環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量控制研究進(jìn)展

張林艷， 趙映琴， 封基良， 李先延， 徐默楠， 封志佼

(1.云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院， 昆明 650500； 2.云南暢坦科技有限公司， 昆明 650000； 3.云南賓南高速公路有限公司， 大理 671000； 4.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 昆明 650000)

2019年9月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》指出，未來的交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需滿足“科技創(chuàng)新富有活力、智慧引領(lǐng)”的要求[1]。開發(fā)耐久性路面材料是發(fā)展長壽命路面的關(guān)鍵技術(shù)，高模量改性瀝青是中外廣泛選擇的重要長壽命瀝青材料。環(huán)氧瀝青作為高模量改性瀝青膠結(jié)料之一，從根本上改變了普通瀝青的熱塑性，強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)，能有效抵抗輪胎作用產(chǎn)生的表面磨損，并具有較好的阻燃作用，低溫下不易變脆，高溫下不易熔化[2]，甚至在完全固化之前就允許開放早期交通，以其不可比擬的優(yōu)異路用性能被廣泛應(yīng)用于大跨徑鋼橋面、機(jī)場跑道、公交車站、人行天橋、防滑路面及排水路面等結(jié)構(gòu)層的鋪裝[3-4]。

環(huán)氧樹脂改性石油瀝青的研究始于20世紀(jì)60年代，最早被應(yīng)用于美國San Mateo-Hayward大橋鋪裝層，距今已服役超半個(gè)世紀(jì)，仍表現(xiàn)出良好的路用性能[5]。此后，在美國加州的San Diego Corondo橋等應(yīng)用均取得良好的效果。國產(chǎn)環(huán)氧瀝青的研究于21世紀(jì)推廣開來，并在南京長江二橋、潤揚(yáng)長江大橋等大跨徑橋梁中取得良好應(yīng)用[6]。中外均相繼涌現(xiàn)出大量環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝的成功案例，當(dāng)然也有失敗的案例，如巴西的Rio de Janerio橋和美國路易斯安那州的Lining橋等[7]。環(huán)氧瀝青的推廣應(yīng)用主要受到4個(gè)方面的限制[8-9]：①環(huán)氧瀝青短暫的容留時(shí)間增加了混合料的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可能會對拌合設(shè)備造成損害；②相對于常規(guī)瀝青，環(huán)氧瀝青造價(jià)昂貴，進(jìn)一步限制了其推廣和應(yīng)用；③苛刻的施工條件讓眾多路面施工單位對環(huán)氧瀝青望而卻步；④環(huán)氧瀝青混合料落后的質(zhì)量管理體系也是其推廣應(yīng)用的障礙之一。

環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量控制面臨的困難可以概括為兩個(gè)方面：一是技術(shù)難題，即材料自身的技術(shù)攻關(guān)，如環(huán)氧樹脂的熱固性能、參配比例、環(huán)氧樹脂與瀝青的相容性等；二是管理問題，即質(zhì)量管控難題，包括施工溫度和施工時(shí)間的控制，以及人機(jī)的有效調(diào)度等。研究者積極從技術(shù)細(xì)節(jié)上保證其施工質(zhì)量，在材料研發(fā)、混合料性能提升方面取得了顯著成果。但其項(xiàng)目質(zhì)量管理體系的建立和完善還有較大研究空間。

為此，在大量梳理中外環(huán)氧瀝青混凝土研究及應(yīng)用文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)氧瀝青化學(xué)改性的特點(diǎn)、固化機(jī)理、人機(jī)配置、施工過程控制及施工技術(shù)要點(diǎn)，以“人、機(jī)、料、法”等質(zhì)量影響因素為依托，梳理了環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量控制的研究進(jìn)展，總結(jié)存在的問題并做出展望，可為后續(xù)的環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量控制提供建議。

圖1 雙酚A型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)[12]Fig.1 Molecular structure of bisphenol A glycidyl ether epoxy resin[12]

