趙映琴,封志佼,張林艷,封基良,蔡建偉

(1.云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院,云南 昆明 650000; 2.云南暢坦科技有限公司,云南 昆明 650012;3.云南武倘尋高速建設(shè)指揮部,云南 昆明 650000)

環(huán)氧瀝青混凝土是一種聚合物混凝土,主要由環(huán)氧瀝青膠結(jié)料及級配礦料拌合而成。自1967年美國San Mateo-Hayward跨海大橋首次采用環(huán)氧瀝青混合料鋪筑以來,由于其優(yōu)良性能,在大跨徑鋼橋面、特殊路段、重載交通路段得到了廣泛應(yīng)用[1-6]。但環(huán)氧瀝青混合料可容許施工時間較短,溫拌型(溫度110～130℃)環(huán)氧瀝青混合料施工可容許時間一般≤90min[6-9],熱拌型(溫度160～180℃)環(huán)氧瀝青混合料一般≤150min[8-9]。采用現(xiàn)有施工工藝,固化反應(yīng)貫穿于混合料拌合、運輸、攤鋪、碾壓及養(yǎng)生等整個環(huán)節(jié),在容留時間內(nèi)必須完成除養(yǎng)生外的所有工序,因容留時間產(chǎn)生的施工風(fēng)險較高。已有工程經(jīng)驗表明,我國環(huán)氧瀝青鋪裝完全成功率較低,主要原因之一為碾壓未完成前,環(huán)氧瀝青混合料發(fā)生了容留[10]。

目前國內(nèi)外有關(guān)環(huán)氧瀝青混凝土施工工藝的研究已取得豐碩的研究成果?？宏柕萚11]、王澤勇等[12]通過試驗發(fā)現(xiàn)將瀝青進(jìn)行順酐化處理后,所制備的環(huán)氧瀝青及其混合料會具備更優(yōu)的力學(xué)性能;黃紅明等[13]、劉攀等[14]研究發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)速率受溫度、時間影響較大,其施工過程是一個技術(shù)含量較高、對施工時間及施工溫度控制要求極為嚴(yán)苛的動態(tài)工程;陳磊磊等[15]對環(huán)氧瀝青混合料施工各環(huán)節(jié)注意事項做出明確要求。

為解決環(huán)氧瀝青可容許施工時間短的難題,通過對現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝的分析、研究,提出了將環(huán)氧瀝青B組分、A組分分別在拌合站及攤鋪過程中添加的后摻法環(huán)氧瀝青混合料施工工藝[16]。對室內(nèi)模擬后摻法工藝制備的環(huán)氧瀝青混合料路用性能及長期使用性能進(jìn)行研究,并結(jié)合工程實例,對攤鋪過程中A組分添加準(zhǔn)確性及均勻性、實體工程鋪筑效果進(jìn)行驗證。

1 現(xiàn)行施工工藝分析

現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝工序為環(huán)氧瀝青混合料拌合、運輸、攤鋪、碾壓及養(yǎng)護(hù):①在各項準(zhǔn)備工作完成后,分別加熱儲存罐內(nèi)環(huán)氧瀝青B組分及A組分;②將環(huán)氧瀝青B組分與A組分按比例混合均勻,制備得到環(huán)氧瀝青;③生產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料,并采用自卸汽車將混合料成品運輸至攤鋪現(xiàn)場,及時進(jìn)行攤鋪、碾壓;④進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。工藝流程如圖1所示。由于環(huán)氧瀝青B組分與A組分接觸后固化反應(yīng)即發(fā)生,通過對現(xiàn)行工藝施工流程的分析可以得出,在混合料容留時間內(nèi)需完成除養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)外的其余工序,即使不考慮拌合及運輸過程中存在的不確定性因素,除去拌合、運輸及待料等所需時間外,容留時間內(nèi)留給攤鋪及碾壓環(huán)節(jié)的時間也較短,施工風(fēng)險較高、質(zhì)量隱患較大。

