國產環氧瀝青混合料強度增長規律研究

王利永

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

環氧瀝青是將環氧樹脂加入瀝青中，經與固化劑發生硬化反應，形成不可逆的固化物。這種固化物從根本上改變了瀝青的熱塑性，從而賦予瀝青全新的優良的物理、力學性能。環氧瀝青混凝土是由殼牌石油公司開發，最初用于機場道路以抵抗飛機燃油和噴氣的侵害。于1967年首次用在美國San Mateo-Hayward大橋正交異性鋼板橋面的鋪裝層，并取得了良好的鋪裝效果。環氧瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，性能有很大的區別。例如其強度、剛度、耐久性等都與水泥混凝土頗為相似，但同時它又在很多方面具有瀝青混凝土的優良特性。目前國內橋面鋪裝上所使用的環氧瀝青材料多為進口的美國環氧瀝青和日本環氧瀝青。2007年，天津海河富民橋首次使用國產環氧瀝青進行橋面鋪裝，并獲得成功。隨后國產環氧瀝青又成功的應用于武漢天興洲長江大橋、閔浦大橋、龍華港大橋等，改變了依靠進口環氧瀝青進行橋面鋪裝的落后局面，翻開了國產環氧瀝青橋面鋪裝的新篇章。環氧瀝青混合料的其中一個突出優點就是強度很大。其強度增長規律不同于普通瀝青及一般的改性瀝青混合料，它的強度隨著環氧樹脂反應的進行而不斷增大。為了研究環氧瀝青混合料在攤鋪壓實之后開放交通的時間，有必要在室內進行環氧瀝青混合料強度增長規律的研究。隨著國產環氧瀝青的推廣應用，本文選取國產環氧瀝青進行試驗研究，重點研究了國產環氧瀝青混合料在常溫下的強度發展規律，并由此確定實際鋪裝中環氧瀝青混合料的養護時間。

1 試驗材料

優質的原材料是保證橋面鋪裝性能的先決條件，為滿足橋面混凝土鋪裝的性能要求，確保環氧瀝青混凝土鋪裝的成功實施，必須嚴格按照技術要求，做好集料與瀝青這兩種關鍵材料的選擇。

環氧瀝青混合料在作為大跨徑混凝土橋面鋪裝材料時，必須選用干凈、堅硬、耐磨，表面100%為破碎石，形狀以立方體為主的集料，并且要與瀝青有良好粘附性，以提高鋪裝層的耐磨性能和抗滑性能。環氧瀝青混合料鋪裝使用的礦料首先必須滿足《公路瀝青路面施工技術規范》中對于“高速公路”的所有要求。

本文使用的國產環氧瀝青為HLJ-5210型國產環氧瀝青結合料。它是由雙組分組成:組分A(環氧樹脂)和組分B(一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質合成物)。國產環氧瀝青的制備工藝具體為:首先將A組分加熱到80℃～90℃，B組分加熱到125℃ ～135℃，兩組分混合后溫度在120℃左右為宜，攪拌4min～6min，兩者混合均勻制備成國產環氧瀝青。固化后的國產環氧瀝青技術指標應符合表1中的規定。

表1 國產環氧瀝青技術指標

采用較細的級配可以延長橋面鋪裝層的疲勞壽命，但偏細的級配將減小路面的宏觀粗糙度，對其抗滑是不利的。綜合考慮抗疲勞及抗滑的要求，并且兼顧鋪裝厚度的要求，本文采用我國規范中的AC-13級配。AC-13級配屬于細粒式密級配瀝青混凝土礦料級配，既能考慮到混凝土的疲勞壽命，又能滿足路面的抗滑要求。通過馬歇爾試驗，綜合考查固化及未固化試件的性能后，確定最佳油石比為6.2%。

2 國產環氧瀝青混合料強度增長規律

本研究根據國產環氧瀝青混合料配合比設計最終確定的最佳油石比，按照制作工藝，制備馬歇爾試件，分成三組:一組試件在120℃高溫下固化4 h，測其空隙率和25℃劈裂抗拉強度;另一組試件分別在常溫下固化 1 d，3 d，5 d，10 d，15 d，30 d，然后測其空隙率和25℃劈裂強度;最后一組在60℃條件下固化3 d，測其空隙率和25℃劈裂強度。三組試件比較，分析國產環氧瀝青混合料強度增長規律，并最終確定混凝土橋面鋪裝最早開放交通的時間，試驗結果如表2所示。

表2 不同養護條件下國產環氧瀝青混合料強度形成

由表2可知，國產環氧瀝青混合料馬歇爾試件在120℃高溫下完全固化，其25℃劈裂強度要明顯大于未經高溫養護的試件。通過國產環氧瀝青混合料未固化試件在常溫下經過不同養生時間后的強度試驗結果發現，未固化試件隨著養護時間的延長，其劈裂強度不斷增長，但是強度增長速度緩慢，尤其是后期增長很不明顯，養護30 d之后劈裂強度約為最終強度的85%，且溫度條件對試件強度增長的影響很大，隨著養護溫度的升高，其強度增長速度就越快。如表2中數據所示，分別在60℃條件下和常溫下養生3 d，前者的劈裂強度與后者比較，提高了近2倍。此外，試驗結果表明，養生方式的不同以及常溫下養生時間的長短對混合料的空隙率沒有明顯影響。因此考慮到常溫下國產環氧瀝青混合料強度增長較慢，國產環氧瀝青混合料在攤鋪壓實之后，最好維持封閉交通30 d以上。由于實際橋面鋪裝施工期間的溫度條件與室內試驗期間并非一致，具體的封閉交通時間還要根據施工時的氣溫情況而定。

3 結語

1)國產環氧瀝青混合料經高溫養護后(120℃，4 h)，其劈裂強度要明顯大于未經養護的。常溫下，國產環氧瀝青混合料的劈裂強度隨養生時間的增加而增大，強度增長速度緩慢，尤其是后期增長很不明顯。2)國產環氧瀝青混合料在室溫下養生30 d，其劈裂強度可以達到最終強度的85%左右。在常溫條件下養護，國產環氧瀝青混合料橋面鋪裝層最好維持封閉交通30 d以上。3)環氧瀝青混合料鋪裝層養護期間需封閉交通，以避免對鋪裝造成早期損害，待其強度達到要求的范圍后方可開放交通。

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