1 環(huán)氧瀝青的固化機(jī)理

熱固性環(huán)氧瀝青是實(shí)現(xiàn)瀝青作為分散相、環(huán)氧樹脂作為連續(xù)相的物理共混物，形成穩(wěn)定體系后再與固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)直至形成具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固化物[10-11]。環(huán)氧樹脂可按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為縮水甘油醚類、縮水甘油脂類、縮水甘油胺類、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、環(huán)氧化烯烴類及新型環(huán)氧樹脂。雙酚A型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂，如圖1[12]所示，是目前最常用的環(huán)氧瀝青制備樹脂。環(huán)氧瀝青各組分按比例混合后，交聯(lián)反應(yīng)隨即發(fā)生，直至形成穩(wěn)定的三維空間體系，但這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，而非瞬間完成[12-13]。其中，固化劑的作用是打開樹脂中的環(huán)氧基，環(huán)氧瀝青固化劑通常為有機(jī)酸酐類，其典型結(jié)構(gòu)如圖2[15]所示。環(huán)氧瀝青的固化過程是不可逆的，且具有較強(qiáng)的時(shí)溫依賴性[12,16]。

環(huán)氧瀝青的固化特征是環(huán)氧瀝青及其混合料施工準(zhǔn)備及質(zhì)量控制的重要依據(jù)。1967年，Adhesive工程公司首次鋪裝環(huán)氧瀝青鋼橋面時(shí)，就意識到環(huán)氧瀝青及其混合料的固化反應(yīng)特征對工程質(zhì)量管控的重要指導(dǎo)作用[3]。20世紀(jì)90年代，日本的環(huán)氧瀝青制備研發(fā)取得顯著進(jìn)展，但至今通過固化特征研究來有效指導(dǎo)施工仍是難點(diǎn)[17]。Gallagher等[18]于1997年明確提出了熱固性瀝青的概念，環(huán)氧樹脂改性成為瀝青改性研究的熱點(diǎn)之一。Rosu等[19]在活性釋放劑存在的情況下分析了雙酚A型環(huán)氧樹脂固化機(jī)理，并得出較準(zhǔn)確的固化機(jī)理函數(shù)。中國于21世紀(jì)初期也開始重視環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)的研究。王治流等[20]、曹雪娟等[21]、Yu等[22]先后采用傅里葉紅外光譜分析法、熱力分析動(dòng)力學(xué)法、差式掃描熱量法(differential scanning calorimetry, DSC)及熱失重分析儀(thermal gravimetric analyzer , TGA)法等對環(huán)氧瀝青的固化行為進(jìn)行了研究，對環(huán)氧瀝青反應(yīng)前后的基團(tuán)變化、反應(yīng)類型(自催化)、體系固化時(shí)間測量等，這一系列研究實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧瀝青固化特征研究從定性到定量的跨越，但多針對固化劑的選擇及固化速率的測量，以及對純環(huán)氧改性瀝青的固化特征研究為主導(dǎo)，缺少混合料的固化過程研究。工程實(shí)踐表明，集料的酸堿性會影響環(huán)氧瀝青的固化反應(yīng)，推薦采用純環(huán)氧瀝青固化特征的研究與混合料的容留試驗(yàn)結(jié)合的方式，預(yù)測混合料的固化趨勢，準(zhǔn)確建立固化反應(yīng)模型，并進(jìn)一步完善二維線性特征分析，進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用三維體積特征分析工具。

圖2 有機(jī)酸酐固化劑分子結(jié)構(gòu)[15]Fig.2 Molecular structure of organic anhydride curing agent[15]

2 環(huán)氧瀝青混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 容留時(shí)間

容留時(shí)間指的是環(huán)氧瀝青各組分發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)直至形成穩(wěn)定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)的時(shí)間間隔[23]，文獻(xiàn)[10, 16, 24]通過觀察固化過程中環(huán)氧樹脂的反應(yīng)活性，以及對比不同固化劑與樹脂反應(yīng)后的力學(xué)強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)容留時(shí)間與溫度、固化劑的選用有較大關(guān)聯(lián)。環(huán)氧瀝青混合料容留固化后產(chǎn)生的廢料發(fā)干松散，無法壓實(shí)，如圖3所示。

圖3 未經(jīng)壓實(shí)就固化的環(huán)氧瀝青混合料Fig.3 Epoxy asphalt mixture cured without compaction

黃紅明等[25]采用掃描電子顯微鏡和熒光顯微鏡觀察環(huán)氧瀝青在熱塑性-熱固性轉(zhuǎn)變過程中的固化過程，發(fā)現(xiàn)混合樹脂(環(huán)氧樹脂與固化劑混合物)摻量不同，容留溫度和容留時(shí)間均具有一定差異。陳先華等[26]、羅桑等[27]先后開展了環(huán)氧瀝青流變模型及施工容留時(shí)間預(yù)測的研究，基于雙Arrhenius公式建立的環(huán)氧瀝青黏度增長模型，將預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)固化速率、環(huán)氧瀝青活性與溫度具有顯著的相關(guān)性[28-30]。

