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        基于耐久性分析的新型路用環(huán)氧瀝青長期性能研究

        2020-06-01 02:45:34彭順顯
        北方交通 2020年4期
        關(guān)鍵詞:路用試驗段環(huán)氧

        彭順顯

        (貴州省公路局 貴陽市 550003)

        0 引言

        與普通瀝青相比,環(huán)氧瀝青具有良好的耐久性。環(huán)氧瀝青目前在鋼橋面鋪裝中表現(xiàn)出良好的耐久性能。因固化反應(yīng)受固化溫度和固化時間的影響較大,新型路用環(huán)氧瀝青應(yīng)用對固化時間要求嚴(yán)格。隨溫度升高,其固化反應(yīng)越快,凝膠時間越短。反之,隨溫度降低,固化反應(yīng)越慢,凝膠時間越長。

        為了保證環(huán)氧瀝青具有較好的施工性能,固化時間不易太短,必須保證有足夠的時間進(jìn)行拌和、攤鋪,在凝膠出現(xiàn)之前完成攤鋪和碾壓,否則易造成碾壓不密實。但固化時間越長,混合料的強度越低,容易產(chǎn)生早期破壞和性能降低。因此對于路用環(huán)氧瀝青混合料,為滿足道路鋪裝強度的要求,保證正常攤鋪碾壓時間,并避免早期破壞,選擇合適的施工和養(yǎng)生時間,同時針對新型路用環(huán)氧瀝青混合料耐久性和長期性能進(jìn)行研究是亟需解決的問題。

        1 環(huán)氧瀝青養(yǎng)生條件分析

        (1)施工時間的影響

        為了驗證不同施工時間對混合料壓實效果的影響[1]。選擇新型路用環(huán)氧瀝青制備混合料。試驗溫度為110℃拌和,將拌和后的試件保溫不同時間后,再成型馬歇爾試件。擊實高度隨時間變化結(jié)果如表1所示。

        從圖1中可知,隨著時間的推移,環(huán)氧瀝青產(chǎn)生固化,混合料的黏度增加,導(dǎo)致成型的馬歇爾試件高度逐漸增大。在100min內(nèi)高度均滿足馬歇爾擊實要求。拌和后100~120min時間下,試件高度變化較大,此時環(huán)氧瀝青混合料固化程度較高,成型的試件空隙率較大,不利于混合料的擊實成型。因此,為了保證環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量,應(yīng)嚴(yán)格控制施工總時間在100min以內(nèi),不能超過120min。

        表1 擊實高度隨時間變化

        (2)養(yǎng)生時間的影響

        將環(huán)氧瀝青混合料試件在室外養(yǎng)生,記錄每天外界溫度和馬歇爾穩(wěn)定度[2]。試驗結(jié)果見圖2所示。

        從圖2中可以看出,前3d強度上升較快,約占總強度的50%左右。15d后馬歇爾穩(wěn)定度的增長速率減緩,表明15d環(huán)氧瀝青固化比較完全。因此,試驗段應(yīng)保證3d內(nèi)環(huán)境溫度20℃以上且光照充足,同時15d內(nèi)無雨水,有利于保證環(huán)氧瀝青混合料的路用性能。

        2 環(huán)氧瀝青混合料疲勞性能研究

        瀝青路面的疲勞破壞是最常見病害[3-5],因此要求混合料具有良好的抗疲勞性能。采用NU-14多功能材料試驗儀進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗,評價路用環(huán)氧瀝青混合料的疲勞性能。成型試件直徑150mm,高40mm。試驗溫度15℃,頻率為10Hz。加載應(yīng)力水平分別采用0.2、0.4、0.6應(yīng)力比水平。試驗結(jié)果見表2所示。

        表2 環(huán)氧瀝青混合料疲勞性能分析

        根據(jù)疲勞次數(shù),擬合環(huán)氧瀝青混合料疲勞曲線如圖3所示。

        由試驗結(jié)果可知,路用環(huán)氧瀝青混合料的疲勞次數(shù)達(dá)到11301次,具有良好的疲勞性能??紤]環(huán)氧瀝青混合料為開級配具有較大的空隙率,在重復(fù)劈裂荷載條件下,易產(chǎn)生微裂縫,使間接拉伸劈裂疲勞次數(shù)降低。相比較于普通瀝青混合料,環(huán)氧瀝青混合料同時具有粘彈性和熱固性特性,其在彈性角度的疲勞性能與普通混合料差別不大。

        3 環(huán)氧瀝青混合料抗裂性能研究

        采用瀝青半圓彎曲試驗(SCB)評價混合料的抗裂性能[6-8]。試驗溫度設(shè)定為-10℃、10℃、20℃,加載速率為0.5mm/min。試驗結(jié)束后計算試件破壞的抗彎拉強度。

        式中:σt—試件底部拉應(yīng)力值(MPa);

        F—豎直方向荷載(N);

        B—試件厚度(mm);

        D—試件直徑(mm)。

        表3 環(huán)氧瀝青混合料抗裂性能試驗結(jié)果

        從試驗結(jié)果可知:-10℃低溫條件下,路用環(huán)氧瀝青混合料的抗彎拉強度2.47MPa,此時為脆性固體。隨溫度升高,環(huán)氧瀝青由低溫時的脆性固體變化為常溫下的粘彈性體,其粘性降低,從而混合料的抗彎拉強度降低。而隨著溫度升高,斷裂能受溫度的影響不敏感,環(huán)氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

        4 試驗段性能分析

        為驗證環(huán)氧瀝青試驗段路用性能,鋪筑3cm環(huán)氧瀝青混合料表面層試驗段,混合料出料溫度基本在110~115℃之間[9-10]。試驗段現(xiàn)場施工完成7d后,對試驗段路用性能進(jìn)行評價。

        (1)現(xiàn)場試驗分析

        試驗段芯樣完好,厚度略小于設(shè)計厚度,空隙率滿足要求,壓實度整體控制較好。

        表4 現(xiàn)場取芯試件體積檢測指標(biāo)

        環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表5所示。馬歇爾穩(wěn)定度均超過20kN,試驗段可以開放交通。

        表5 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

        (2)長期性能評價

        通車后對路面破損狀況長期跟蹤觀測,試驗段總體狀況較好,主要病害特征為基層引起的反射裂縫,反射裂縫處可以明顯地看到硬路肩錯位,裂縫垂直貫穿整個面層,為典型的反射裂縫特性。跟蹤觀測一年后路面PCI下降0.5,普通路段下降2。整體而言,環(huán)氧瀝青試驗段路面PCI衰減速度相較普通路段較慢。

        對通車后路面抗滑性能進(jìn)行評價,施工完成后初始擺值達(dá)到78BPN,通車后擺值以約2BPN/月的幅度下降,通車后期抗滑性能衰減速率逐步減緩,均高于規(guī)范要求。

        5 結(jié)論

        (1)環(huán)氧瀝青混合料施工總時間應(yīng)控制在100min以內(nèi),不能超過120min。養(yǎng)生時間15d內(nèi)無雨水,有利于保證環(huán)氧瀝青路面的路用性能,同時三天內(nèi)環(huán)境溫度20℃以上且光照充足。

        (2)環(huán)氧瀝青混合料同時具有粘彈性和熱固性特性,具有良好的疲勞性能。隨著溫度升高,斷裂能受溫度的影響不敏感,環(huán)氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

        (3)試驗段長期性能說明環(huán)氧瀝青路面具有良好的耐久性,路面病害發(fā)展緩慢。

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