王衍輝

（廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東廣州 510623）

環(huán)氧瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及施工參數(shù)試驗(yàn)研究?

王衍輝

（廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東廣州 510623）

環(huán)氧瀝青砼為熱固性復(fù)合材料，能有效提高路面抗永久變形能力，并且具有優(yōu)良的抗疲勞性能。文中依托平興（平遠(yuǎn)—興寧）高速公路環(huán)氧瀝青路面試驗(yàn)路，采用馬歇爾法進(jìn)行環(huán)氧瀝青砼配合比設(shè)計(jì)，分析了不同溫度和養(yǎng)生時(shí)間條件下環(huán)氧瀝青砼的穩(wěn)定度、孔隙率等指標(biāo)，確定了環(huán)氧瀝青混合料施工溫度、容留時(shí)間和養(yǎng)生時(shí)間等技術(shù)參數(shù)。

公路；環(huán)氧瀝青；配合比設(shè)計(jì)；穩(wěn)定度；孔隙率；容留時(shí)間；養(yǎng)生時(shí)間

環(huán)氧瀝青是環(huán)氧樹脂與固化劑進(jìn)行不可逆的固化反應(yīng)而形成的一種具有熱固性的固化物，環(huán)氧瀝青砼具有強(qiáng)度高、剛度大、耐疲勞、耐油侵蝕等特點(diǎn)及優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗裂和粘結(jié)性能，已在鋼橋面鋪裝中得到廣泛應(yīng)用。用環(huán)氧瀝青砼鋪裝橋面，可顯著提高橋面抗永久變形、抗疲勞開裂和抗水損害的能力。該文開展環(huán)氧瀝青在高速公路一般路段瀝青路面工程中的應(yīng)用研究。

1　試驗(yàn)路設(shè)計(jì)

廣東省平興（平遠(yuǎn)—興寧）高速公路是G35（濟(jì)南—廣州高速公路）的組成部分，起于梅州市平遠(yuǎn)縣（贛粵界），終于五華縣境內(nèi)，與梅河（梅州—河源）高速公路相接。采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度100km/h，整體式路基寬度26m。路面結(jié)構(gòu)為4.5cmGAC-16（SBS改性）上面層+5.5 cmGAC-20（SBS改性）中面層+7cmGAC-25下面層+36cm水泥穩(wěn)定級配碎石基層+20cm水泥穩(wěn)定級配碎石底基層+15cm級配碎石墊層。

環(huán)氧瀝青路面試驗(yàn)路段位于K1608+980—K1609+490右幅，面層結(jié)構(gòu)為5.0cmGAC-16C（環(huán)氧）上面層+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面層，其他結(jié)構(gòu)層同一般路段。長510m，度11.25m。

2　環(huán)氧瀝青砼配合比設(shè)計(jì)

2.1原材料

（1）環(huán)氧瀝青。試驗(yàn)段采用國產(chǎn)道路用環(huán)氧瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。組分A是由雙酚A和表氯醇經(jīng)化學(xué)反應(yīng)得到的具有一定活性環(huán)氧基團(tuán)的液態(tài)雙氧樹脂，組分B是由瀝青、固化劑、添加劑組成的勻質(zhì)混合物，環(huán)氧瀝青由組分A和組分B按重量比1∶11.5混合制得。

表1　環(huán)氧瀝青的技術(shù)指標(biāo)

（2）集料。采用滿足JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和施工技術(shù)要求的玄武巖集料，粗、細(xì)集料的物理性能分別見表2和表3。粗集料經(jīng)水洗并晾干后備用。

表2　粗集料的物理性能

表3　細(xì)集料的物理性能

（3）礦粉。采用石灰?guī)r磨細(xì)得到的礦粉，其物理性能見表4。

表4　礦粉的物理性能

2.2配合比設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)方法。按照規(guī)范要求的馬歇爾配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法進(jìn)行，設(shè)計(jì)流程如下：1）環(huán)氧瀝青組分A加熱到90℃，組分B加熱到120℃，集料加熱到120℃；2）將預(yù)熱好的環(huán)氧瀝青組分A與組分B按照質(zhì)量比1∶11.5混合，并攪拌均勻；3）集料投入預(yù)熱到120℃的攪拌鍋內(nèi)，干拌30s；4）將混合均勻并經(jīng)稱量的環(huán)氧瀝青拌鍋濕拌90s，再加入礦粉拌和60s；5）出料并置于120℃烘箱內(nèi)恒溫30 min；6）按馬歇爾法成型試件，將成型試件置于120℃烘箱內(nèi)恒溫12h，然后取出冷卻到室溫；7）檢測馬歇爾試件各項(xiàng)體積指標(biāo)和固化后馬歇爾穩(wěn)定度；8）確定最佳級配和油石比。環(huán)氧瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)見表5。