現(xiàn)主要有兩種環(huán)氧瀝青容留時(shí)間測量的主流方法：最常用的方法即用Brookfield旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對環(huán)氧瀝青共混物在不同溫度條件下的黏度測量；其次是測量不同保溫時(shí)間下的空隙率和穩(wěn)定度曲線，空隙率等于3%的臨界點(diǎn)的時(shí)刻即是此溫度下的最大容留時(shí)間，兩種方法結(jié)合使用能有效提高容留時(shí)間控制的準(zhǔn)確性。容留時(shí)間評測的工具主要是環(huán)氧樹脂流變模型，包括凝膠點(diǎn)模型、基于自由體積的模型及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚31]等，目前的文獻(xiàn)報(bào)道多的環(huán)氧瀝青流變模型為基于雙Arrhenius方程的Roller模型，其次是相對自由體積理論的WLF方程(Williams-Landel-Ferry方程)。

調(diào)查顯示，荊岳長江大橋、上海長江大橋、蘇通長江大橋等，分別采用日本環(huán)氧、美國環(huán)氧雙層鋪裝結(jié)構(gòu)，通車后均出現(xiàn)微裂縫、鼓包等病害。深究表明，不同的集料種類、級配下的環(huán)氧瀝青混合料的容留時(shí)間存在較大差異。其原因是集料的裹覆、酸堿性會對環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)的速率產(chǎn)生影響。因此，在集料來源相對穩(wěn)定時(shí)，純環(huán)氧瀝青和混合料的容留測評結(jié)果差異在允許范圍內(nèi)時(shí)可以采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度儀測量結(jié)果為主，孔隙率表征為輔的形式。否則，除采用電鏡掃描和布氏旋轉(zhuǎn)黏度儀測純環(huán)氧瀝青的容留時(shí)間外，還需測定成型并完全固化的馬歇爾試件的穩(wěn)定度及空隙率，綜合測定環(huán)氧瀝青混合料的容留時(shí)間。

2.2 組分拌合均勻性

研究者基于流變特性及和易性對瀝青混合料拌合均勻性評價(jià)進(jìn)行了長期探索，但將二者關(guān)聯(lián)后評價(jià)拌合和易性的方法很少，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一。Gudimettla等[32]通過定速拌合扭矩法測量扭矩，并以其倒數(shù)作為拌合和易性指數(shù)；Hou[33]通過測量不同級配、溫拌及熱拌條件下的轉(zhuǎn)速來評價(jià)不同條件下的混合料和易性；劉國柱[34]通過分析集料的幾何特性對混合料拌合流變行為，得出了較精確的扭矩值，但均未闡明以扭矩為倒數(shù)的實(shí)質(zhì)意義。延西利等[35]通過變速拌合功率法測量拌合功，以拌和流動(dòng)直線對拌和速率之面積的倒數(shù)百分率重新定義了拌和和易性指數(shù)。焦生杰等[36]通過拌合溫度及馬歇爾強(qiáng)度變異系數(shù)間接評價(jià)拌合和易性。雖然針對環(huán)氧瀝青混合料拌合均勻性的研究結(jié)果較少，但常規(guī)瀝青混合料的評價(jià)方法為其提供了重要參考。

已有研究方法缺乏環(huán)氧瀝青各組分比例的準(zhǔn)確性與拌合均勻性的聯(lián)合分析，針對各組分拌合均勻性的研究還需進(jìn)一步加強(qiáng)，對應(yīng)的組分拌合均勻性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并不全面。環(huán)氧瀝青混合料拌合，如圖4所示，除需考慮集料與膠結(jié)料的均勻性外，還需重點(diǎn)考慮膠結(jié)料各組分相容性及拌合均勻性。研究者通過優(yōu)化拌合工藝、設(shè)備，保證環(huán)氧瀝青混合料的拌合均勻性。封基良等[37-38]結(jié)合環(huán)氧瀝青的固化機(jī)理及實(shí)際工程的條件要求，提出了“后摻法”環(huán)氧瀝青混合料施工工藝，如圖5所示，通過改裝攤鋪機(jī)及配套設(shè)備研發(fā)進(jìn)行工程實(shí)踐，從工藝上有效減少了環(huán)氧瀝青混合料在運(yùn)輸過程中容留的風(fēng)險(xiǎn)，在云南省昭通市等多雨潮濕的地區(qū)取得良好的應(yīng)用效果。

圖4 常規(guī)環(huán)氧瀝青混合料施工工藝Fig.4 Construction technology of conventional epoxy asphalt mixture

