時溫對環氧瀝青混合料性能的影響

趙付星，蘭金洲

（1.天津城建濱海路橋有限公司，天津 300220；2.天津五建建筑工程有限公司，天津 300451）

0 引言

環氧瀝青混凝土集優良的高溫抗車轍性能、耐疲勞性能、耐腐蝕性以及良好的變形追從性、密水性等優異性能于一體[1-2]，近年來，環氧瀝青混凝土作為鋪面材料相繼成功應用于國內多座大跨徑鋼橋，在建的九江二橋也將環氧瀝青混凝土作為其鋼橋面鋪裝材料。

環氧瀝青混凝土的溫度和成型時間要求較普通瀝青混合料更為嚴格，而溫度和成型時間是施工控制的重要指標，也是施工難度所在。因此，掌握溫度和成型時間對環氧瀝青混合料性能的影響，對實體工程的質量控制、施工工藝的制定具有重要的意義。混合料溫度過高會導致混合料在運輸過程中部分固化，從而無法攤鋪或攤鋪后無法達到最佳壓實狀態；過低的混合料溫度雖然能夠獲得較長的施工操作時間，但是不利于混合料初期強度形成，容易產生鋪裝層早期破壞[3]。混合料的反應時間是與拌和溫度相對應的一個參數，拌和溫度高，混合料的反應時間就縮短，反之反應時間就延長。實際施工過程中，會出現混合料拌和溫度滿足要求的范圍，但由于運輸車輛等其他無法預估問題的影響，導致混合料運輸時間延長，使得環氧瀝青黏度不斷增大，使后續攤鋪困難和碾壓不密實[4]。因此，有必要分析溫度、時間等條件對混合料性能的影響。

本文結合九江二橋使用條件，通過相關的超溫、超時以及混合料在不同固化條件與試驗溫度下的試驗，研究時間和溫度等對環氧瀝青混合料的性能影響，為九江二橋鋼橋面鋪裝施工提供技術保障。

1 試驗用原材料

本次試驗采用美國ChemCo公司生產的環氧瀝青材料，環氧瀝青混合料是橋面鋪裝的優良材料[5]，目前已在在南京長江二橋、陽邏長江大橋、荊岳大橋、上海長江大橋等大跨徑鋼橋面鋪裝工程中得到成功應用。環氧瀝青技術要求及試驗實測結果如表1所示。

表1 環氧瀝青試驗結果（組分A與組分B混合后）

集料的選擇滿足《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）的相關要求。本次試驗選擇的集料是鋼橋面鋪裝專用優質玄武巖集料，主要技術指標及試驗結果如表2所示。

表2 集料試驗結果

2 試驗及結果分析

本文按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），采用馬歇爾試驗方法確定環氧瀝青混合料最佳油石比為6.5%，標準固化溫度為120℃，時間為4h，混合料的出料溫度控制在110～121℃。通過馬歇爾試驗以及劈裂試驗，采用穩定度、流值及劈裂強度、水平應變等指標，分析其強度（穩定度）和變形能力的變化，研究時間、溫度等對混合料性能的影響。

2.1 超溫混合料試驗

為研究超過規定溫度成型的混合料性能的變化，本試驗將環氧瀝青組分A和組分B分別在121℃、126℃、131℃混合，混合后38min開始成型馬氏試件[6]，試驗結果如表3和表4所示。

表3 超溫對混合料馬氏指標的影響

表4 超溫對混合料劈裂指標的影響

由表3和表4所示試驗結果可知，在一定成型時間條件下，超過溫度上限對混合料馬歇爾穩定度和劈裂強度的總體影響不大。隨著成型溫度的升高，混合料的流值與劈裂試驗中水平方向的變形逐漸減小，這種變化說明混合料的變形能力有所降低。以往鋼橋面環氧瀝青鋪裝施工經驗表明[7]，采取控制集料的加熱溫度、環氧瀝青加熱溫度、礦料的溫度等措施，將環氧瀝青混合料的出料溫度控制在110～121℃范圍內是可以實現的，因此，溫度對混合料的變形影響可控制在合理的范圍。

2.2 超時混合料試驗

本試驗中混合料溫度為121℃，超過規定時間（57min）后進行成型，考察混合料性能的變化。試驗時，環氧瀝青組分A和組分B混合后57min、67min、77min時開始成型馬歇爾試件。超時對混合料馬氏指標和劈裂指標的影響分別如表5和表6所示。

表5 超時對混合料馬氏指標的影響

表6 超時對混合料劈裂指標的影響

由表5和表6所示試驗結果可知，無論固化還是未固化試件，隨著成型時間的延長，混合料性能主要體現在穩定度和劈裂強度降低，混合料空隙率增大以及變形能力降低等幾方面。主要原因是超過了最佳壓實時間，即超過最佳的碾壓黏度后，環氧瀝青的黏度隨著時間繼續增大，必然導致混合料無法達到最佳壓實狀態，最終形成空隙率較大的鋪裝層。

