王保生

（山西交控路網(wǎng)應(yīng)急指揮中心，山西 太原 030006）

受大風(fēng)影響較多地區(qū)的橋梁，如其跨徑比較大，加上橋梁自身整體剛度不大，臺(tái)風(fēng)或者地震作用下，其橋面板以及路面都會(huì)產(chǎn)生很大的變形，同時(shí)鋪裝的普通瀝青路面由于其韌性不足，極易產(chǎn)生破壞，橋梁對(duì)瀝青路面的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求更為苛刻[1-2]。環(huán)氧樹脂瀝青由于強(qiáng)度高，韌性好，適應(yīng)橋面變形和抗化學(xué)物質(zhì)侵蝕能力強(qiáng)，常作為橋面鋪裝的良好材料[3-5]。王新明、趙鋒軍、閔召輝、黃衛(wèi)[6-8]對(duì)環(huán)氧樹脂瀝青的黏彈性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。為了改善環(huán)氧樹脂瀝青混合料的路用性能，延長(zhǎng)其壽命周期，本文結(jié)合MTS加載、車轍和拉拔等室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同溫度條件下環(huán)氧樹脂添加劑量對(duì)性能影響進(jìn)行研究，從而確定最佳環(huán)氧樹脂摻量，為橋面鋪裝環(huán)氧瀝青材料的推廣應(yīng)用提供參考。

1 原材料

試驗(yàn)中采用的試驗(yàn)原材料主要包括環(huán)氧瀝青樹脂、70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青、集料和礦粉等。參照規(guī)范[9]，原材料技術(shù)性能見表1～表4所示。

表1 環(huán)氧樹脂技術(shù)性能指標(biāo)

表2 70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青檢測(cè)結(jié)果表

表3 集料常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表4 礦粉常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

基于以上原材料選擇和性能結(jié)果，進(jìn)行集料篩分試驗(yàn)和級(jí)配選擇。表5為集料的百分通過率表，圖1為相應(yīng)級(jí)配圖。

表5 集料的百分通過率/%

圖1 集料級(jí)配圖

當(dāng)油石比為6.5%時(shí)，3種級(jí)配的瀝青混合料的各項(xiàng)馬歇爾體積指標(biāo)見表6。

表6 各級(jí)配馬歇爾體積性質(zhì)

由表6中的數(shù)據(jù)可知，a、b、c三種級(jí)配均滿足要求，因此采用更接近于目標(biāo)空隙率的級(jí)配b作為最終試驗(yàn)的設(shè)計(jì)級(jí)配，具體級(jí)配結(jié)果為AC-25C。

2 試驗(yàn)方案

為確定最優(yōu)環(huán)氧瀝青摻量，擬研究10℃、0℃和-5℃三種不同溫度條件下，環(huán)氧樹脂的添加劑量對(duì)瀝青混合料的黏彈性能、抗疲勞性能、高溫性能，以及橋面鋪裝層與橋面板之間的黏結(jié)性能的影響。其中高溫性能車轍試驗(yàn)匯總，采用45℃、60℃和75℃三種不同的溫度。45℃模擬的是常溫狀態(tài)，陽(yáng)光照射下，瀝青路面的溫度；60℃在車轍試驗(yàn)中通常用來模擬瀝青路面的極限高溫狀態(tài)，作為一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)組；75℃模擬的是國(guó)內(nèi)夏季高溫地區(qū)，在高溫天氣時(shí)，黑色路面吸熱達(dá)到的極端溫度。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)試件采用油石比均為6.5%，圖2為方案設(shè)計(jì)流程圖。