圖5 “后摻法”環(huán)氧瀝青混合料施工工藝[37-38]Fig.5 Construction technology of “post mixing method” epoxy asphalt mixture[37-38]

2.3 壓實(shí)度控制

碾壓環(huán)節(jié)可有效控制路面具有良好的平整度、耐久性、行車舒適性及安全性[39]。過早卸料、攤鋪和碾壓會導(dǎo)致粘度過低而產(chǎn)生離析，反之則會因黏度過大，碾壓不密實(shí)進(jìn)而影響平整度[40]。環(huán)氧瀝青混合料的碾壓過程就是減少混合料中空隙率的過程，目的是為了使集料在瀝青介質(zhì)中重新填實(shí)及定位，以形成更密實(shí)有效的顆粒排列。

傳統(tǒng)的碾壓機(jī)械組合存在漏壓、平整度低、溫度離析嚴(yán)重等諸多問題[41]，究其原因，傳統(tǒng)的碾壓工藝為單臺鋼輪壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)分別碾壓，易導(dǎo)致碾壓時(shí)間長而使碾壓溫度喪失過快，不能有效保證碾壓溫度。針對傳統(tǒng)碾壓工藝存在的這系列問題，國內(nèi)逐步推行的組合式碾壓新技術(shù)[42]。即通過控制壓路機(jī)選型、雙鋼輪壓路機(jī)振幅和頻率、壓實(shí)遍數(shù)等方面，同時(shí)融入碾壓過程控制理念，結(jié)合道路等級和寬度進(jìn)行機(jī)械組合配置，如表1[32]所示。

環(huán)氧瀝青在國內(nèi)各大著名橋梁的碾壓機(jī)械配置、碾壓溫度及碾壓遍數(shù)的統(tǒng)計(jì)如表2所示。各環(huán)氧瀝青用混凝土橋梁路面的應(yīng)用對碾壓設(shè)備組合、壓實(shí)溫度及“碾壓一遍”的定義趨同，其中，寧波大榭二橋?qū)δ雺簻囟茸罡?，碾壓溫度達(dá)110 ℃，但相應(yīng)地減少了碾壓的遍數(shù)，以保證壓實(shí)度。但目前施工規(guī)范對“碾壓一遍”的定義并不清晰，高希敏[41]基于傳統(tǒng)碾壓遍數(shù)的計(jì)量方式對“碾壓一遍”進(jìn)行新的界定：即由于第一趟碾壓和最后一趟沒有疊輪，需要增加一趟，并以輪跡完全消除為準(zhǔn)。

王澤勇等[43]在對比兩種拌合方式的馬歇爾試件孔隙率發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)效果與壓實(shí)功和環(huán)氧瀝青混合料的黏度有關(guān)；天津富民鋼橋面環(huán)氧瀝青鋪裝混合料碾壓緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行，全部采取靜壓，取得了良好的性能效果[44]；王勤福等[45]在京杭運(yùn)河鋼橋面的鋪裝研究中發(fā)現(xiàn)，空氣和鋼板會較快吸收薄層環(huán)氧瀝青混合料的溫度，提出要實(shí)現(xiàn)高溫快速施工。結(jié)合上海閔浦大橋[6]、西堠門大橋[46]以及南京長江第三大橋等工程實(shí)踐，總結(jié)出環(huán)氧瀝青混合料碾壓過程中的特殊要求有：①溫度控制是碾壓過程需首要關(guān)注的問題，其對混合料黏度影響較大。具體表現(xiàn)：黏度隨著時(shí)間漸增，且周圍溫度越高其強(qiáng)度增長越快；②拌合方式對碾壓效果影響不大，但會通過影響固化效果進(jìn)而影響壓實(shí)度；③每層碾壓需采用膠輪-鋼輪-膠輪-鋼輪的組合方式，頻率由低到高，依次碾壓；④因混凝土孔隙率較小，水分滲入會導(dǎo)致嚴(yán)重的鼓包病害，且水分會參與組分固化的化學(xué)反應(yīng)而對混合料強(qiáng)度造成影響，防止黏輪可噴灑植物油而非噴水；⑤有效統(tǒng)籌交通阻隔，避免施工面污染及強(qiáng)度破壞。

表1 一個(gè)作業(yè)面的壓路機(jī)配置[32]Table 1 Roller configuration for one working face[32]

表2 中國環(huán)氧瀝青用混凝土橋梁碾壓設(shè)備及碾壓工藝統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of rolling equipment and rolling process of epoxy asphalt concrete bridge in China