圖1 現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝流程

2 后摻法施工工藝

環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝流程如圖2所示?；玖鞒虨?在瀝青拌合站拌制環(huán)氧瀝青B組分混合料,并將其運輸至攤鋪現(xiàn)場,在攤鋪過程中采用專用攤鋪機以霧狀方式準(zhǔn)確添加A組分,并通過專用攤鋪機的二次拌合功能將環(huán)氧瀝青B組分混合料與A組分拌合均勻,再進(jìn)行碾壓、養(yǎng)生。該工藝有效延緩了環(huán)氧瀝青B組分、A組分接觸時間,在混合料容留時間范圍內(nèi)只需完成攤鋪及碾壓環(huán)節(jié),節(jié)省了拌合、運料、待料等環(huán)節(jié)所占用的容留時間,有效延長了攤鋪及碾壓環(huán)節(jié)可容許施工時間,可有效降低因可容許施工時間短產(chǎn)生的施工風(fēng)險。

圖2 后摻法環(huán)氧瀝青混合料施工工藝流程

3 混合料路用性能及長期使用性能研究

采用經(jīng)檢驗合格的云南某科技有限公司生產(chǎn)的雙組分環(huán)氧瀝青,粒徑為4.75～9.5,9.5～13.2mm玄武巖粗集料,粒徑為0～4.75mm石灰?guī)r細(xì)集料、礦粉。在室內(nèi)模擬后摻法工藝制備環(huán)氧瀝青EAC-13混合料,礦料級配如圖3所示,總油石比為5.8%,其中,B組分油石比為5.1%?；旌狭现苽浞椒?首先將集料及環(huán)氧瀝青B組分分別加熱至120℃,然后將加熱后的集料、B組分及未經(jīng)加熱的礦粉倒入拌合鍋攪拌2min,最后按A組分∶B組分=100∶730比例添加A組分,再次拌合120s。按規(guī)范制件方法成型馬歇爾試件、車轍試件及加速加載試件,并置于120℃烘箱中養(yǎng)生固化,測試混合料路用性能,結(jié)果如表1所示。采用小型加速加載設(shè)備MMLS-1/3測試長期使用性能,試驗參數(shù)設(shè)置如表2所示,試驗后車轍深度與加載次數(shù)關(guān)系如圖4所示。

表1 后摻法EAC-13混合料路用性能指標(biāo)

表2 加速加載試驗參數(shù)

圖3 EAC-13混合料級配曲線

圖4 加速加載試驗結(jié)果

由表1可知,混合料動穩(wěn)定度達(dá)23 415次/mm,殘留穩(wěn)定度為95.2%,凍融劈裂強度比為90.2%,-15℃溫度下彎拉應(yīng)變?yōu)? 237,表明采用后摻法制備的環(huán)氧瀝青混合料具備良好的路用性能。由圖4可知,該環(huán)氧瀝青鋪裝層早期變形會隨著車輛加載作用次數(shù)的增加而加劇,隨后趨于穩(wěn)定,加載40萬次后,最大車轍深度僅為0.22mm,表明了混合料具備較好的長期使用性能。

4 專用攤鋪機

后摻法施工工藝需在攤鋪現(xiàn)場實現(xiàn)A組分準(zhǔn)確添加及計量,并將所添加A組分與B組分混合料拌合均勻的目的。為解決這一技術(shù)性難題,研制了環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝專用攤鋪機[17]。該攤鋪機左、右兩側(cè)各配備1個樹脂罐,罐內(nèi)A組分靠液壓電機輸出,動力由攤鋪機提供,輸出管道分為2個口,1個接回樹脂罐配有止回閥,另一個出口接噴灑管,噴灑管固定于攤鋪機進(jìn)料門后料倉上方,噴灑管上布設(shè)4個噴頭以實現(xiàn)A組分霧狀添加,樹脂輸出管道上配備有壓力表、流量計及溫度傳感器等裝置,流量及樹脂溫度與攤鋪機顯示屏串聯(lián),使用過程中能進(jìn)行實時監(jiān)控,噴灑管后安裝有兩級強制攪拌裝置以實現(xiàn)A組分及B組分混合料的均勻拌合。噴灑管道系統(tǒng)如圖5所示,噴灑及攪拌裝置如圖6所示,專用攤鋪機如圖7所示。

圖5 噴灑管道

圖6 攪拌及噴灑裝置

圖7 后摻法專用攤鋪機

5 工程應(yīng)用

2020年11月,云南都香高速荒沖大橋鋼箱梁橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪筑采用后摻法施工工藝。