圖2 試驗(yàn)方案流程圖

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 黏彈性能試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用小梁彎曲蠕變來測(cè)試試件的黏彈性能。以蠕變?cè)囼?yàn)彎拉應(yīng)變?yōu)闄z測(cè)指標(biāo)，通過蠕變?cè)囼?yàn)研究環(huán)氧樹脂混合料在10℃、0℃和-5℃三種溫度條件下，不同的環(huán)氧樹脂添加劑量對(duì)環(huán)氧樹脂混合料的黏彈性能影響。試驗(yàn)設(shè)備為MTS試驗(yàn)機(jī)，有效試驗(yàn)時(shí)間為60 min。每組試驗(yàn)的平行試驗(yàn)有效試件個(gè)數(shù)不得小于3個(gè)，記錄平行試驗(yàn)所有試件的蠕變彎拉應(yīng)變，取其均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。其試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 彎拉應(yīng)變與環(huán)氧樹脂摻量的關(guān)系

由圖3可知，在溫度為10℃的環(huán)氧樹脂瀝青混合料試件的彎拉應(yīng)變，隨著環(huán)氧樹脂摻量的增加而逐漸增大。溫度為-5℃和0℃的環(huán)氧樹脂瀝青混合料試件的彎拉應(yīng)變，隨著環(huán)氧樹脂摻量的增加而逐漸減小。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂在溫度低于0℃的情況下是一種易脆性材料。當(dāng)瀝青混合料的試驗(yàn)溫度在0℃以下時(shí)，隨著瀝青混合料中環(huán)氧樹脂添加劑量的增加，其低溫易脆性材料在混合料中的比重越來越大，因此環(huán)氧樹脂瀝青混合料的彎拉應(yīng)變就會(huì)越來越小。相反，如果在0℃以上，瀝青混合料隨著環(huán)氧樹脂材料添加劑量的增加，能夠有效增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的柔韌性和流變性。因此10℃的環(huán)氧樹脂瀝青混合料具有較強(qiáng)的適應(yīng)橋面板變形能力，性能表現(xiàn)更為優(yōu)良。

3.2 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用車轍試驗(yàn)來測(cè)試不同環(huán)氧樹脂添加劑量的試件高溫性能。在車轍試驗(yàn)中采用45℃、60℃和75℃三種不同的溫度。以動(dòng)穩(wěn)定度為檢測(cè)指標(biāo)，對(duì)比研究45℃、60℃和75℃三種溫度條件下，不同改性劑摻量對(duì)混合料高溫性能影響。其試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 動(dòng)穩(wěn)定度與環(huán)氧樹脂摻量的關(guān)系

由圖4中可知，3種不同溫度的試件在不添加環(huán)氧樹脂的條件下其動(dòng)穩(wěn)定度均不滿足規(guī)范中橋梁路面大于等于3 000次/mm的要求。當(dāng)加入環(huán)氧樹脂15%以上時(shí)，均滿足規(guī)范要求。在45℃、60℃和75℃三種溫度條件下，環(huán)氧樹脂添加劑量的增加，其動(dòng)穩(wěn)定度也隨之提高。說明適當(dāng)劑量的環(huán)氧樹脂能夠有效提高試件的高溫性能。在環(huán)氧樹脂摻量為0～35%時(shí)，環(huán)氧樹脂瀝青混合料在3種溫度條件下的動(dòng)穩(wěn)定度提高非常明顯。當(dāng)環(huán)氧樹脂添加劑量達(dá)到35%以上時(shí)，45℃試件的動(dòng)穩(wěn)定度提高0.2%，60℃試件的動(dòng)穩(wěn)定度提高0.7%，75℃試件的動(dòng)穩(wěn)定度提高0.7%，提高不明顯，甚至呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。由此說明，當(dāng)環(huán)氧樹脂的添加劑量為35%時(shí)，此時(shí)3種溫度條件下的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度增長(zhǎng)速率達(dá)到最大值。在實(shí)際工程中，如果采用70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青來制備環(huán)氧樹脂瀝青混合料，建議環(huán)氧樹脂材料的添加劑量為35%。