2.4 養(yǎng)生及開放交通

環(huán)氧瀝青以其優(yōu)異的路用性能成為大跨徑鋼橋面鋪裝的理想材料，但也面臨強(qiáng)度增長緩慢、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長以及開放交通慢等缺點(diǎn)[3, 47-48]。中國鋼橋面施工規(guī)范規(guī)定馬歇爾穩(wěn)定度大于40 kN，實(shí)際施工也以此作為開放交通的臨界值。大量研究數(shù)據(jù)顯示[49-53]，美國環(huán)氧瀝青及國產(chǎn)環(huán)氧瀝青鋪裝30～45 d可開放交通；而日本環(huán)氧瀝青鋪裝約7 d就可開放交通[54-55]，但由于技術(shù)封鎖且價(jià)格昂貴，其應(yīng)用受限。

李笑塵[56]通過對優(yōu)化環(huán)氧瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)，研制出養(yǎng)生周期為5 d的短期固化環(huán)氧瀝青混合料，但由于該材料具有快速固化的特點(diǎn)，也進(jìn)一步增加了施工容留風(fēng)險(xiǎn)；李悅等[57]通過自制以胺類為固化劑的短期養(yǎng)生環(huán)氧瀝青混合料，常溫養(yǎng)護(hù)下，將養(yǎng)生周期縮短至4 d，室內(nèi)馬歇爾穩(wěn)定度可達(dá)72 kN，但尚未投入工程實(shí)踐驗(yàn)證。目前，環(huán)氧瀝青快速開放交通的研究主要集中在固化機(jī)理和力學(xué)性能兩個(gè)方面，缺少對實(shí)際應(yīng)用養(yǎng)護(hù)條件的控制研究：①在晴朗的天氣、空氣含水量少且溫度較高條件下施工；②加強(qiáng)交通封閉的協(xié)調(diào)管控，養(yǎng)生期間限制重車通行，或派專人看護(hù)等；③養(yǎng)護(hù)過程注意防水以免干擾固化反應(yīng)。

3 環(huán)氧瀝青原材料質(zhì)量控制

環(huán)氧瀝青組分相容性較差、級配設(shè)計(jì)復(fù)雜、室內(nèi)性能評價(jià)結(jié)果與工程實(shí)踐差異較大，制備工藝又從熱拌、溫拌到冷拌各異[58]，不同國家、地區(qū)生產(chǎn)的環(huán)氧瀝青混合料對施工溫度、時(shí)間要求也不盡相同[3, 13, 59]。大量的工程實(shí)踐也意識到精細(xì)化施工和人員組織策劃對環(huán)氧瀝青混合料施工的重要性[60-61]。從“人、機(jī)、料、法”等質(zhì)量管理因素尋求突破成為根本上優(yōu)化環(huán)氧瀝青混合料的大規(guī)模應(yīng)用質(zhì)量的有效途徑[50]。

3.1 原材料的選擇

目前，美國環(huán)氧瀝青、日本環(huán)氧瀝青及部分國產(chǎn)瀝青成為國內(nèi)環(huán)氧瀝青應(yīng)用的主流產(chǎn)品[59]。美國環(huán)氧瀝青由A組分(環(huán)氧樹脂)與B組分(石油瀝青和固化劑混合物)按100∶585比例混合，國產(chǎn)環(huán)氧瀝青生產(chǎn)工藝與美國環(huán)氧瀝青較相似；日本環(huán)氧瀝青由環(huán)氧樹脂(主劑)、基質(zhì)瀝青和固化劑三組分構(gòu)成，主劑和固化劑按61∶39混合后，再與基質(zhì)瀝青按照40∶60的比例混合[62]。不同國家、地區(qū)的環(huán)氧瀝青施工工藝及材料組成差別較大，性能特點(diǎn)各異?，F(xiàn)選擇較有代表性的美國ChemCo Systems環(huán)氧瀝青(類型Ⅴ)、日本TAF環(huán)氧瀝青及云南某國產(chǎn)環(huán)氧瀝青進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)的比較，如表3所示。

表3 美國、日本及中國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)比較Table 3 Comparison of technical indexes of epoxy asphalt mixture in the United States, Japan and China

