廖榮華

(廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511450)

0 引言

隨著近年來廣東省公路交通量呈現持續(xù)增長的態(tài)勢，受高溫、重載車輛、雨季引起的水-溫-荷載耦合場的影響，瀝青路面面臨高溫車轍等典型病害的挑戰(zhàn)[1]。國內外主要通過提高瀝青膠結料性能指標來解決瀝青路面在特殊路段的高溫車轍問題，如添加抗車轍劑、高性能改性瀝青等[2-4]。鑒于環(huán)氧瀝青在大跨徑鋼橋面鋪裝中得到日漸廣泛的使用，為高速公路瀝青路面材料的選取提供了更廣的思路。

環(huán)氧瀝青混凝土是將環(huán)氧瀝青和常規(guī)集料拌合而成的，其中環(huán)氧瀝青是指將瀝青、環(huán)氧樹脂、固化劑以及稀釋劑、促進劑等添加劑按設計的配合比、次序、工藝配制而成，環(huán)氧樹脂與固化劑可發(fā)生固化反應并轉變?yōu)橐环N不可逆熱固性的材料[5-6]。環(huán)氧瀝青混合料具有粘結強度高，適應變形能力良好，且具有突出的高溫穩(wěn)定性、抗水損能力及抗疲勞性能[7-9]。

為了解決高速公路服務區(qū)匝道路面由于重載車輛的頻繁制動與加速造成的車轍病害，以及服務區(qū)的貨車停車位由于機油、柴油的泄漏導致瀝青路面溶解松散等問題，在河源某高速公路服務區(qū)的入口匝道及重車停車區(qū)進行了厚度為4cm環(huán)氧瀝青GAC-13的應用。環(huán)氧瀝青的熱固性與粘溫、粘時特性與普通SBS改性瀝青差異較大，為此，本文總結溫拌環(huán)氧瀝青路面設計、施工的關鍵技術要點，以期為類似工程的應用提供經驗參考。

1 原材料

1.1 瀝青膠結料

鋪裝層環(huán)氧瀝青選用句容寧武科技研制的“林武”牌M-11型，環(huán)氧瀝青用兩類組分混合制備，其重量比A∶B=1∶11.5。粘結層選用“林武”牌N-11型，同樣用兩類組分混合而成，其重量比A∶B=1∶9.5。主要性能指標見表1與表2。

表1 環(huán)氧瀝青A組分

表2 環(huán)氧瀝青B組分

1.2 集料

集料采用河源某石場生產的10～15mm、5～10mm、3～5mm輝綠巖碎石和0～3mm同母巖機制砂,粗集料性能指標見表3,礦粉材質為石灰?guī)r。

表3 粗集料性能指標

2 溫拌環(huán)氧瀝青混合料設計

2.1級配設計

由于環(huán)氧瀝青用于上面層，級配設計過程中需重點考慮混合料的抗滑性能、密水性能。在進行礦料級配設計時，主要考慮骨架密實結構體系，路面結構中集料顆?；ハ嗲稊D，構成穩(wěn)定的骨架來承載路面行車產生的荷載，而骨架間的空隙則由瀝青膠漿密實填充。根據《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術條件》(GBT 30598-2014)給出的推薦值，環(huán)氧瀝青鋪裝層的設計空隙率≤5.0%。借鑒鋼橋面鋪裝環(huán)氧磨耗層的工程應用經驗，選擇設計空隙率為3.5%。設計的混合料級配見表4。

表4 環(huán)氧瀝青混合料設計級配

2.2 混合料試驗

按照馬歇爾配合比設計方法進行試驗。試驗要求：環(huán)氧瀝青A組分加熱溫度80℃～90℃,環(huán)氧瀝青B組分加熱溫度115℃～120℃,礦料加熱溫度為120℃,混合料拌和溫度設置為120℃，擊實溫度為120℃，試件養(yǎng)生時間為120℃恒溫12h，再對混合料固化后的馬歇爾體積進行檢測。其中五個瀝青油石比分別為4.8%、5.1%、5.4%、5.7%、6.0%。除了進行常規(guī)的馬歇爾體積指標與路用性能試驗，還重點針對環(huán)氧混合料進行沖擊韌性測試，以表征環(huán)氧混合料的疲勞性能[10]。試驗步驟：(1)使用輪碾成型機制備試件，規(guī)格為300mm×300mm×50mm的板塊狀，將試件放到烘箱中以120℃加熱6h，以快速固化。(2)采用雙面鋸加工為250mm±2mm×30mm±0.5mm×35mm±0.5mm的小梁。(3)使用MTS試驗機進行沖擊韌性試驗，加荷速度設定為500mm/min。(4)將試件放入環(huán)境保溫箱中以15℃保溫養(yǎng)生4h，養(yǎng)生完畢后，進行加載試驗。由圖1可見，當提高瀝青用量時，環(huán)氧瀝青混合料的沖擊韌性指標明顯遞增，可提高材料的抗疲勞性能，但增長幅度當瀝青用量提升至到5.4%以上時出現明顯的減緩。

