瀝青混合料中高耐久性環(huán)氧樹脂路用性能探討

文/新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 梅凱旋

高耐久性鋪裝用環(huán)氧樹脂（HDP）是一種通過環(huán)氧樹脂的聚合反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)產(chǎn)品，具有良好的耐久性和安全性，以及優(yōu)良的抗流動(dòng)性能和柔性性能。相關(guān)研究表明，10%的HDP環(huán)氧瀝青混合料穩(wěn)定度已經(jīng)是普通瀝青混合料的3倍。因此，有必要研究HDP瀝青混合料施工工藝與質(zhì)量的控制。

原材料

此次室內(nèi)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)所用集料、礦粉及瀝青均為現(xiàn)場(chǎng)取樣，1#料和2#料為玄武巖，3#料為石灰?guī)r，瀝青為70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，HDP為日本生產(chǎn)，基質(zhì)瀝青與HDP摻配比例為80∶20。礦料及瀝青的密度試驗(yàn)結(jié)果，如表1所示，各種礦料篩分結(jié)果，如表2所示。

HDP瀝青混合料的路用性能

HDP瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004）取值HDP橡膠瀝青混合料礦料級(jí)配，采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)AC-10級(jí)配設(shè)計(jì)，最佳油石比為5.9%，合成級(jí)配如表3所示。

HDP瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

本文HDP瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法為車轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度作為瀝青混合料抗永久變形性能指標(biāo)。通過在瀝青混合料板塊狀試件上用一小型車輪往復(fù)行走，使板塊試件產(chǎn)生轍槽，測(cè)定板塊試件變形與車輪荷載作用次數(shù)的關(guān)系得出該指標(biāo)。

將基質(zhì)瀝青與 HDP按不同比例（85∶15、80∶20、70∶30）摻配，60℃恒溫條件下分別養(yǎng)生 24h、48h、72h、96h后進(jìn)行車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在油石比（5.9%）相同的情況下，隨著HDP摻配比例的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐步增加。由于環(huán)氧樹脂瀝青形成不可逆三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不熔固化物，使混合料的高溫性能得到增強(qiáng)。在養(yǎng)生24h后摻配比例為85∶15的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)已經(jīng)達(dá)到每毫米3337次，能很好地滿足混合料高溫穩(wěn)定性的要求。說明HDP混合料開放交通的時(shí)間可以比普通瀝青混合開放交通的時(shí)間有所縮短。在養(yǎng)生96h后，摻配比例為80∶20的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)達(dá)到了每毫米9300次，摻配比例為70∶30的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定次數(shù)甚至達(dá)到了每毫米12287次,說明HDP混合料具有非常好的高溫穩(wěn)定性能。

HDP瀝青混合抖的抗水損害性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)共同評(píng)價(jià)HDP瀝青混合料抗水損害性能。

表1　礦料及瀝青密度試驗(yàn)結(jié)果

表2　各種礦料的篩分結(jié)果

表3　HDP-10瀝青混合料合成級(jí)配

將基質(zhì)瀝青與HDP按不同比例（85∶15,80∶20、70∶30）摻配，60℃恒溫條件下分別養(yǎng)生 24h、48h、72h、96h后，完成浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著固化時(shí)間的延長(zhǎng)，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比逐步提高。油石比（5.9%）相同的情況下，隨著HDP摻配比例的增加，混合料的抗水損害性能、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比隨之提高。由于環(huán)氧樹脂瀝青形成不可逆三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不熔固化物，摻配比例提高，對(duì)應(yīng)形成的不熔固化物增加，抗水損害性能增強(qiáng)。

HDP瀝青混合料的低溫抗裂性

將基質(zhì)瀝青與 HDP按不同比例（85∶15、80∶20、70∶30）摻配，-10℃條件下分別養(yǎng)生 24h、48h、72h、96h后實(shí)施凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，隨著固化時(shí)間延長(zhǎng)，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比逐步提高。5.9%油石比的情況下，隨著HDP摻配比例增加，混合料的低溫抗裂性能、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比隨之提高。

HDP瀝青混合料試驗(yàn)路的鋪筑

為了更好地研究HDP瀝青混合料路面的使用性能，鋪筑了試驗(yàn)路，并對(duì)其開展試驗(yàn)檢測(cè)和跟蹤觀測(cè)。HDP瀝青混合料經(jīng)過拌和、運(yùn)輸及碾壓，從壓實(shí)成型后的路面情況看，表面瀝青膜裹覆均勻，未出現(xiàn)集料裸露的情況，鋪面整體均勻性較好，路面整體基本無明顯離析現(xiàn)象。完成鋪筑工作之后，檢測(cè)了試驗(yàn)路段，試驗(yàn)路的厚度、壓實(shí)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

采用HDP混合料能夠很好地解決因流動(dòng)、磨耗而產(chǎn)生的車轍問題，骨料與瀝青良好的黏附性增強(qiáng)了瀝青混合料整體耐水性，有效地減輕了路面水損害的產(chǎn)生。與環(huán)氧瀝青混合料相比，HDP混合料的養(yǎng)生時(shí)間短，節(jié)約施工經(jīng)費(fèi)的同時(shí)減輕了交通擁堵及對(duì)周邊環(huán)境的影響，具有顯著的社會(huì)效益。

表4　不同摻配比例混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)語

HDP瀝青混合料設(shè)計(jì)可以采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法，選定級(jí)配后，確定最佳油石比，通過替換的方式驗(yàn)證體積指標(biāo)和路用性能。HDP瀝青混合料采用AC-10相同的級(jí)配范圍，效果較好。在油石比（5.9%）相同的情況下，隨著HDP摻配比例的增加，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均逐步增加，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能、抗水損害性能、低溫抗裂性，符合橋面鋪裝層的材料要求。考慮到經(jīng)濟(jì)性的原則，試驗(yàn)路鋪筑時(shí)采用80∶20的摻配比例，通過一年的跟蹤觀測(cè)，HDP混合料路面使用狀況較好，沒有出現(xiàn)早期病害。HDP環(huán)氧瀝青鋪裝的橋面壽命周期長(zhǎng)，采用HDP瀝青混合料不僅降低了橋梁的管養(yǎng)成本，同時(shí)也帶來了顯著的社會(huì)效益。