不同國家生產(chǎn)的環(huán)氧瀝青在原材料、制備工藝及性能等方面差異較大，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際有針對性地選擇。美國環(huán)氧瀝青、日本環(huán)氧瀝青及國產(chǎn)環(huán)氧瀝青均為熱固性材料，軟化點(diǎn)均大于150 ℃，均具有較好的高溫穩(wěn)定性；但從現(xiàn)有的蠕變試驗(yàn)來看，美國產(chǎn)和國產(chǎn)環(huán)氧瀝青相較于日產(chǎn)環(huán)氧瀝青具有較好的低溫性能；美國雙組分環(huán)氧瀝青為溫拌型環(huán)氧瀝青，A、B組分在混合過程中對溫度和時(shí)間的控制要求比日本三組分環(huán)氧瀝青更嚴(yán)格，日本環(huán)氧瀝青則多采用熱拌。相對于美國ChemCoSystems環(huán)氧瀝青，日本熱拌環(huán)氧瀝青黏結(jié)層固化時(shí)間較快、養(yǎng)生周期短，甚至只需封閉當(dāng)前施工車道，開放交通迅速。經(jīng)對比試驗(yàn)[50]發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)環(huán)氧瀝青在10 ℃時(shí)仍能具有較好的碾壓效果，當(dāng)混合料溫度為120 ℃時(shí)，容留時(shí)間可保持在30～70 min。美國溫拌環(huán)氧瀝青混凝土施工溫度應(yīng)高于20 ℃，相比之下，國產(chǎn)溫拌環(huán)氧瀝青的施工溫度要求相對寬松。

環(huán)氧樹脂的選擇應(yīng)綜合考慮混合料生產(chǎn)工藝、溫度控制、固化時(shí)間、項(xiàng)目所在地氣候條件、開放交通的要求及經(jīng)濟(jì)性等因素[63-64]。項(xiàng)目所在地氣溫相對較低應(yīng)優(yōu)先考慮國產(chǎn)和美國產(chǎn)環(huán)氧瀝青，反之則考慮日產(chǎn)環(huán)氧瀝青；經(jīng)濟(jì)條件允許并要求快速開放交通，如修復(fù)工程等，可考慮日本環(huán)氧瀝青；對施工溫度控制要求相對嚴(yán)格則推薦優(yōu)選美國環(huán)氧瀝青或國產(chǎn)環(huán)氧瀝青。

3.2 原材料的儲備

原材料質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了環(huán)氧瀝青混合料質(zhì)量的優(yōu)劣[65]?；诃h(huán)氧瀝青特殊的材料特性，要做好環(huán)氧瀝青混合料的儲存工作。原材料的選擇和生產(chǎn)需要嚴(yán)格的質(zhì)量管理，即集料的各項(xiàng)指標(biāo)需符合技術(shù)規(guī)定，以保持不同粒級礦料的顆粒組成變化小；材料進(jìn)場時(shí)需做好嚴(yán)格的檢測，做到“不達(dá)標(biāo)，不進(jìn)場”。

曹雪娟等[66]根據(jù)3種常見的儲存方式進(jìn)行儲存方案比選：將環(huán)氧樹脂作為組分A，將固化劑、瀝青以及介質(zhì)作為組分B儲存，通過傅里葉紅外光譜法測定發(fā)現(xiàn)混合后的固化劑、瀝青、介質(zhì)在高溫下有一定的離析,但由于整個(gè)體系黏度較低, 容易攪拌,所以建議采用方案三作為儲存方法, 使用前務(wù)必進(jìn)行攪拌。集料是混合料占比最多的材料，料場質(zhì)量管理具有重要意義，大宗集料管理失控會導(dǎo)致較大的路面質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，對料場的規(guī)劃管理充分體現(xiàn)“源頭治理”的理念[67]。整體上，應(yīng)制定有效的備料計(jì)劃，控制過程中建議使用砂當(dāng)量表征，細(xì)節(jié)上，應(yīng)保證集料篩分的充分性，集料堆放高度不宜過高，使用過程中可通過斜鏟避免離析[68]。

4 環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量控制

4.1 設(shè)備配置

4.1.1 攤鋪設(shè)備

攤鋪機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、穩(wěn)定性、攤鋪寬度、攤鋪速度以及攤鋪機(jī)手的技術(shù)水平等均會對路面平整度、密實(shí)度、密實(shí)度均勻性及混合料的離析程度造成影響[36]。進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料攤鋪設(shè)備的選型時(shí)，熨平板組合寬度的對稱性，保證混合料攤鋪厚度均勻；選擇最佳振搗頻率防止熨平板共振造成混合料離析。