圖1 沖擊韌性試驗結果

根據馬歇爾試驗和沖擊韌性試驗，以空隙率接近設計值和沖擊韌性接近閾值點為判別依據，初步選定滿足設計要求的5.4%和5.7%兩個油石比進行對比，試驗結果見表5。兩種油石比下的混合料體積指標均滿足技術要求，但5.4%油石比的混合料高溫70℃動穩(wěn)定度高于5.7%油石比的混合料，表明5.7%油石比下的自由瀝青偏高，不利于抗車轍變形。

表5 GAC-13環(huán)氧瀝青混合料技術指標

2.3 混合料耐油性試驗

分別制備環(huán)氧瀝青與普通改性瀝青GAC-13試件，將其浸入柴油，控制試件上表面距液面深度大于10mm。進行浸油前后(常溫浸泡48 h)的質量變化和殘留穩(wěn)定度測試，試驗結果見表6。

表6 試件浸油前后對比

通過浸油試驗結果，經過48h的柴油浸泡，普通改性瀝青試件快速溶解，骨料裸露，呈松散狀態(tài)，所測質量損失達10%，無法進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗。而環(huán)氧瀝青試件浸油后的質量損失不足0.2%，且試件完整性良好，油膜裹覆充分(圖2)。在常溫下進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，其中未浸油放置48h的環(huán)氧試件常溫穩(wěn)定度為40kN，而浸油后試件常溫穩(wěn)定度依然能達20kN，浸油前后的環(huán)氧試件力學性能優(yōu)良，殘留穩(wěn)定度依然能達約50%，耐油性能較好。而提高環(huán)氧瀝青用量，有助于增強混合料的耐油性，但提升幅度較小。

圖2 浸油后的瀝青試件

2.4 最終油石比的確定

均衡壓實度和抗滑構造指標并結合車轍板成型試件的表面狀況進行比選，綜合考慮環(huán)氧瀝青混合料的穩(wěn)定度、高溫穩(wěn)定性以及耐油性，同時兼顧上面層抗滑構造和工程經濟性的考慮，選擇5.4%油石比進行大面積施工。

3 溫拌環(huán)氧瀝青混合料施工工藝

3.1 拌合樓的改造

生產環(huán)氧瀝青混合料之前，需要將拌和樓設備改裝，采用西筑5000型瀝青拌合樓。其中A組分儲存容器由廠家提供；B組分用量較大，則利用拌合樓瀝青儲存罐。同時加設環(huán)氧瀝青A、B組分的輸送管道以及兩者對接混合泵送裝置。主要工藝為：環(huán)氧瀝青A、B組分經過導熱油加熱后，從罐體管道輸送至泵送裝置。該泵送裝置通過電腦設置雙組分的比例，通過流量計控制A、B組分的噴射量，最后將雙組分輸送至拌缸進行攪拌生產。施工前需對環(huán)氧瀝青A、B材料的混合裝置進行標定，以保證A、B雙組分材料能按照規(guī)定的比例進行混合。

3.2 拌制與運輸控制

溫拌環(huán)氧瀝青混合料的攪拌時間設定為：純干拌6s，純濕拌38s。每一鍋產量為4.5t。出料溫度控制在110℃～120℃，其中溫拌瀝青A組分生產溫度控制在80℃～90℃；溫拌瀝青B組分溫度控制在140℃～145℃。由于運輸過程中環(huán)氧樹脂A、B組分的化學反應會持續(xù)產生熱量，彌補了運輸過程的溫度損失，甚至到場溫度會略有上升，因此生產過程中的集料加熱溫度要求控制在105℃～115℃,如圖3(a)所示。瀝青A、B組分的加熱溫度較易控制，集料通過烘干筒進行加熱，其加熱溫度需動態(tài)調整，根據產量、集料干濕程度、級配組成，調整滾筒燃燒器風門大小進行控制。生產中將前5鍋混合料卸入裝載機內，進行外觀、溫度的檢測，保證混合料均勻且溫度滿足110℃～120℃之間，如圖3(b)所示。

圖3 拌制過程紅外溫度圖像

為盡可能縮短混合料生產、裝料、運輸及卸料的時間，混合料運輸配備了10臺運輸車，要求對車廂進行清潔，不得有積水，并噴涂植物油。按“前、后、中、前補、后補”順序進行裝料，每車裝載8盤料，裝載量約35t，裝載完成后立即覆蓋保溫帆布過磅出場。對于加工溫度超標的混合料應予廢棄。

