徐 偉，耿 杰，許 龍

（1．華南理工大學 土木與交通學院，廣東 廣州 510640；2．廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510101）

0 引 言

環(huán)氧瀝青在鋼橋面鋪裝中應用較廣泛，環(huán)氧瀝青混合料膠結料黏度、級配與一般瀝青混合料有較大差異；環(huán)氧瀝青混合料屬于熱固型高分子復合材料［1－2］，壓實效果直接影響環(huán)氧瀝青鋪裝的強度、耐久性以及抗滑性能［3－7］。

本文基于旋轉壓實密實度曲線和壓實特征參數對熱拌環(huán)氧瀝青混合料壓實過程和規(guī)律進行研究，評價壓實次數、混合料級配及壓實溫度等因素對環(huán)氧瀝青混合料壓實度的影響規(guī)律，為施工壓實控制提供參考。

1 環(huán)氧瀝青混合料壓實特性參數

試驗所用熱拌環(huán)氧瀝青的環(huán)氧樹脂、固化劑、瀝青配比為14∶11∶15［8］，熱拌環(huán)氧瀝青混合料級配各檔篩孔通過率見表1，采用SGC旋轉壓實方法對熱拌環(huán)氧瀝青混合料壓實性能和影響規(guī)律進行評價。

表1 五種級配各檔篩孔通過率

以具代表性的Ⅰ型級配環(huán)氧瀝青混合料壓實為例，分析其壓實過程，半對數坐標下密實度壓實曲線見圖1。圖中曲線表明環(huán)氧瀝青混合料的密實度曲線存在拐點，可分為2個壓實階段。半對數坐標下把環(huán)氧瀝青混合料密實曲線轉換成空隙率－壓實次數的關系（圖2），根據文獻［9］可得

式中：Vm（N）為旋轉壓實N 次后的空隙率；V（1）為旋轉壓實1次后試件的空隙率；k為曲線的斜率；N為壓實次數。

圖1 兩階段密實曲線

圖2 空隙率－壓實次數密實曲線

利用式（1）對兩段曲線分別進行擬合，得到密實曲線平均斜率k1、k2，見圖2，k數值越大，表示空隙率減小速度越快。

一般熱拌環(huán)氧瀝青混凝土目標空隙率不大于3%，故定義熱拌環(huán)氧瀝青混合料密實能量指數CEI為：由混合料松散狀態(tài)壓實到密實度為97%，密實曲線下包絡面積見圖3。通過環(huán)氧瀝青混合料密實曲線平均斜率k1、k2和CEI評價壓實次數、級配和壓實溫度對環(huán)氧瀝青混合料壓實規(guī)律影響。

圖3 環(huán)氧瀝青混合料密實能量指數CEI

2 壓實次數對環(huán)氧瀝青混合料性能的影響

對受壓實次數影響顯著的骨架型級配Ⅰ進行評價，混合料在相應拌合溫度統一放置60min后開始成型（以下相同），壓實次數分別為100、125、160次［10－11］，試件直徑為150mm，密實曲線見圖4。圖4曲線表明，密實度在壓實初期增長較快，隨著壓實次數增加，密實度曲線趨于平緩。旋轉壓實40次后密實度基本達到97%，隨后密實度增長平緩；旋轉壓實100、125、160 次的密實度分別為 98．53%、98．60%、98．57%，表明密實度達到98%后再增加壓實次數對混合料密實度的影響較小［12－14］。

圖4 不同壓實次數的Ⅰ型級配密實曲線

將旋轉壓實的試件取芯并切割成標準100mm的馬歇爾試件，進行馬歇爾試驗，試驗結果見表2。表2中數據顯示，壓實次數在100～125次，穩(wěn)定度略有提高；壓實次數提升至160次，穩(wěn)定度降低，表示過多增加壓實次數，反而導致混合料強度下降。這主要由于過多增加壓實次數會導致混合料的集料骨架結構受到影響，礦料間隙率降低，進而影響混合料強度。

表2 不同壓實次數的馬歇爾試驗數據

3 級配對環(huán)氧瀝青混合料壓實特性的影響

采用5種級配對比評價級配對環(huán)氧瀝青混合料密實曲線的影響，其中Ⅰ型級配為骨架型較粗級配，Ⅴ型級配為常用細級配，具體級配見表1，各級配分別選用相應最佳油石比，設計旋轉壓實125次。5種級配混合料密實曲線見圖5，可見Ⅰ型級配與其他4種級配前40次的密實曲線存在明顯差別，表明前40次Ⅰ型級配比其他4種級配混合料更難壓實，但5種級配的最終密實度均比較相近。

將圖5中曲線轉換成半對數坐標下的壓實次數－空隙率曲線，見圖6，按公式（1）擬合，直線相關系數R介于0．94～0．99，5種級配壓實參數見表3，密實曲線平均斜率k1、k2、CEI與級配關系見圖7、8。圖7表明，5種級配的k1＞k2，表明第1階段壓實速率大于第2階段；表3中5個級配壓實階段拐點處密實度基本達到97%，表明壓實主要發(fā)生在第1階段。

圖5 五種級配的密實曲線

圖6 壓實次數－空隙率曲線

表3 五種級配混合料的壓實特性參數數據

圖7表明，2階段內5種級配密實曲線平均斜率k1、k2由大到小為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，說明粗級配環(huán)氧瀝青混合料壓實速率高于較細級配環(huán)氧瀝青混合料壓實速率。