4.1.2 碾壓設(shè)備

壓路機(jī)選型是碾壓環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容。目前，中國輪胎壓路機(jī)品牌中，徐工(品牌指數(shù)51665)及柳工(品牌指數(shù)33317)壓路機(jī)品牌位居榜首。其中XP303 K、XP203、XP163、XP203在整機(jī)平臺中的評分較高，具體技術(shù)參數(shù)如表4所示。

目前市場最常用的還有雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，建議高速公路及一級公路采用進(jìn)口型設(shè)備，國產(chǎn)雙鋼輪振動(dòng)型壓路機(jī)因穩(wěn)定性差、故障率高、振動(dòng)頻率較進(jìn)口壓路機(jī)小及激振率較進(jìn)口壓路機(jī)大而導(dǎo)致壓實(shí)不夠均勻，整體性能與寶馬格、戴納派克等進(jìn)口產(chǎn)品還有一定差距[41]。根據(jù)目前的公路等級需求及建設(shè)現(xiàn)狀，推薦如表5[32]所示的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)選擇參數(shù)。

表4 4種膠輪壓路機(jī)性能參數(shù)對比Table 4 Comparison of performance parameters of four kinds of rubber tyred rollers

表5 雙鋼輪壓路機(jī)選型參數(shù)[32]Table 5 Selection parameters of double drum roller[32]

4.2 人員組織

環(huán)氧瀝青混凝土技術(shù)、施工人員較少成為其推廣應(yīng)用的限制之一，鞠杰等[69]研究認(rèn)為，在路面施工質(zhì)量控制過程中，要積極開展質(zhì)量控制小組研討，牢固工程質(zhì)量控制的群眾基礎(chǔ)，避免在施工過程中出現(xiàn)“消防式”的單靠經(jīng)理和少數(shù)技術(shù)人員開展的質(zhì)量管理模式。

中外現(xiàn)有文獻(xiàn)對環(huán)氧瀝青混合料施工組織設(shè)計(jì)、人員調(diào)度的理論性文章極少。而實(shí)際施工又存在 “先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論, 落后的設(shè)計(jì)參數(shù)、落后的管理模式”的現(xiàn)狀[70]。環(huán)氧瀝青混合料施工涉及新材料的應(yīng)用，進(jìn)一步增加了施工組織調(diào)度的難度[15, 71-72]。與美國、日本相比，環(huán)氧瀝青混合料的應(yīng)用在中國起步較晚，工程實(shí)踐表明，除小部分技術(shù)人員以外，實(shí)際施工操作人員大部分缺乏環(huán)氧瀝青材料學(xué)知識，甚至意識不到其生產(chǎn)施工的苛刻條件，從而放松警惕，造成難以挽回的質(zhì)量損失。環(huán)氧瀝青混合料施工前應(yīng)充分分析其施工特點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行組織調(diào)度。一般來說，環(huán)氧瀝青混合料的施工組織宜比常規(guī)瀝青混合料更為嚴(yán)格，才能減少廢料的產(chǎn)生[73]。具體應(yīng)做到：提高環(huán)氧瀝青混合料生產(chǎn)、施工崗位人員的技術(shù)水平；積極開展參與人員培訓(xùn)工作，提升參與人員的危機(jī)意識；保證技術(shù)人員、管理人員、試驗(yàn)人員及施工工人的配備，做到“不漏崗、不脫崗”。

4.3 過程控制

施工動(dòng)態(tài)技術(shù)的應(yīng)用及過程及細(xì)化管理是保證環(huán)氧瀝青混合料質(zhì)量的有效途徑[70]。動(dòng)態(tài)管理技術(shù)以最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室休哈特博士提出的統(tǒng)計(jì)過程控制(statistical process control，SPC)控制技術(shù)為代表[9]?？刂茍D的應(yīng)用是瀝青混凝土路面質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制的核心，旨在提供一種肉眼可判斷的警告機(jī)制[74]。核心是借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的過程控制工具。經(jīng)過中外同行對大數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)研究表明，瀝青混合料路面鋪裝的各關(guān)鍵因素符合正態(tài)分布，即利用經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)，通過樣本估計(jì)和推斷總體實(shí)質(zhì)即將瀝青路面視為一種產(chǎn)品, 對瀝青路面施工過程進(jìn)行“實(shí)時(shí)監(jiān)控”。當(dāng)工、機(jī)、料、環(huán)、測五大質(zhì)量影響因素處于受控狀態(tài)時(shí), 路面質(zhì)量形成典型分布,而質(zhì)量影響因素處于失控狀態(tài)時(shí), 將偏離典型分布。具體通過科學(xué)地區(qū)分生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的偶然波動(dòng)與異常波動(dòng)對生產(chǎn)過程的異常及時(shí)告警，以便及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過程的穩(wěn)態(tài)。選用級配、路面壓實(shí)度、理論壓實(shí)度、厚度等作為控制指標(biāo)，以以往的施工數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，分析施工變異性，得到各試驗(yàn)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)而判斷施工是否在可控范圍內(nèi)。但目前存在以下可改善的問題：①控制圖的的應(yīng)用在同類型項(xiàng)目較少的情況下受限，需進(jìn)一步開展同類道路建設(shè)工作的施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作；②環(huán)氧瀝青混凝土相對于常規(guī)瀝青混凝土存在更細(xì)微的技術(shù)環(huán)節(jié)，“零缺陷”的精細(xì)化管理思想在工程實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要意義。但現(xiàn)有文獻(xiàn)及實(shí)例對環(huán)氧瀝青混凝土的精細(xì)化施工介紹幾乎沒有，是未來環(huán)氧瀝青路面規(guī)?；瘧?yīng)用的一個(gè)研發(fā)方向。

