基于耐久性分析的新型路用環氧瀝青長期性能研究

彭順顯

（貴州省公路局 貴陽市 550003）

0 引言

與普通瀝青相比，環氧瀝青具有良好的耐久性。環氧瀝青目前在鋼橋面鋪裝中表現出良好的耐久性能。因固化反應受固化溫度和固化時間的影響較大，新型路用環氧瀝青應用對固化時間要求嚴格。隨溫度升高，其固化反應越快，凝膠時間越短。反之，隨溫度降低，固化反應越慢，凝膠時間越長。

為了保證環氧瀝青具有較好的施工性能，固化時間不易太短，必須保證有足夠的時間進行拌和、攤鋪，在凝膠出現之前完成攤鋪和碾壓，否則易造成碾壓不密實。但固化時間越長，混合料的強度越低，容易產生早期破壞和性能降低。因此對于路用環氧瀝青混合料，為滿足道路鋪裝強度的要求，保證正常攤鋪碾壓時間，并避免早期破壞，選擇合適的施工和養生時間，同時針對新型路用環氧瀝青混合料耐久性和長期性能進行研究是亟需解決的問題。

1 環氧瀝青養生條件分析

（1）施工時間的影響

為了驗證不同施工時間對混合料壓實效果的影響［1］。選擇新型路用環氧瀝青制備混合料。試驗溫度為110℃拌和，將拌和后的試件保溫不同時間后，再成型馬歇爾試件。擊實高度隨時間變化結果如表1所示。

從圖1中可知，隨著時間的推移，環氧瀝青產生固化，混合料的黏度增加，導致成型的馬歇爾試件高度逐漸增大。在100min內高度均滿足馬歇爾擊實要求。拌和后100～120min時間下，試件高度變化較大，此時環氧瀝青混合料固化程度較高，成型的試件空隙率較大，不利于混合料的擊實成型。因此，為了保證環氧瀝青混合料的施工質量，應嚴格控制施工總時間在100min以內，不能超過120min。

表1 擊實高度隨時間變化

（2）養生時間的影響

將環氧瀝青混合料試件在室外養生，記錄每天外界溫度和馬歇爾穩定度［2］。試驗結果見圖2所示。

從圖2中可以看出，前3d強度上升較快，約占總強度的50%左右。15d后馬歇爾穩定度的增長速率減緩，表明15d環氧瀝青固化比較完全。因此，試驗段應保證3d內環境溫度20℃以上且光照充足，同時15d內無雨水，有利于保證環氧瀝青混合料的路用性能。

2 環氧瀝青混合料疲勞性能研究

瀝青路面的疲勞破壞是最常見病害［3-5］，因此要求混合料具有良好的抗疲勞性能。采用NU-14多功能材料試驗儀進行間接拉伸疲勞試驗，評價路用環氧瀝青混合料的疲勞性能。成型試件直徑150mm，高40mm。試驗溫度15℃，頻率為10Hz。加載應力水平分別采用0.2、0.4、0.6應力比水平。試驗結果見表2所示。

表2 環氧瀝青混合料疲勞性能分析

根據疲勞次數，擬合環氧瀝青混合料疲勞曲線如圖3所示。

由試驗結果可知，路用環氧瀝青混合料的疲勞次數達到11301次，具有良好的疲勞性能。考慮環氧瀝青混合料為開級配具有較大的空隙率，在重復劈裂荷載條件下，易產生微裂縫，使間接拉伸劈裂疲勞次數降低。相比較于普通瀝青混合料，環氧瀝青混合料同時具有粘彈性和熱固性特性，其在彈性角度的疲勞性能與普通混合料差別不大。

3 環氧瀝青混合料抗裂性能研究

采用瀝青半圓彎曲試驗（SCB）評價混合料的抗裂性能［6-8］。試驗溫度設定為-10℃、10℃、20℃，加載速率為0.5mm／min。試驗結束后計算試件破壞的抗彎拉強度。

式中：σt—試件底部拉應力值（MPa）；

F—豎直方向荷載（N）；

B—試件厚度（mm）；

D—試件直徑（mm）。

表3 環氧瀝青混合料抗裂性能試驗結果

從試驗結果可知：-10℃低溫條件下，路用環氧瀝青混合料的抗彎拉強度2.47MPa，此時為脆性固體。隨溫度升高，環氧瀝青由低溫時的脆性固體變化為常溫下的粘彈性體，其粘性降低，從而混合料的抗彎拉強度降低。而隨著溫度升高，斷裂能受溫度的影響不敏感，環氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

4 試驗段性能分析

為驗證環氧瀝青試驗段路用性能，鋪筑3cm環氧瀝青混合料表面層試驗段，混合料出料溫度基本在110～115℃之間［9-10］。試驗段現場施工完成7d后，對試驗段路用性能進行評價。

（1）現場試驗分析

試驗段芯樣完好，厚度略小于設計厚度，空隙率滿足要求，壓實度整體控制較好。

表4 現場取芯試件體積檢測指標

環氧瀝青混合料馬歇爾試驗結果見表5所示。馬歇爾穩定度均超過20kN，試驗段可以開放交通。

表5 馬歇爾穩定度試驗結果

（2）長期性能評價

通車后對路面破損狀況長期跟蹤觀測，試驗段總體狀況較好，主要病害特征為基層引起的反射裂縫，反射裂縫處可以明顯地看到硬路肩錯位，裂縫垂直貫穿整個面層，為典型的反射裂縫特性。跟蹤觀測一年后路面PCI下降0.5，普通路段下降2。整體而言，環氧瀝青試驗段路面PCI衰減速度相較普通路段較慢。

對通車后路面抗滑性能進行評價，施工完成后初始擺值達到78BPN，通車后擺值以約2BPN／月的幅度下降，通車后期抗滑性能衰減速率逐步減緩，均高于規范要求。

5 結論

（1）環氧瀝青混合料施工總時間應控制在100min以內，不能超過120min。養生時間15d內無雨水，有利于保證環氧瀝青路面的路用性能，同時三天內環境溫度20℃以上且光照充足。

（2）環氧瀝青混合料同時具有粘彈性和熱固性特性，具有良好的疲勞性能。隨著溫度升高，斷裂能受溫度的影響不敏感，環氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

（3）試驗段長期性能說明環氧瀝青路面具有良好的耐久性，路面病害發展緩慢。