環氧瀝青混合料配合比設計及施工參數試驗研究?

王衍輝

（廣東交通實業投資有限公司，廣東廣州 510623）

環氧瀝青混合料配合比設計及施工參數試驗研究?

王衍輝

（廣東交通實業投資有限公司，廣東廣州 510623）

環氧瀝青砼為熱固性復合材料，能有效提高路面抗永久變形能力，并且具有優良的抗疲勞性能。文中依托平興（平遠—興寧）高速公路環氧瀝青路面試驗路，采用馬歇爾法進行環氧瀝青砼配合比設計，分析了不同溫度和養生時間條件下環氧瀝青砼的穩定度、孔隙率等指標，確定了環氧瀝青混合料施工溫度、容留時間和養生時間等技術參數。

公路；環氧瀝青；配合比設計；穩定度；孔隙率；容留時間；養生時間

環氧瀝青是環氧樹脂與固化劑進行不可逆的固化反應而形成的一種具有熱固性的固化物，環氧瀝青砼具有強度高、剛度大、耐疲勞、耐油侵蝕等特點及優良的高溫抗車轍、低溫抗裂和粘結性能，已在鋼橋面鋪裝中得到廣泛應用。用環氧瀝青砼鋪裝橋面，可顯著提高橋面抗永久變形、抗疲勞開裂和抗水損害的能力。該文開展環氧瀝青在高速公路一般路段瀝青路面工程中的應用研究。

1　試驗路設計

廣東省平興（平遠—興寧）高速公路是G35（濟南—廣州高速公路）的組成部分，起于梅州市平遠縣（贛粵界），終于五華縣境內，與梅河（梅州—河源）高速公路相接。采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度100km/h，整體式路基寬度26m。路面結構為4.5cmGAC-16（SBS改性）上面層+5.5 cmGAC-20（SBS改性）中面層+7cmGAC-25下面層+36cm水泥穩定級配碎石基層+20cm水泥穩定級配碎石底基層+15cm級配碎石墊層。

環氧瀝青路面試驗路段位于K1608+980—K1609+490右幅，面層結構為5.0cmGAC-16C（環氧）上面層+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面層，其他結構層同一般路段。長510m，度11.25m。

2　環氧瀝青砼配合比設計

2.1原材料

（1）環氧瀝青。試驗段采用國產道路用環氧瀝青，其技術指標見表1。組分A是由雙酚A和表氯醇經化學反應得到的具有一定活性環氧基團的液態雙氧樹脂，組分B是由瀝青、固化劑、添加劑組成的勻質混合物，環氧瀝青由組分A和組分B按重量比1∶11.5混合制得。

表1　環氧瀝青的技術指標

（2）集料。采用滿足JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》和施工技術要求的玄武巖集料，粗、細集料的物理性能分別見表2和表3。粗集料經水洗并晾干后備用。

表2　粗集料的物理性能

表3　細集料的物理性能

（3）礦粉。采用石灰巖磨細得到的礦粉，其物理性能見表4。

表4　礦粉的物理性能

2.2配合比設計

（1）設計方法。按照規范要求的馬歇爾配合比設計和試驗方法進行，設計流程如下：1）環氧瀝青組分A加熱到90℃，組分B加熱到120℃，集料加熱到120℃；2）將預熱好的環氧瀝青組分A與組分B按照質量比1∶11.5混合，并攪拌均勻；3）集料投入預熱到120℃的攪拌鍋內，干拌30s；4）將混合均勻并經稱量的環氧瀝青拌鍋濕拌90s，再加入礦粉拌和60s；5）出料并置于120℃烘箱內恒溫30 min；6）按馬歇爾法成型試件，將成型試件置于120℃烘箱內恒溫12h，然后取出冷卻到室溫；7）檢測馬歇爾試件各項體積指標和固化后馬歇爾穩定度；8）確定最佳級配和油石比。環氧瀝青混合料設計指標見表5。

試驗名稱　試驗項目　技術指標馬歇爾試驗小梁彎曲試驗車轍試驗未固化試件馬歇爾穩定度/kN固化試件馬歇爾穩定度/kN流值/（0.1mm）空隙率/%瀝青飽和度/%殘留穩定度/%彎拉應變動穩定度/（次·mm-1）凍融劈裂試驗60℃70℃凍融劈裂試驗強度比/% ≥7.5 ≥20 20～50 ≤5 ≥75 ≥90 ≥2×10-3≥8000 ≥5000 ≥80

（2）目標配合比。考慮到環氧瀝青砼為熱固性材料，使用過程中不會二次壓密，將室內馬歇爾試件目標空隙率設計為3.5%。經試驗，確定最佳油石比為5.8%。礦料級配見表6，最佳油石比環氧瀝青砼的性能見表7。