2.3 不同固化條件及試驗溫度的影響

環氧瀝青混合料是一種典型的熱固性材料，混合料的強度受其固化程度的影響較大。通過分析固化程度對環氧瀝青混合料強度的影響，可確定環氧瀝青混合料鋪裝后對施工運料車輛的最早可開放時間，從而為實際施工過程的工序銜接方案提供有力的支持。

為分析固化程度與試驗溫度對環氧瀝青混合料強度的影響，以6.0%、6.5%、7.0%三種油石比分別成型試件，并采用不同的固化方案進行養護，試件的固化方案如表7所示，然后測試試件在60℃與70℃時的馬歇爾穩定度與流值。具體試驗方案如表8所示，試驗結果如表10所示。

表7 馬歇爾試件的固化方案

表8 固化條件對強度的影響分析

表9 不同固化條件下試件60℃的馬歇爾試驗結果

表10 不同固化條件下試件70℃的馬歇爾試驗結果

表11 相同固化條件Ⅳ不同試驗溫度的馬歇爾試驗結果

由表9和表10所示試驗結果可知，固化條件對環氧瀝青混合料的馬歇爾穩定度影響較大。非標準固化條件下養護的環氧瀝青混合料其馬歇爾穩定度與流值均低于同等試驗條件下的固化試件。環氧瀝青混合料在60℃或70℃環境中下雖經長達24h的養護，但其固化程度仍較低，其馬歇爾穩定度僅相當于同等試驗條件下固化試件的15%左右。

試驗溫度對固化試件與未固化試件的強度影響規律分別見圖1與圖2。

圖1 固化試件Ⅰ60℃與70℃的強度對比

圖2 未固化試件Ⅳ60℃與20℃的強度對比

由圖1和圖2可知，試驗溫度對固化試件與未固化試件的馬歇爾穩定度均存在一定影響。對于固化試件，當試驗溫度由60℃升至70℃時，最佳油石比所對應的馬歇爾穩定度降幅為8.3%，非最佳油石比所對應的馬歇爾穩定度降幅為19%左右，其馬歇爾穩定度均在30kN以上，遠超出我國《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2006）對高速公路用瀝青混合料的技術要求（大于7.5kN），試驗結果表明所設計的環氧瀝青混合料能夠適應九江二橋鋼橋面鋪裝的高溫使用性能要求。對于未固化試件，當試驗溫度由20℃升至60℃時，對應的馬歇爾穩定度降幅達70%左右。當環氧瀝青鋪裝在夏季高溫季節施工時，路表溫度可達60～70℃。因此，對于已碾壓完畢的攤鋪幅，碾壓之后的第二天應嚴格禁止任何車輛駛入該幅。

3 結論

本文通過對環氧瀝青混合料進行超溫、超時以及不同固化程度與試驗溫度條件下的相關試驗，得出以下結論。

（1）在一定范圍內，超過規定溫度對混合料馬歇爾穩定度和劈裂強度的總體影響不大。但隨成型溫度升高，環氧瀝青混合料的變形能力有所降低，本文未能研究溫度繼續升高之后對混合料的影響，可作為下一研究方向。

（2）隨著成型時間的延長，混合料性能主要體現在強度降低，混合料空隙率增大以及變形能力降低等幾方面，因此混合料必須在規定的時間內完成碾壓，以獲得最佳的壓實效果。

（3）成型時間對混合料的影響比溫度更為明顯，超出時間要求的混合料應廢棄，不得使用。對于超出溫度要求范圍的環氧瀝青混合料，如果無法在較短時間內鋪裝完成，應及時作為廢料處理，避免影響整體鋪裝性能。

（4）在較低溫度條件下雖然養護24h，其馬歇爾穩定度仍較低，需要更長的養護時間，但是本文沒有給出在特定溫度條件下需要養護多長時間可以使環氧瀝青混合料完全固化，可作為下一步研究的方向。

（5）未固化試件的試驗溫度由20℃升至60℃時，對應的馬歇爾穩定度降幅達70%左右。因此九江二橋環氧瀝青混凝土鋪裝在夏季高溫季節施工時，對于已碾壓完畢的攤鋪幅，碾壓之后的第二天應嚴格禁止任何車輛駛入該幅。

[1]黃衛.大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝設計理論與方法[M].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2]Huang W,Qian Z D,Chen G.Epoxy Asphalt Concrete Pav?ing on the Deck of Long-Span Steel Bridges[J].Chinese Science Bulletin,2003,48(21):2391-2394.

[3]閔召輝，張占軍，錢振東，等.環氧瀝青混合料強度的時溫依賴性[J].中國公路學報，2007，32（5）：783-787.

[4]閔召輝，黃衛.環氧瀝青的粘度與施工性能研究[J].公路交通科技，2006，23（8）：5-8.

[5]黃衛，錢振東，程剛.環氧瀝青混凝土在大跨徑鋼橋面鋪裝中的應用[J].東南大學學報，2002，23（8）：5-8.

[6]東南大學.南京長江二橋鋼橋面鋪裝環氧瀝青混凝土鋪裝技術應用研究[R].南京：東南大學，2000.

[7]羅桑，賀華，李科.武漢陽邏大橋環氧瀝青混凝土鋪裝施工工藝[J].施工技術，2008，38（1）：24-26.