3.3 抗疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果與分析

參照規(guī)范[9]，采用小梁彎曲試驗(yàn)，以試驗(yàn)加載次數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，加載方式為三分點(diǎn)加載，應(yīng)力比（疲勞應(yīng)力/破壞強(qiáng)度）采用0.4，對(duì)比研究環(huán)氧樹脂混合料在10℃、0℃和-5℃三種溫度條件下，不同的環(huán)氧樹脂添加劑量對(duì)環(huán)氧樹脂混合料的抗疲勞性能影響。每組試驗(yàn)的平行試驗(yàn)有效試件個(gè)數(shù)不得小于3個(gè)。其試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5中可知，在10℃、0℃和-5℃三種溫度條件下，環(huán)氧樹脂瀝青混合料的疲勞壽命，隨著環(huán)氧樹脂添加劑量的增加而升高。在環(huán)氧樹脂摻量為0～35%時(shí)，瀝青混合料的疲勞壽命提高速率均很大。當(dāng)環(huán)氧樹脂添加劑量達(dá)到35%以上時(shí)，10℃試件的疲勞壽命提高0.2%，0℃試件的疲勞壽命提高0.1%，-5℃試件的疲勞壽命提高0.1%。由此可知，當(dāng)環(huán)氧樹脂的添加劑量為35%時(shí)，此時(shí)3種溫度條件下的瀝青混合料疲勞壽命增長(zhǎng)速率同時(shí)達(dá)到最大值。在橋面鋪裝材料中，建議環(huán)氧樹脂材料的添加劑量為35%，此時(shí)環(huán)氧樹脂瀝青混合料的疲勞壽命能夠達(dá)到較優(yōu)水平，可以有效降低維修養(yǎng)護(hù)的次數(shù)，一定程度節(jié)省建設(shè)成本。

圖5 疲勞壽命與環(huán)氧樹脂摻量的關(guān)系

3.4 黏結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果與分析

參照規(guī)范[9]，通過拉拔試驗(yàn)對(duì)比研究環(huán)氧樹脂混合料在10℃、0℃和-5℃三種溫度條件下，不同的環(huán)氧樹脂添加劑量對(duì)環(huán)氧樹脂混合料與橋面板間的黏結(jié)性能影響。將試件放入10℃、0℃和-5℃三種溫度的冰箱中保溫2.5 h，隨后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 拉拔強(qiáng)度與環(huán)氧樹脂摻量的關(guān)系

由圖6可知，在10℃、0℃和-5℃三種溫度條件下，環(huán)氧樹脂瀝青混合料與橋面板間的黏結(jié)性能，隨著環(huán)氧樹脂添加劑量的增加而升高。且拉拔強(qiáng)度均滿足以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)大于等于1.2 MPa的要求。在環(huán)氧樹脂摻量為0～35%時(shí)，鋪裝層與橋面板間的黏結(jié)性能提高速率均很大。當(dāng)環(huán)氧樹脂添加劑量達(dá)到35%以上時(shí)，10℃試件的黏結(jié)性能提高0.3%，0℃試件的黏結(jié)性能提高0.6%，-5℃試件的黏結(jié)性能提高0.7%，均不足1%。由此可知，當(dāng)環(huán)氧樹脂的添加劑量為35%時(shí)，此時(shí)3種溫度條件下的鋪裝層與橋面板間的拉拔強(qiáng)度增長(zhǎng)速率同時(shí)達(dá)到最大值。在橋面鋪裝材料中，建議環(huán)氧樹脂材料的添加劑量為35%。

4 結(jié)語(yǔ)

a）環(huán)氧樹脂瀝青混合料在10℃時(shí)具有較強(qiáng)的適應(yīng)橋面板變形能力，性能表現(xiàn)更為優(yōu)良，建議在冬季0℃以上地區(qū)使用。

b）如果采用70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青來制備環(huán)氧樹脂瀝青混合料，建議環(huán)氧樹脂材料的添加劑量為35%，此時(shí)高溫穩(wěn)定性和疲勞壽命均相對(duì)最優(yōu)。

c）當(dāng)環(huán)氧樹脂的添加劑量為35%時(shí)，此時(shí)3種溫度條件下的鋪裝層與橋面板間的拉拔強(qiáng)度增長(zhǎng)速率同時(shí)達(dá)到最大值。