表6　GAC-16C礦料合成級配

表7　最佳油石比瀝青混合料的試驗結果

3　施工技術參數

3.1容留時間

環氧瀝青組分A和組分B混合即開始發生固化反應，固化受混合料溫度和留存時間的影響，溫度越高、留存時間越長，則固化反應越完全。因此，有必要分析拌和溫度、留存時間等參數對混合料性能的影響以指導施工。按確定的級配和最佳油石比，分別在110、115、120、125℃下拌制混合料，并分別在相應溫度下養生30、60、90、120、150min，將不同溫度、不同保溫時間的混合料制作成馬歇爾試件，在試件固化后測定空隙率和穩定度。

圖1、圖2為混合料保溫時間與混合料空隙率和穩定度的關系曲線。從中可見：隨著保溫時間的延長，混合料空隙率增加，穩定度減小；溫度越高，保溫時間與混合料的空隙率和穩定度關系曲線斜率越大，空隙率增加越大，穩定度減小越快，相應的容留時間也越少。以空隙率小于5%、穩定度大于20kN所對應的最大時間為環氧瀝青混合料的容留時間。環氧瀝青混合料出料溫度控制在110～120℃時，容留時間為120min，施工時間宜控制在90min以內，混合料超過容留時間應廢棄。

圖1　保溫時間與環氧瀝青混合料孔隙率的關系曲線

圖2　保溫時間與環氧瀝青混合料穩定度的關系曲線

3.2集料加熱溫度

由于環氧瀝青混合料中環氧瀝青用量較少，且溫度穩定，礦粉無需加熱，混合料溫度主要由集料溫度控制。經試驗，集料加熱溫度控制在117～126℃時，能保證混合料出料溫度為110～120℃。為確保混合料溫度，集料應提前水洗并風干備用，減少集料含水量對混合料溫度的影響。該試驗路施工過程中集料加熱溫度控制在121℃。

3.3養生時間

養生時間越長，養生溫度越高，環氧瀝青固化反應越完全；相同養生時間，養護溫度越高，固化反應越完全；相同養護溫度，養生時間越長，固化反應越完全。圖3為20和25℃養生溫度下，不同養生時間與環氧瀝青混合料穩定度的關系曲線。從中可見：環氧瀝青混合料在前20d內穩定度增長較快，之后增長曲線趨于平穩；以穩定度大于設計值20 kN作為開放交通的養護時間，環氧瀝青混合料在20～25℃溫度下養生20d后可完全開放交通；以穩定度大于8kN作為軸載10t以下車輛的通行條件，環氧瀝青混合料在20～25℃溫度下養生3～5d可通行軸載10t以下車輛。

圖3　養生時間與環氧瀝青混合料穩定度的關系曲線

3.4施工控制標準

根據試驗結果，結合環氧瀝青產品說明，可按表8所示環氧瀝青混合料施工溫度和時間控制標準指導施工。

表8　環氧瀝青混合料施工控制參數及標準

4　效益分析

4.1經濟效益

經分析，試驗路采用5.0cmGAC-16C（環氧）上面層+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面層的瀝青面層的綜合單價約195元/m2，采用4.5cm GAC-16（SBS改性）上面層+5.5cmGAC-20 （SBS改性）中面層+7cmGAC-25下面層的瀝青路面綜合單價約210元/m2，環氧瀝青的經濟效益明顯。

環氧瀝青試驗路鋪筑養生3d后，在尚未完全固化情況下檢測的路面彎沉代表值為0.136mm，遠小于一般路段3層瀝青面層0.192mm的設計彎沉要求，說明試驗路采用的環氧瀝青路面結構強度完全滿足設計要求。加之環氧瀝青路面良好的耐久性，試驗路環氧瀝青路面全壽命周期成本較低，經濟效益顯著。

4.2社會效益

環氧瀝青混合料屬于熱固性復合材料，高溫穩定性和耐疲勞性能優于一般改性瀝青混合料，可減少路面病害的發生，延長道路使用壽命，節約社會資源。環氧瀝青混合料的拌和溫度低于熱拌熱鋪瀝青混合料，可節約瀝青混合料較高施工溫度對燃料的消耗，減少碳排放。較低的環氧瀝青混合料施工溫度，可減少瀝青煙及其他揮發物對周邊環境及施工技術人員的影響。綜上，環氧瀝青路面具有顯著的社會效益。

5　結論

（1）環氧瀝青混合料屬于熱固性復合材料，混合料保存溫度越高，保溫時間越長，固化反應越徹底。在環氧瀝青混合料鋪筑前，隨著保溫時間的延長，混合料越難壓實，空隙率增加，穩定度減小，溫度越高，這種趨勢越明顯，即容留時間越短。

（2）集料加熱溫度控制在117～126℃，環氧瀝青混合料出料溫度能控制在110～120℃。環氧瀝青混合料的容留時間為120min，施工時間宜控制在90min以內，混合料超過容留時間應廢棄。

（3）單層5cm環氧瀝青上面層的造價與4.5 cm改性瀝青上面層和5.5cm改性瀝青中面層二層的造價相當，鑒于環氧瀝青優良的高溫穩定性和耐久性，環氧瀝青路面全壽命周期成本較低，同時具有施工溫度低、瀝青煙排放少、對周圍環境影響小等特點，具有顯著的經濟效益和社會效益。

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U416.217

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2016-04-17