試驗(yàn)名稱　試驗(yàn)項(xiàng)目　技術(shù)指標(biāo)馬歇爾試驗(yàn)小梁彎曲試驗(yàn)車轍試驗(yàn)未固化試件馬歇爾穩(wěn)定度/kN固化試件馬歇爾穩(wěn)定度/kN流值/（0.1mm）空隙率/%瀝青飽和度/%殘留穩(wěn)定度/%彎拉應(yīng)變動(dòng)穩(wěn)定度/（次·mm-1）凍融劈裂試驗(yàn)60℃70℃凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比/% ≥7.5 ≥20 20～50 ≤5 ≥75 ≥90 ≥2×10-3≥8000 ≥5000 ≥80

（2）目標(biāo)配合比?？紤]到環(huán)氧瀝青砼為熱固性材料，使用過程中不會(huì)二次壓密，將室內(nèi)馬歇爾試件目標(biāo)空隙率設(shè)計(jì)為3.5%。經(jīng)試驗(yàn)，確定最佳油石比為5.8%。礦料級配見表6，最佳油石比環(huán)氧瀝青砼的性能見表7。

表6　GAC-16C礦料合成級配

表7　最佳油石比瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果

3　施工技術(shù)參數(shù)

3.1容留時(shí)間

環(huán)氧瀝青組分A和組分B混合即開始發(fā)生固化反應(yīng)，固化受混合料溫度和留存時(shí)間的影響，溫度越高、留存時(shí)間越長，則固化反應(yīng)越完全。因此，有必要分析拌和溫度、留存時(shí)間等參數(shù)對混合料性能的影響以指導(dǎo)施工。按確定的級配和最佳油石比，分別在110、115、120、125℃下拌制混合料，并分別在相應(yīng)溫度下養(yǎng)生30、60、90、120、150min，將不同溫度、不同保溫時(shí)間的混合料制作成馬歇爾試件，在試件固化后測定空隙率和穩(wěn)定度。

圖1、圖2為混合料保溫時(shí)間與混合料空隙率和穩(wěn)定度的關(guān)系曲線。從中可見：隨著保溫時(shí)間的延長，混合料空隙率增加，穩(wěn)定度減??；溫度越高，保溫時(shí)間與混合料的空隙率和穩(wěn)定度關(guān)系曲線斜率越大，空隙率增加越大，穩(wěn)定度減小越快，相應(yīng)的容留時(shí)間也越少。以空隙率小于5%、穩(wěn)定度大于20kN所對應(yīng)的最大時(shí)間為環(huán)氧瀝青混合料的容留時(shí)間。環(huán)氧瀝青混合料出料溫度控制在110～120℃時(shí)，容留時(shí)間為120min，施工時(shí)間宜控制在90min以內(nèi)，混合料超過容留時(shí)間應(yīng)廢棄。

圖1　保溫時(shí)間與環(huán)氧瀝青混合料孔隙率的關(guān)系曲線

圖2　保溫時(shí)間與環(huán)氧瀝青混合料穩(wěn)定度的關(guān)系曲線

3.2集料加熱溫度

由于環(huán)氧瀝青混合料中環(huán)氧瀝青用量較少，且溫度穩(wěn)定，礦粉無需加熱，混合料溫度主要由集料溫度控制。經(jīng)試驗(yàn)，集料加熱溫度控制在117～126℃時(shí)，能保證混合料出料溫度為110～120℃。為確保混合料溫度，集料應(yīng)提前水洗并風(fēng)干備用，減少集料含水量對混合料溫度的影響。該試驗(yàn)路施工過程中集料加熱溫度控制在121℃。