5.1 原材料及配合比

環(huán)氧瀝青采用云南某科技有限公司生產(chǎn)的雙組分環(huán)氧瀝青,環(huán)氧瀝青B組分、A組分單獨儲存,A組分∶B組分=100∶730,粗集料為玄武巖,細(xì)集料為機制砂,集料及礦粉都經(jīng)檢驗合格。級配采用EAC-13,按JTG/T 3346—02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計及驗證,礦料比例為1號(11～18mm)∶2號(7～11mm)∶3號(4～7mm)∶4號(0～4mm)∶礦粉=30∶26∶8∶30∶6,總油石比為5.5%,B組分油石比為4.8%。級配曲線如圖8所示,驗證結(jié)果如表3所示。

表3 EAC-13混合料路用性能指標(biāo)

圖8 EAC-13混合料生產(chǎn)級配曲線

5.2 A組分摻量控制及檢驗

1)摻量控制

在項目實施過程中,采用式(1)計算攤鋪機左、右兩側(cè)添加的樹脂流量,并在攤鋪過程中通過固定攤鋪機攤鋪速度減少變量降低質(zhì)量風(fēng)險,在實施過程中通過攤鋪一定距離所用的樹脂量及每車混合料攤鋪完成所用樹脂量進(jìn)行校核并及時糾偏。在不同斷面位置上于攤鋪過程中螺旋布料器不同部位取樣并現(xiàn)場成型馬歇爾試件,運至實驗室養(yǎng)生固化后測試其空隙率、穩(wěn)定度,計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差,并以現(xiàn)場制件馬歇爾穩(wěn)定度及實驗室制件馬歇爾穩(wěn)定度對比反映A組分添加的準(zhǔn)確性,以現(xiàn)場制件馬歇爾穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)差反映A組分添加的均勻性。

Q=500hdρυPA/ρA

(1)

式中:Q為攤鋪機每側(cè)樹脂流量(L/min);h為路面攤鋪厚度(m);d為路面攤鋪寬度(m);ρ為環(huán)氧瀝青混合料毛體積密度(kg/m3);υ為攤鋪機攤鋪速度(m/min);PA為A組分占環(huán)氧瀝青混合料的質(zhì)量百分比(%);ρA為環(huán)氧樹脂在攤鋪溫度時的密度(kg/m3)。

2)準(zhǔn)確性及均勻性檢驗

攤鋪過程中于攤鋪機螺旋布料器不同部位取樣并現(xiàn)場成型馬歇爾試件。運送至實驗室養(yǎng)生固化后測試其指標(biāo),結(jié)果如圖9所示。

圖9 攤鋪機螺旋布料器不同位置取樣制件測試結(jié)果

由圖9可知,馬歇爾試件最大穩(wěn)定度為77kN,最小穩(wěn)定度為68kN,穩(wěn)定度變異系數(shù)為4.3%;空隙率最大為2.7%,最小為2.0%,空隙率變異系數(shù)為10.9%,表明該專用攤鋪機A組分添加準(zhǔn)確且具備較好的二次攪拌分散能力。

5.3 鋪筑效果檢測

施工完成后,根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求對現(xiàn)場施工質(zhì)量進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果如表4所示,各項指標(biāo)均滿足JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》及設(shè)計要求。

表4 鋼箱梁橋面指標(biāo)檢測結(jié)果

6 結(jié)語

1)經(jīng)過40萬次加速加載試驗后,后摻法環(huán)氧瀝青混合料最大車轍深度僅為0.22mm,試件表面完整,僅有少數(shù)集料顆粒瀝青膜脫落。后摻法環(huán)氧瀝青混合料具備較好的路用性能及長期使用性能。

2)由攤鋪過程中攤鋪機不同部位取樣制件試件測試結(jié)果可知,穩(wěn)定度變異系數(shù)為4.3%、空隙率變異系數(shù)為10.9%,表明改造后的攤鋪機能很好地滿足后摻法施工工藝對攤鋪機性能的需求。

3)實體工程鋪筑表明,環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝有效解決了因容留時間限制產(chǎn)生的風(fēng)險問題,具備較好的可實施性,可將其應(yīng)用于環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑工程。