、鋪裝溫度等條件，較公路路面及機(jī)場路面復(fù)雜嚴(yán)酷得多，因而對鋪裝性能與耐久性能均有更高的要求[3]。

對環(huán)氧瀝青材料特性進(jìn)行研究，總結(jié)適合水泥混凝土橋面鋪裝的環(huán)氧瀝青試驗操作要領(lǐng)和控制技術(shù)指標(biāo)，可用于指導(dǎo)施工。

1 環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)

環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)一般有3種情況，即單層式、雙層式和復(fù)合式，如圖1所示。

2 原材料

國產(chǎn)多組分環(huán)氧瀝青是由組分A(環(huán)氧樹脂)和組分B(由石油瀝青和多種輔料組成的勻質(zhì)合成物)混合后形成不可逆的熱固性物質(zhì)。它不同于常規(guī)的道路瀝青和各類改性瀝青。試驗所用環(huán)氧瀝青為江蘇某公司生產(chǎn)的HLJ-5210、HLJ-7611多組分環(huán)氧瀝青。按使用目的的不同分為兩種類型，分別是用作粘結(jié)防水層的環(huán)氧瀝青粘結(jié)料(HLN型)和用作混合料拌和的環(huán)氧瀝青結(jié)合料(HLJ型)。其物理力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

圖1 環(huán)氧瀝青橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖

3 環(huán)氧瀝青混合料最佳油石比的確定

采用馬歇爾試驗方法對混合料的物理力學(xué)性能進(jìn)行研究和評價。擬定4個油石比為：5.5%、6.0%、6.5%和7.0%，對應(yīng)的結(jié)合料用量分別為：5.21%、5.66%、6.12%和6.53%。根據(jù)規(guī)定，每組油石比做3個馬歇爾試件，試驗結(jié)果見表2。

通過分析比對，將確定環(huán)氧瀝青混合料最佳油石質(zhì)量比時可借鑒的控制性指標(biāo)列于表3。

4 環(huán)氧瀝青混合料的應(yīng)用性能研究

在確定最佳油石質(zhì)量比后，對國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行了水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能以及抗疲勞性能指標(biāo)的測試,并與水泥混凝土橋面鋪裝常用的其他瀝青混合料的應(yīng)用性能進(jìn)行了比較。

表1 環(huán)氧瀝青物理力學(xué)性能指標(biāo)

表2 環(huán)氧瀝青混合料的體積特性與馬歇爾試驗結(jié)果

表3 確定環(huán)氧瀝青混合料最佳油石比時可借鑒的控制性指標(biāo)

4.1 水穩(wěn)定性能

JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，48 h浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比作為評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的常用指標(biāo)。

4.1.1 浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗

采用油石比6.4%時，每次試驗采用3組試件，試驗結(jié)果取平均值。瀝青混合料馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果為：混合料空隙率<2%，殘留穩(wěn)定度為113.5%，具體結(jié)果見表4。在進(jìn)行不同油石比試驗時，發(fā)現(xiàn)飽和度越大對環(huán)氧瀝青混合料的水穩(wěn)定性越有利，空隙率越小時殘留穩(wěn)定度越高。

表4 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

4.1.2 凍融劈裂試驗

根據(jù)T 0729—2000《瀝青混合料凍融劈裂試驗》方法的規(guī)定，用擊實法雙面各擊實50次制作馬歇爾試件，在-18 ℃溫度下凍融循環(huán)后，測定試件在凍融前后的劈裂抗拉強度，并計算殘留強度比(TSR)，試驗結(jié)果見表5。

表5 混合料凍融劈裂強度試驗結(jié)果

以上兩組試驗的結(jié)果表明，環(huán)氧瀝青混合料凍融劈裂強度比分別為88.4%和87.3%，均高于規(guī)范規(guī)定的80%的要求。由此可見，無論是浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，還是凍融劈裂強度比，環(huán)氧瀝青混合料均具有很好的抗水損壞能力。