5 結(jié)論與展望

通過剖析環(huán)氧瀝青的固化機(jī)理，將其材料特性與施工過程相結(jié)合，在綜述大量環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量控制文獻(xiàn)及實(shí)際工程案例的基礎(chǔ)上，梳理了環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，以及目前在環(huán)氧瀝青材料選擇、人機(jī)配置以及過程控制方面存在的不足及發(fā)展方向，為環(huán)氧瀝青混合料的材料研發(fā)及實(shí)際施工應(yīng)用提供參考和保障。

經(jīng)過中外長期研究，環(huán)氧瀝青混合料的材料研發(fā)及實(shí)際施工應(yīng)用取得顯著進(jìn)展，在施工設(shè)備及工藝的改良創(chuàng)新方面有了很大提升，但是，施工質(zhì)量管理的理念還處于相對落后的情況。我國路面建設(shè)已進(jìn)入品質(zhì)工程建設(shè)階段，要求環(huán)氧瀝青混合料的規(guī)模化應(yīng)用不僅只滿足實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出的優(yōu)良的路用性能，還需關(guān)注施工質(zhì)量的過程控制，使其耐久性達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，未來的環(huán)氧瀝青混合料的質(zhì)量控制可從以下方面進(jìn)行更深入的探索。

(1)研發(fā)高性能的環(huán)氧瀝青材料。區(qū)別于傳統(tǒng)瀝青，環(huán)氧瀝青具有以固化反應(yīng)為代表的特殊的化學(xué)特性，盡管材料性能優(yōu)異，但是快速且環(huán)境敏感性高的反應(yīng)過程導(dǎo)致其施工過程要求嚴(yán)格，限制了路面用環(huán)氧瀝青的推廣和應(yīng)用。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)氧瀝青的材料研發(fā)力度，利用先進(jìn)的儀器設(shè)備，探索容留時(shí)間更可控，材料組分相容性更好，以及開放交通更快的環(huán)氧瀝青材料是提高環(huán)氧瀝青路面質(zhì)量的首要研究熱點(diǎn)。

(2)改良環(huán)氧瀝青施工設(shè)備及配套設(shè)施，創(chuàng)新環(huán)氧瀝青施工工藝。環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量與施工機(jī)械設(shè)備息息相關(guān)，而機(jī)械設(shè)備的研發(fā)、操作與施工工藝緊密關(guān)聯(lián)。目前，已有部分同行通過改良設(shè)備，創(chuàng)新工藝讓環(huán)氧瀝青混合料的規(guī)?；茝V應(yīng)用走向現(xiàn)實(shí)，但仍是未來環(huán)氧瀝青混合料施工質(zhì)量保證需要繼續(xù)攻克的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

(3)提高環(huán)氧瀝青混合料施工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。環(huán)氧瀝青混合料施工對事前控制、精細(xì)化程度的要求較高，同時(shí)，其施工的環(huán)境敏感性強(qiáng)，因此，加強(qiáng)管理人員、施工隊(duì)伍的事前控制、精細(xì)化管理理念，加強(qiáng)施工環(huán)境調(diào)研與監(jiān)測，結(jié)合模型信息管理系統(tǒng)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)知識，對環(huán)氧瀝青混合料精細(xì)化施工及動(dòng)態(tài)控制是今后進(jìn)一步實(shí)踐的方向之一。