環氧瀝青混合料時溫特性研究

趙 艷 玲

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司公路養護技術研發中心，遼寧 沈陽 110111)

1 概述

環氧瀝青主要是由瀝青、環氧樹脂、固化劑等摻配而成的多相聚合物高分子材料[1]。制備時先將環氧樹脂和瀝青混合，再加入固化劑，固化反應后生成的固化物喪失了瀝青的熱塑性，并具有了全新的物理、力學性質[2]。與普通瀝青混合料相比，環氧瀝青混合料具有強度高、穩定性好、抗車轍能力強，耐疲勞性能好等特點[3]。

環氧瀝青混合料作為高性能材料，在國外工程中已經得到了較為廣泛的應用。國外從20世紀60年代起，研究并推廣使用環氧瀝青混合料。目前在加拿大、美國、澳大利亞等國家均廣泛地將環氧瀝青混合料應用于鋼橋面鋪裝和重交通道路上[4]。

我國對環氧瀝青混合料的研究，起始于20世紀90年代，經過眾多科研單位和工程單位的不懈努力，目前已經形成環氧瀝青混合料鋼橋面鋪裝設計與施工成套技術。而路面用環氧瀝青混合料的研究尚未成熟，在工程實體中的應用比較少。因而加強對路面用環氧瀝青混合料的研究十分必要。

環氧瀝青混合料是一種熱固性材料，混合料混合后其粘度隨時間增長，不同溫度下混合料的粘度增長速度不同，相應的混合料的強度增長速度也不同，尤其是在夏季施工時，高溫會使混合料迅速變粘，增加了施工控制的難度。所以研究不同溫度下環氧瀝青混合料的強度增長規律對于掌握混合料的允許施工時間，以及養生通車時間具有十分重要的意義。

2 配合比設計

環氧瀝青選用日本產環氧瀝青，粗集料選用輝綠巖集料，細集料為石灰巖集料，礦粉為石灰石礦粉，原材料各項物理、力學性能指標均滿足規范要求。

環氧瀝青混合料級配選用AC-13，經過配合比試驗，選定混合料的配合比見表1,表2，最佳瀝青用量為6%。

表1 環氧瀝青混合料的配合比

表2 環氧瀝青混合料的合成級配

3 環氧瀝青混合料強度增長規律研究

采用無側限抗壓強度試驗評價混合料在不同溫度下強度隨時間的變化規律。試驗時將馬歇爾試件放置在常溫，40 ℃，60 ℃，80 ℃環境條件下養生不同時間，經60 ℃的恒溫水槽保溫40 min后，分別測試混合料在常溫，40 ℃，60 ℃，80 ℃時的強度增長規律。

1)常溫條件下環氧瀝青混合料的強度增長規律。環氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在常溫下分別養生1 d/2 d/3 d/4 d，測試抗壓強度，最終強度變化規律如圖1所示。從試驗結果看，常溫下環氧瀝青混合料AC-13的強度呈線性增長的規律，前一天的強度增長較快，增長到150.71 kN，此后強度均勻增長，第4天強度達到203.37 kN，但混合料仍未固化完全，混合料的強度還有增長的空間。

2)40 ℃條件下環氧瀝青混合料的強度增長規律。環氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在40 ℃下分別養生2 h/4 h/6 h/8 h/10 h/12 h/14 h，測試抗壓強度，最終強度變化規律如圖2所示。

從試驗結果看，在40 ℃條件下，環氧瀝青混合料AC-13的強度隨時間的延長均勻增長，當養護時間超過12 h后，混合料的強度逐漸趨于穩定，14 h左右混合料基本固化完全，混合料強度達到184.01 MPa。

3)60 ℃條件下環氧瀝青混合料AC-13的強度增長規律。環氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在60 ℃下分別養生1 h/1.5 h/2 h/2.5 h/3 h/3.5 h/4 h，測試抗壓強度，最終強度規律如圖3所示。從試驗結果看，在60 ℃條件下，環氧瀝青混合料AC-13的強度隨時間的延長逐漸增長，但增長趨勢越來越緩慢，在3 h左右混合料基本固化，強度達到174.22 kN，此后時間再延長，強度趨于穩定。

4)80 ℃條件下環氧瀝青混合料AC-13的強度增長規律。環氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在80 ℃下分別養生1 h/1.5 h/2 h/2.5 h/3 h/3.5 h/4 h，測試抗壓強度，最終強度規律如圖4所示。從試驗結果看，在80 ℃條件下，環氧瀝青混合料AC-13的強度在前1.5 h內增長較快，并在2 h左右達到181.98 kN，此后時間再延長，混合料的強度不增反降，但這種降低的趨勢在3 h左右趨于穩定。可見高溫可以加速混合料的固化，使混合料的強度迅速增長，快速固化有利于降低施工風險，保證下一步施工的快速開展，但是當混合料在高溫下的時間超過一定的限值，高溫會使混合料變性，從而導致混合料的強度出現一定程度降低的現象，因此要控制好施工時的溫度。

5)水泥替代礦粉后環氧瀝青混合料在60 ℃條件下強度增長規律。由于水泥取材方便，且可以提高瀝青與集料的粘附性，所以考慮將混合料中的礦粉用水泥來替代，本次試驗所用水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。60 ℃養生條件下混合料的強度隨時間變化規律見圖5。從試驗結果看， 60 ℃條件下，用水泥替代礦粉后，在前期環氧瀝青混合料AC-13的強度變化規律相似，但強度值較用礦粉時降低，混合料同樣是在3 h左右固化完全，隨后混合料的強度在短時間內維持穩定，但在3.5 h之后再次呈現出增長的趨勢。這可能是由于水泥水化硬化需要一定的時間，初期水泥強度低導致混合料的強度也低，待水泥水化硬化完全，水泥強度逐漸增長，混合料的強度也必然會增長。可見，用水泥代替礦粉是可行的。

6)水泥替代礦粉后環氧瀝青混合料在80 ℃條件下強度增長規律。將混合料中的礦粉用水泥來替代，80 ℃養生條件下混合料的強度增長規律見圖6。從試驗結果看，80 ℃條件下，用水泥替代礦粉后，在前2 h內環氧瀝青混合料AC-13的強度變化規律相似，總體來看強度值較用礦粉時降低，混合料同樣在2 h左右固化完全，此后時間再延長，混合料的強度在經過一定的降低后短時內保持穩定，但在3.5 h后再次出現增長的趨勢，前面已經提到過，這可能與水泥的水化硬化有關。

4 結語

1)環氧瀝青混合料在常溫條件下施工時，允許工作時間充足，40 ℃,60 ℃,80 ℃的養生條件完全固化的時間分別為14 h,3 h,2 h。2)高溫可以加速混合料的固化，使混合料的強度迅速增長，有利于下一步施工的快速開展，但是溫度超過80 ℃，高溫會使混合料變性，從而導致混合料的強度出現一定程度降低的現象，因此要控制好施工時的溫度。3)60 ℃,80 ℃養生條件下，用水泥替代礦粉后，前期環氧瀝青混合料AC-13的強度變化規律相似，但強度值較用礦粉時有所降低，后期隨著水泥水化硬化完全，混合料的強度值反而會出現升高的現象，證明用水泥代替礦粉是可行的。