國產環(huán)氧瀝青混合料強度增長規(guī)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(huán)氧瀝青是將環(huán)氧樹脂加入瀝青中，經與固化劑發(fā)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(yōu)良的物理、力學性能。環(huán)氧瀝青混凝土是由殼牌石油公司開發(fā)，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(huán)氧瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，性能有很大的區(qū)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(yōu)良特性。目前國內橋面鋪裝上所使用的環(huán)氧瀝青材料多為進口的美國環(huán)氧瀝青和日本環(huán)氧瀝青。2007年，天津海河富民橋首次使用國產環(huán)氧瀝青進行橋面鋪裝，并獲得成功。隨后國產環(huán)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(huán)氧瀝青進行橋面鋪裝的落后局面，翻開了國產環(huán)氧瀝青橋面鋪裝的新篇章。環(huán)氧瀝青混合料的其中一個突出優(yōu)點就是強度很大。其強度增長規(guī)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(huán)氧樹脂反應的進行而不斷增大。為了研究環(huán)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(huán)氧瀝青混合料強度增長規(guī)律的研究。隨著國產環(huán)氧瀝青的推廣應用，本文選取國產環(huán)氧瀝青進行試驗研究，重點研究了國產環(huán)氧瀝青混合料在常溫下的強度發(fā)展規(guī)律，并由此確定實際鋪裝中環(huán)氧瀝青混合料的養(yǎng)護時間。

1 試驗材料

優(yōu)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(huán)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(huán)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(huán)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(guī)范》中對于“高速公路”的所有要求。

本文使用的國產環(huán)氧瀝青為HLJ-5210型國產環(huán)氧瀝青結合料。它是由雙組分組成:組分A(環(huán)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(huán)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(huán)氧瀝青。固化后的國產環(huán)氧瀝青技術指標應符合表1中的規(guī)定。

表1 國產環(huán)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(guī)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(huán)氧瀝青混合料強度增長規(guī)律

本研究根據國產環(huán)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(huán)氧瀝青混合料強度增長規(guī)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(yǎng)護條件下國產環(huán)氧瀝青混合料強度形成

由表2可知，國產環(huán)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(yǎng)護的試件。通過國產環(huán)氧瀝青混合料未固化試件在常溫下經過不同養(yǎng)生時間后的強度試驗結果發(fā)現(xiàn)，未固化試件隨著養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)生方式的不同以及常溫下養(yǎng)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(huán)氧瀝青混合料強度增長較慢，國產環(huán)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(huán)氧瀝青混合料經高溫養(yǎng)護后(120℃，4 h)，其劈裂強度要明顯大于未經養(yǎng)護的。常溫下，國產環(huán)氧瀝青混合料的劈裂強度隨養(yǎng)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(huán)氧瀝青混合料在室溫下養(yǎng)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(yǎng)護，國產環(huán)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(huán)氧瀝青混合料鋪裝層養(yǎng)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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