3.3 工作面的準備

環(huán)氧瀝青粘結層不同于常規(guī)瀝青粘結層材料的特性和施工要求，導致對其施工工藝需進行大幅度的調整。由于A、B組分混合后的不可逆，必須在較短時間內準確完成粘結層的灑布，否則對設備、路面效果、污染清理均存在較大影響。采用環(huán)氧瀝青智能型灑布車，通過計算機的反饋控制技術，保證環(huán)氧粘層油灑布量為0.4～0.5kg/m2(圖4)。對A、B組分噴射比例進行標定，并進行路面試灑，在路面非輪跡處固定預先稱量的1m×1m土工布，噴灑后進行灑布量的檢測。對周邊的路緣石、花壇、花池及燈柱采用塑料薄膜進行覆蓋防護，起步位置灑布量較多處可適量撒布5～10mm碎石，防止泛油與粘輪。

圖4 環(huán)氧粘層油撒布

3.4 攤鋪及碾壓

服務區(qū)大車區(qū)攤鋪寬度約53m，長度180m。攤鋪設備配備2輛福格勒2100-3L端伸縮攤鋪機，攤鋪寬度為11.5m+8.5m，由于寬度限制需分3道進行攤鋪，因此除了存在2輛攤鋪機同時攤鋪時的熱接縫，也存在前后移機再次攤鋪產生的冷接縫。為防止冷接縫處混合料的無側限外移，采用厚度為4cm的木方條進行側限固定。為確保碾壓的及時性和攤鋪均勻性，調控好平整度，運行速度保持在2.5m/min左右，前后機熱搭接10～20cm，跟機距離小于5m。

圖5 施工現場

碾壓設備配備3臺戴納派克CC6200雙鋼輪壓路機+2臺徐工XP303K膠輪壓路機。碾壓方案為雙鋼輪前靜后振初壓1遍+雙鋼輪振壓2遍+膠輪搓揉2遍+雙鋼輪靜壓收光1～2遍。采用無核密度儀PQI380進行各碾壓遍數下路面壓實度的變化檢測。根據圖6分析現場選擇的三個測點(2個測點均為初攤溫度105℃～110℃溫度，1個測點為初攤溫度84℃的低溫狀態(tài))的壓實度變化。正常溫度下，4～5遍碾壓后環(huán)氧混合料的壓實度達到峰值。壓實度達到峰值后，繼續(xù)進行振動碾壓，出現壓實度降低的現象，主要原因為瀝青混合料內部從最緊密狀態(tài)被過壓振散，此時的振動能量會加劇路表棱角的磨損并破壞未來將要形成的粘結強度?？稍谡駝幽雺汉筝o助膠輪搓揉，保證混合料表面的密實，使膠結料輕微上浮，有助于進一步提高壓實度。而低溫狀態(tài)下進行碾壓，難以控制壓實度符合標準(>98%)，因此，需保證施工溫度，在正常溫度下使用雙鋼輪+膠輪碾壓5～6遍即可。低溫狀態(tài)下難以壓實，且隨著時間的增長，環(huán)氧的化學反應持續(xù)增大，環(huán)氧瀝青混合料趨向定型，應作廢棄處理。

圖6 不同碾壓遍數下的壓實度

此外，由于環(huán)氧瀝青混合料對水的敏感性，雙鋼輪壓路機、膠輪壓路機碾壓時必須人工涂抹植物油作為隔離劑，不得噴水碾壓。碾壓組合中雙鋼輪和膠輪壓路機應及時跟進交叉碾壓，尤其是膠輪壓路機應盡可能前移碾壓段落，對熱接縫應在第一時間進行碾壓，減少溫損。碾壓過程需控制好壓路機起步和停止的速度，避免混合料出現隆起和表面微開裂。

3.5 施工時間與溫度控制

為了便于環(huán)氧瀝青混凝土各施工工序的順利進行，環(huán)氧瀝青在一定時間內的粘度應維持在較低水平，但當終壓結束后又需要混凝土的粘度與強度快速提升至控制指標，所以在既定時限內必須完成所有的施工過程。根據廠家提供的相關數據并結合環(huán)氧瀝青粘溫、粘時試驗結果[11]，環(huán)氧瀝青混合料的施工窗口時間為90min。根據統(tǒng)計每8盤料的生產時間平均為12min，場內蓋布及過磅時間平均為10min，運輸至服務區(qū)平均時間為20min，等待并攤鋪卸料完成約20min，碾壓在15～20 min完成，整個過程可控制在90min內完成。