3.3養(yǎng)生時(shí)間

養(yǎng)生時(shí)間越長，養(yǎng)生溫度越高，環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)越完全；相同養(yǎng)生時(shí)間，養(yǎng)護(hù)溫度越高，固化反應(yīng)越完全；相同養(yǎng)護(hù)溫度，養(yǎng)生時(shí)間越長，固化反應(yīng)越完全。圖3為20和25℃養(yǎng)生溫度下，不同養(yǎng)生時(shí)間與環(huán)氧瀝青混合料穩(wěn)定度的關(guān)系曲線。從中可見：環(huán)氧瀝青混合料在前20d內(nèi)穩(wěn)定度增長較快，之后增長曲線趨于平穩(wěn)；以穩(wěn)定度大于設(shè)計(jì)值20 kN作為開放交通的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，環(huán)氧瀝青混合料在20～25℃溫度下養(yǎng)生20d后可完全開放交通；以穩(wěn)定度大于8kN作為軸載10t以下車輛的通行條件，環(huán)氧瀝青混合料在20～25℃溫度下養(yǎng)生3～5d可通行軸載10t以下車輛。

圖3　養(yǎng)生時(shí)間與環(huán)氧瀝青混合料穩(wěn)定度的關(guān)系曲線

3.4施工控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合環(huán)氧瀝青產(chǎn)品說明，可按表8所示環(huán)氧瀝青混合料施工溫度和時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)施工。

表8　環(huán)氧瀝青混合料施工控制參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)

4　效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)分析，試驗(yàn)路采用5.0cmGAC-16C（環(huán)氧）上面層+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面層的瀝青面層的綜合單價(jià)約195元/m2，采用4.5cm GAC-16（SBS改性）上面層+5.5cmGAC-20 （SBS改性）中面層+7cmGAC-25下面層的瀝青路面綜合單價(jià)約210元/m2，環(huán)氧瀝青的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

環(huán)氧瀝青試驗(yàn)路鋪筑養(yǎng)生3d后，在尚未完全固化情況下檢測的路面彎沉代表值為0.136mm，遠(yuǎn)小于一般路段3層瀝青面層0.192mm的設(shè)計(jì)彎沉要求，說明試驗(yàn)路采用的環(huán)氧瀝青路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完全滿足設(shè)計(jì)要求。加之環(huán)氧瀝青路面良好的耐久性，試驗(yàn)路環(huán)氧瀝青路面全壽命周期成本較低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2社會(huì)效益

環(huán)氧瀝青混合料屬于熱固性復(fù)合材料，高溫穩(wěn)定性和耐疲勞性能優(yōu)于一般改性瀝青混合料，可減少路面病害的發(fā)生，延長道路使用壽命，節(jié)約社會(huì)資源。環(huán)氧瀝青混合料的拌和溫度低于熱拌熱鋪瀝青混合料，可節(jié)約瀝青混合料較高施工溫度對燃料的消耗，減少碳排放。較低的環(huán)氧瀝青混合料施工溫度，可減少瀝青煙及其他揮發(fā)物對周邊環(huán)境及施工技術(shù)人員的影響。綜上，環(huán)氧瀝青路面具有顯著的社會(huì)效益。

5　結(jié)論

（1）環(huán)氧瀝青混合料屬于熱固性復(fù)合材料，混合料保存溫度越高，保溫時(shí)間越長，固化反應(yīng)越徹底。在環(huán)氧瀝青混合料鋪筑前，隨著保溫時(shí)間的延長，混合料越難壓實(shí)，空隙率增加，穩(wěn)定度減小，溫度越高，這種趨勢越明顯，即容留時(shí)間越短。

（2）集料加熱溫度控制在117～126℃，環(huán)氧瀝青混合料出料溫度能控制在110～120℃。環(huán)氧瀝青混合料的容留時(shí)間為120min，施工時(shí)間宜控制在90min以內(nèi)，混合料超過容留時(shí)間應(yīng)廢棄。

（3）單層5cm環(huán)氧瀝青上面層的造價(jià)與4.5 cm改性瀝青上面層和5.5cm改性瀝青中面層二層的造價(jià)相當(dāng)，鑒于環(huán)氧瀝青優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和耐久性，環(huán)氧瀝青路面全壽命周期成本較低，同時(shí)具有施工溫度低、瀝青煙排放少、對周圍環(huán)境影響小等特點(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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U416.217

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1671-2668（2016）04-0070-04

2016-04-17