圖7 五種級配密實曲線平均斜率k1、k2

圖8 五種級配密實能量指數

由圖8可見，5種級配密實能量指數CEI由大到小為：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，說明粗級配環(huán)氧瀝青混合料比細級配更難壓實，粗集料混合料需要更大壓實功來克服集料之間的阻力［15］。

4 溫度對環(huán)氧瀝青混合料壓實特性的影響

壓實溫度是影響瀝青混合料壓實效果、體積特性及穩(wěn)定度的重要因素［16－17］。為評價成型溫度對環(huán)氧瀝青混合壓實特性的影響，選擇Ⅰ型、Ⅴ型級配進行分析，一般熱拌環(huán)氧瀝青混合料出料溫度控制在165℃～185℃，故分別在165℃、175℃、185℃旋轉壓實125次成型試件。圖9、10分別是Ⅰ型、Ⅴ型級配不同溫度下成型的密實曲線，將圖9、10中的旋轉壓實曲線轉換為半對數坐標下的空隙率－壓實次數曲線，見圖11、12。按照公式（1）擬合，壓實特征參數k1、k2、CEI與成型溫度的關系分別見圖13～15。

圖9 Ⅰ型級配不同溫度的密實曲線

圖10 Ⅴ型級配不同溫度的密實曲線

圖11 Ⅰ型級配空隙率－壓實次數曲線

圖13 表明，隨著壓實溫度提高到175℃，Ⅰ型和Ⅴ型環(huán)氧瀝青混合料密實曲線的平均斜率k1明顯下降，表現為壓實速率下降，而表4中的數據表明，溫度提高，達到97%密實度所需的壓實次數明顯減少。壓實溫度由175℃提高到185℃，Ⅰ型和Ⅴ型混合料密實曲線的平均斜率k1變化不明顯。圖14表明密實曲線平均斜率k2隨溫度變化較小，說明提高溫度對于第2階段壓實特性影響較小。

圖12 Ⅴ型級配空隙率－壓實次數曲線

圖13 壓實溫度與平均斜率k1關系

圖15 表明，隨著壓實溫度提高，密實能量指數CEI呈下降趨勢，這是由于提高溫度可以減小環(huán)氧瀝青黏度，起到減小壓實功的作用。溫度由165℃升至175℃時壓實效果提升更明顯，175℃以上壓實效果提升不顯著，故推薦該熱拌環(huán)氧瀝青混合料施工最佳碾壓溫度為175℃。

圖13～15表明，提高壓實溫度，Ⅰ型級配的k1、k2、CEI變化較Ⅴ型級配更顯著，說明粗級配混合料壓實特性對壓實溫度更敏感，提高壓實溫度對粗級配環(huán)氧瀝青混合料壓實效果改善更顯著。

圖14 壓實溫度與平均斜率k2關系

圖15 壓實溫度與密實能量指數關系

5 工程應用

江順大橋鋼橋面鋪裝環(huán)氧瀝青混合料礦料級配組成為：鋪裝上面層為表1中的級配I，鋪裝下面層為表1中的級配V。下面層級配V是典型連續(xù)密級配，壓實工藝成熟。為了提高鋪裝表面抗滑性能，上面層采用了較粗級配，但缺乏相關壓實經驗。為確定上面層壓實工藝，根據環(huán)氧瀝青混合料壓實規(guī)律，初壓溫度為175℃，壓實度設計要求大于97%，設計了3種壓實方案進行比較評價，見表4，表中數據顯示，下面層鋪裝壓實度達到了設計要求，上面層方案2、3的鋪裝壓實度能滿足要求，為了保證鋪裝質量的可靠性，在抗滑性能滿足要求前提下，確定正式施工采用方案3進行壓實。江順大橋鋼橋面鋪裝壓實施工、鋪裝表面狀態(tài)及通車3年后鋪裝狀況照片見圖16。

表4 壓路機組合及碾壓遍數

圖16 江順大橋鋼橋面鋪裝施工及狀況照片

6 結 語

（1）熱拌環(huán)氧瀝青混合料密實曲線約在97%處出現拐點，呈現出2階段壓實特性，第1階段密實度增加較快，第2段密實度增加緩慢。過度壓實會導致混合料強度下降，應該合理控制壓實次數。

（2）熱拌環(huán)氧瀝青混合料壓實速率k、密實能量指數CEI與級配類型具有顯著相關性，粗級配參數值較高，細級配參數值較低，即粗級配環(huán)氧瀝青混合料壓實難度較大，但壓實速率較快。提高粗級配環(huán)氧瀝青混合料壓實溫度，比細級配混合料更能有效提高壓實效果。

（3）壓實溫度從165℃提高到175℃，達到設計壓實度的壓實次數顯著下降；壓實溫度從175℃提高到185℃，壓實參數變化較小，壓實性能改善不明顯。該熱拌環(huán)氧瀝青混合料最佳碾壓溫度為175℃，最佳壓實溫度區(qū)間為165℃～175℃。

（4）試驗確定了江順大橋環(huán)氧瀝青鋪裝壓實工藝參數，經檢測鋪裝層壓實度、抗滑性能和平整度滿足設計要求，3年通車運行檢驗表明，鋼橋面鋪裝綜合路用性能良好。