路面用環(huán)氧瀝青混凝土性能研究

盧飛宇（廣東省長大公路工程有限公司，廣東　廣州　510000）

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路面用環(huán)氧瀝青混凝土性能研究

盧飛宇（廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州510000）

為了研究路面用環(huán)氧瀝青混凝土的性能特點，本文通過室內(nèi)試驗，進(jìn)行了路面用環(huán)氧瀝青混凝土與SBS改性瀝青混凝土的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性對比，并進(jìn)行了綜合經(jīng)濟(jì)效益分析。研究表明，路面用環(huán)氧瀝青混凝土具有優(yōu)異的力學(xué)和路用性能，作為高速公路路面鋪裝材料具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

瀝青路面；環(huán)氧瀝青混凝土；性能研究

1　引言

環(huán)氧瀝青混凝土按使用場合分為鋼橋面用環(huán)氧瀝青混凝土、水泥混凝土橋面用環(huán)氧瀝青混凝土和路面用環(huán)氧瀝青混凝土。其中鋼橋面用環(huán)氧瀝青混凝土具有優(yōu)異的力學(xué)性能，高低溫穩(wěn)定性、耐疲勞性能等，并已在鋼橋面鋪裝中得到廣泛應(yīng)用，取得良好的效果。而路面用環(huán)氧瀝青混凝土在高速公路中的應(yīng)用比較少，因此深入開展對路面用環(huán)氧瀝青混凝土的性能研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本研究以廣東省在建項目平遠(yuǎn)（贛粵界）至興寧高速公路為依托，對路面用環(huán)氧瀝青混凝土的性能進(jìn)行試驗研究并對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

2　材料性能

2.1環(huán)氧瀝青

采用江蘇句容寧武科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的M-11雙組分環(huán)氧瀝青。該路面用環(huán)氧瀝青由A、B組分組成，A組分為液態(tài)雙氧樹脂，B組分為瀝青、固化劑及添加劑組成的混合物。M-11環(huán)氧瀝青由組分A和組分B按重量比1：11.5混合制得。其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1～2。

表1　環(huán)氧瀝青A組分技術(shù)要求

表2　環(huán)氧瀝青B組分技術(shù)要求

2.2集料及礦粉

粗集料應(yīng)選擇潔凈、干燥，具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性的材料，經(jīng)優(yōu)選采用玄武巖集料，其粒徑規(guī)格有3～5mm、5～10mm、10～15mm三種。細(xì)集料采用機(jī)制砂，規(guī)格為0～3mm。礦粉由石灰?guī)r經(jīng)磨細(xì)得到。粗細(xì)集料及礦粉的各項指標(biāo)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）的要求。

表3　集料及礦粉密度

2.3環(huán)氧瀝青混合料

本項目GAC-16C環(huán)氧瀝青混合料采用馬歇爾配合比設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，試驗時集料加熱到120℃，環(huán)氧瀝青組分A加熱到90℃，環(huán)氧瀝青組分B加熱到120℃，在得到最佳級配和油石比下，制作馬歇爾試件，將試件于120℃恒溫12h進(jìn)行固化，然后檢測環(huán)氧瀝青混合料固化后的體積指標(biāo)，試驗數(shù)據(jù)見表4～5。

表4　設(shè)計級配結(jié)果

表5　固化后混合料體積指標(biāo)

3　環(huán)氧瀝青混合料性能試驗

本項目正常路段采用SBS改性瀝青GAC-16C瀝青混合料，環(huán)氧瀝青試驗路采用的是M-11環(huán)氧瀝青GAC-16C混合料，分別按最佳油石比和級配制作混合料，然后進(jìn)行各項性能對比試驗。

3.1馬歇爾穩(wěn)定度

馬歇爾穩(wěn)定度試驗方法是評價瀝青混合料強(qiáng)度指標(biāo)的最基本也是最重要的一個方法。試驗分兩組，SBS改性瀝青混合料馬歇爾試件在常溫下養(yǎng)護(hù)24h進(jìn)行穩(wěn)定度試驗；試驗路M-11環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試件，在120℃溫度下養(yǎng)護(hù)12h，固化后進(jìn)行穩(wěn)定度試驗。

表6　混合料馬歇爾穩(wěn)定度對比表

M-11環(huán)氧瀝青混合料在120℃溫度下固化，模擬的是混合料鋪筑完的后期強(qiáng)度。從表6可見，環(huán)氧瀝青混合料固化后在流值上與SBS改性瀝青混合料大致相同，而穩(wěn)定度卻明顯高于后者。

3.2抗拉強(qiáng)度

采用劈裂試驗來檢測兩種瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，劈裂試驗主要用于測定混合料在劈裂破壞或處于彈性階段時的力學(xué)性質(zhì)。試驗溫度為25℃，加載速率為50mm/min，試驗結(jié)果見表7。

表7　混合料劈裂試驗對比表

從表7可見，環(huán)氧瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料具有更好的抗拉強(qiáng)度，在相同的荷載作用下能更有效抵抗路面開裂的機(jī)率。

3.3高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性反映了混合料抵抗路面車轍、推擠、擁抱等病害的能力，本文采用車轍試驗檢測動穩(wěn)定度來對比兩種材料的高溫性能。車轍板試件尺寸采用300mm×300mm×50mm，試驗溫度為60℃，輪壓為0.7MPa，試驗數(shù)據(jù)見表8。