采用插入式測溫裝置監(jiān)測施工過程中各料車的料溫情況，如圖7所示。環(huán)氧瀝青混合料出廠溫度在111℃～121℃之間，到場溫度在110℃～121℃范圍。運輸過程的溫度損耗較低，主要得益于兩方面：一是運距短、保溫措施良好；二是環(huán)氧混合料反應過程產生的熱料彌補了溫度損耗。攤鋪溫度為108℃～117℃，滿足施工要求。

圖7 環(huán)氧瀝青混合料溫度

為了更好地反映施工各環(huán)節(jié)的環(huán)氧混合料溫度變化，采用手持式紅外成型FLIR設備進行監(jiān)測。施工過程的溫度情況如圖8所示，料車內混合料溫度約105℃～110℃，料槽混合料表面溫度115℃～120℃，攤鋪后混合料表面溫度105℃～115℃，初壓后混合料表面溫度90℃～95℃，復壓溫度70℃～80℃，終壓后溫度50℃～60℃，滿足施工要求。

圖8 主要環(huán)節(jié)環(huán)氧混合料溫度熱成像

3.6 養(yǎng)生的強度增長

按照當天施工的生產配合比，成型10組馬歇爾試件，在常溫下進行養(yǎng)生，并定期測試其馬歇爾穩(wěn)定度，測試結果如圖9所示。養(yǎng)生時間增長時，環(huán)氧瀝青混合料試件的強度也隨之呈線性遞增。養(yǎng)生至第27d時，強度為16.6kN，仍未達到開放交通的設計要求(>20kN)，分析原因主要是施工季節(jié)為冬季有關。因此，對于溫拌環(huán)氧瀝青混凝土路面，建議應保證養(yǎng)生時間，尤其是冬季低溫時期施工狀態(tài)要相對增加。

圖9 環(huán)氧瀝青混合料強度增長曲線

4 施工質量與路用性能評價

4.1 施工均勻性

以無核密度儀測試環(huán)氧瀝青混凝土路面的密度與空隙率，評估路面施工的均勻性。以1m為間隔繪制全斷面方格，分別對路段進行無核密度儀檢測，共檢測20m，采集315個數據。將無核密度儀測試得到的毛體積密度轉換為空隙率，依據“空隙率越大，灰度越小”的原則繪制瀝青層空隙率分布云圖，如圖10所示。統(tǒng)計結果表明，檢測區(qū)域內大部分空隙率處于0%～5%區(qū)間的比例為96.6%，超過設計要求(空隙率>5%)的中度粗離析比例為3.4%，未見嚴重的粗離析，施工均勻性良好。

圖10 環(huán)氧路段空隙率分布

4.2 路用性能

(1)根據路面滲水系數測試結果，平均值為36.7ml/min，滿足150 ml/min以內的設計要求，路面密水性能良好。

(2)構造深度檢測結果顯示，大部分路面構造深度處于1.0～1.2mm范圍，宏觀抗滑構造良好。

(3)根據連續(xù)式平整度儀檢測結果，服務區(qū)A區(qū)共檢測6個點，平均值0.58mm，最大值0.68mm,最小值0.45mm；服務區(qū)B區(qū)共檢測6個點，平均值0.55mm，最大值0.63mm,最小值0.41mm。各路段的平均值均低于0.7mm，平整度良好。

(4)服務區(qū)匝道檢測8個位置，彎沉代表值為11.8(0.01mm),且各測試點位的實測值均小于設計要求的19.8(0.1mm)。

5 結論

(1)采用沖擊韌性試驗評價溫拌環(huán)氧瀝青混合料的疲勞性能。隨著瀝青用量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的沖擊韌性值增大；但隨著瀝青用量增加到5.4%以上時，耐疲勞性能提升速度減緩。

(2)浸油試驗表明，溫拌環(huán)氧瀝青混合料質量損失不足0.2%，完整性良好，常溫穩(wěn)定度達20kN以上，殘留穩(wěn)定度達50%以上，適宜用于油液污染嚴重的區(qū)域。

(3)進行了環(huán)氧瀝青混合料壓實效果跟蹤，正常溫度下使用雙鋼輪+膠輪壓路機碾壓5～6遍后可達到壓實度峰值，繼續(xù)進行振壓將出現壓實度降低的現象，而混合料溫度過低則無法達到設計要求的壓實度。

(4)鑒于環(huán)氧瀝青的熱固性與粘溫、粘時特性，溫拌環(huán)氧混合料的有效施工窗口為90min。采用插入式溫度檢測方式與紅外設備可以從點到面進行各環(huán)節(jié)溫度的監(jiān)控，減少溫度離析。

(5)隨著養(yǎng)生時間的增長，環(huán)氧瀝青混合料試件的強度呈線性遞增，冬季低溫環(huán)境施工時建議延長養(yǎng)生時間，待試件強度達到設計要求后方可開放交通。