4.2 高溫穩(wěn)定性能

瀝青混合料的高溫性能通過車轍試驗進(jìn)行評定。試驗方法為：在120 ℃溫度下制作環(huán)氧瀝青混合料車轍試件，試件成型后放入120 ℃的烘箱中固化12 h，然后待試件溫度降至室溫后(放置時間以48 h為宜)進(jìn)行車轍試驗。環(huán)氧瀝青混合料60 ℃動穩(wěn)定度檢測結(jié)果見表6。

表6 環(huán)氧瀝青混合料車轍試驗結(jié)果(60 ℃，0.7 MPa)1)

由表6可見，未養(yǎng)護(hù)固化的車轍試件動穩(wěn)定度達(dá)到3 805次/mm，經(jīng)固化后環(huán)氧瀝青混合料動穩(wěn)定度達(dá)到32 500次/mm。課題組還測試了70 ℃溫度條件下環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度。車轍試驗結(jié)果顯示，動穩(wěn)定度平均為18 375次/mm，總變形為0.56mm。在同等條件(70 ℃,0.7 MPa)下，所得SBS改性瀝青混合料(混合料類型為AC-16C，瀝青為70號A級道路石油瀝青，SBS摻量為5%)車轍試驗結(jié)果，動穩(wěn)定度為3 075 次/mm，總變形為3.14mm。環(huán)氧瀝青混合料在車輛荷載作用下產(chǎn)生的車轍變形比其他改性瀝青要小得多?？梢姯h(huán)氧瀝青混合料具有很高的抗車轍變形能力。

4.3 低溫穩(wěn)定性能

按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》的方法來評價環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗裂性，試驗結(jié)果見表7。

表7 多種瀝青混合料彎曲試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果看，環(huán)氧瀝青混合料在-10 ℃時的彎曲應(yīng)變?yōu)?.57×10-3，優(yōu)于規(guī)范規(guī)定的3.0×10-3，說明環(huán)氧瀝青有很好的低溫變形能力。15 ℃時的彎曲應(yīng)變?yōu)?.01×10-3。環(huán)氧瀝青混合料在-10 ℃和15 ℃時的彎曲應(yīng)變非常接近，說明其在低溫條件下有與常溫時相近的變形能力。

4.4 抗疲勞性能

橋面鋪裝層的使用壽命除了受剪切、推移、水損壞等的影響之外，鋪裝層混合料的抗疲勞開裂性能也是鋪裝材料選擇中的一個重要指標(biāo)。在MTS試驗儀上采用劈裂疲勞方法得到的試驗結(jié)果見表8。

表8 混合料疲勞試驗結(jié)果(15 ℃)1)

由表8可見，常溫下，在相同荷載(6 kN)和頻率(8 Hz)下，AC改性瀝青和SMA試件的平均劈裂疲勞壽命分別只有7 344和8 079次，而環(huán)氧瀝青混合料試件加載30 000次未破壞，其劈裂疲勞壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AC改性瀝青和SMA。環(huán)氧瀝青混合料試件在18 kN、5 Hz條件下，其劈裂疲勞壽命達(dá)18 133次，可見環(huán)氧瀝青混合料在超大荷載作用下也具有很高的疲勞壽命。

5 結(jié)論

5.1 對國產(chǎn)多組分環(huán)氧瀝青混合料高溫、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性指標(biāo)的檢驗，應(yīng)在環(huán)氧瀝青基本固化后進(jìn)行，固化溫度及固化時間采用120 ℃，12 h(或125 ℃，4 h)。

5.2 混合料的各項技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求：車轍試驗動穩(wěn)定度DS≥25 000次/mm(60 ℃)，或DS≥15 000次/mm(70 ℃)；浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度≥85%；凍融劈裂殘留強度比TSR≥85%；-10 ℃低溫彎曲應(yīng)變εB≥3.0×10-3。

5.3 國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土在水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等方面具有優(yōu)異的性能，其在混凝土橋面鋪裝的應(yīng)用前景樂觀。試驗中得到的國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試驗的控制性指標(biāo)，為更深入研究環(huán)氧瀝青混合料提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王建偉，沈家林，錢振東.國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料施工控制[J].東南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，39(6)：1226-1230.

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[3] 羅立紅.環(huán)氧瀝青水泥混凝土防水粘結(jié)層施工技術(shù)研究[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2010(12)：97-99.