表8　混合料車轍試驗對比表

從車轍試驗數(shù)據(jù)來看，在60℃條件下環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青混合料，而且60min累計變形只有0.25mm。說明環(huán)氧瀝青混合料高溫穩(wěn)定性更好，具有更好的抗車轍能力。

3.4低溫抗裂性能

瀝青是一種溫度敏感性材料，隨著溫度的降低，變形能力也隨之下降，導(dǎo)致瀝青混合料在溫度應(yīng)力的作用下產(chǎn)生收縮裂縫。本研究采用低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。試驗溫度為-15℃，小梁試件尺寸為30mm×35mm× 250mm，加載速率為50mm/min，試驗結(jié)果見表9。

表9　低溫彎曲試驗對比

試驗結(jié)果說明環(huán)氧瀝青混合料在低溫情況下，比SBS改性瀝青混合料具有更好的變形能力，能夠更有效的抵抗低溫收縮開裂。

3.5水穩(wěn)定性

瀝青混合料的抗水損害能力，對路面的耐久性至關(guān)重要，因此本文采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價兩種混合料的水穩(wěn)定性，試驗數(shù)據(jù)見表10。

表10　混合料水穩(wěn)定性試驗對比表

從表10的數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害能力高于SBS改性瀝青混合料。一方面是由于環(huán)氧瀝青混合料設(shè)計空隙率小，礦料和瀝青相對接觸面積較大，另一方面是由于環(huán)氧瀝青固化后，瀝青與集料之間的粘結(jié)力更強(qiáng)，能夠更好的防止水侵入造成的瀝青從集料表面剝落。

4　經(jīng)濟(jì)性分析

路面用環(huán)氧瀝青混凝土未在高速公路路面施工中得到大規(guī)模應(yīng)用，一方面是由于環(huán)氧瀝青混凝土對施工條件要求嚴(yán)格，需要較高的施工水平，另一方面是環(huán)氧瀝青混凝土的單價相對較高。但通過混合料的性能試驗發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧瀝青混凝土具有更好的力學(xué)和路用性能，在相同的路面設(shè)計要求下，可以減少結(jié)構(gòu)層厚度，從而降低工程造價，并且可以縮減工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

以平興高速為例，對環(huán)氧瀝青試驗段造價和正常路段進(jìn)行對比。環(huán)氧瀝青試驗路采用5.0cm環(huán)氧瀝青GAC-16C上面層，7.0cmSBS改性瀝青 GAC-25C下面層；正常路段采用4.5cmGAC-16C（SBS改性瀝青）上面層，5.5cmGAC-20C（SBS改性瀝青）中面層，7.0cmGAC-25C（70#瀝青）下面層?，F(xiàn)將試驗路與正常路段單幅1km造價進(jìn)行對比，單幅寬11.25m，數(shù)據(jù)見表11。

從表11的數(shù)據(jù)可以看出，本項目試驗路每公里單幅造價比正常路段低7.7萬元，說明環(huán)氧瀝青混凝土不僅具有良好的使用性能，而且綜合經(jīng)濟(jì)效益更好。

表11　1km路面造價對比表（單幅）

5　結(jié)語

（1）路面用環(huán)氧瀝青混凝土具有優(yōu)良的力學(xué)性能和路用性能，作為路面鋪裝材料具有明顯的性能優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在高溫穩(wěn)定性強(qiáng)，能有效抵抗路面變形，減少車轍和擁抱的發(fā)生；具有優(yōu)秀的低溫變形能力，能減少路面低溫收縮裂縫的產(chǎn)生；具有良好的粘結(jié)性，減少路面水損害的發(fā)生。

（2）雖然環(huán)氧瀝青混凝土的單價較高，但由于環(huán)氧瀝青混凝土具備性能優(yōu)勢，在路面厚度設(shè)計時可適當(dāng)減少結(jié)構(gòu)層厚度，并減少后期養(yǎng)護(hù)成本，因此路面采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。而推廣環(huán)氧瀝青混凝土在高速公路路面中的大規(guī)模應(yīng)用，更重要的是解決環(huán)氧瀝青施工難度大的問題，更多的從施工組織、施工工藝方面進(jìn)行研究。

［1］《道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術(shù)條件》（GB/T20598-2014）.

［2］呂偉民.國內(nèi)外環(huán)氧瀝青混凝土材料的研究與運用［J］.石油瀝青，1993（3）：16～21.

［3］羅 桑，錢振東.環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝材料低溫性能研究［J］.公路，2010，156～120.

［4］黃 曉，程 剛，黃 衛(wèi).環(huán)氧瀝青混凝土性能研究.東南大學(xué)學(xué)報，2001，21～24.

［5］李璐，郝增恒，盛興躍，等.環(huán)氧改性瀝青的相容性及路用性能研究［J］中外公路，2013，283～286.

［6］朱義銘.國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料性能研究［D］.東南大學(xué)，2006.

［7］劉浪.環(huán)氧瀝青材料及混合料性能［D］.長沙理工大學(xué)，2012.

盧飛宇（1976-），男，工程師，主要從事高速公路路面施工工作。

TU528.42

A

2095-2066（2016）14-0164-02

2016-1-11