基于耐久性分析的新型路用環(huán)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(huán)氧瀝青具有良好的耐久性。環(huán)氧瀝青目前在鋼橋面鋪裝中表現(xiàn)出良好的耐久性能。因固化反應(yīng)受固化溫度和固化時間的影響較大，新型路用環(huán)氧瀝青應(yīng)用對固化時間要求嚴(yán)格。隨溫度升高，其固化反應(yīng)越快，凝膠時間越短。反之，隨溫度降低，固化反應(yīng)越慢，凝膠時間越長。

為了保證環(huán)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(jìn)行拌和、攤鋪，在凝膠出現(xiàn)之前完成攤鋪和碾壓，否則易造成碾壓不密實(shí)。但固化時間越長，混合料的強(qiáng)度越低，容易產(chǎn)生早期破壞和性能降低。因此對于路用環(huán)氧瀝青混合料，為滿足道路鋪裝強(qiáng)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(yǎng)生時間，同時針對新型路用環(huán)氧瀝青混合料耐久性和長期性能進(jìn)行研究是亟需解決的問題。

1 環(huán)氧瀝青養(yǎng)生條件分析

（1）施工時間的影響

為了驗(yàn)證不同施工時間對混合料壓實(shí)效果的影響［1］。選擇新型路用環(huán)氧瀝青制備混合料。試驗(yàn)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(shí)高度隨時間變化結(jié)果如表1所示。

從圖1中可知，隨著時間的推移，環(huán)氧瀝青產(chǎn)生固化，混合料的黏度增加，導(dǎo)致成型的馬歇爾試件高度逐漸增大。在100min內(nèi)高度均滿足馬歇爾擊實(shí)要求。拌和后100～120min時間下，試件高度變化較大，此時環(huán)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(shí)成型。因此，為了保證環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制施工總時間在100min以內(nèi)，不能超過120min。

表1 擊實(shí)高度隨時間變化

（2）養(yǎng)生時間的影響

將環(huán)氧瀝青混合料試件在室外養(yǎng)生，記錄每天外界溫度和馬歇爾穩(wěn)定度［2］。試驗(yàn)結(jié)果見圖2所示。

從圖2中可以看出，前3d強(qiáng)度上升較快，約占總強(qiáng)度的50%左右。15d后馬歇爾穩(wěn)定度的增長速率減緩，表明15d環(huán)氧瀝青固化比較完全。因此，試驗(yàn)段應(yīng)保證3d內(nèi)環(huán)境溫度20℃以上且光照充足，同時15d內(nèi)無雨水，有利于保證環(huán)氧瀝青混合料的路用性能。

2 環(huán)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(yàn)儀進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗(yàn)，評價路用環(huán)氧瀝青混合料的疲勞性能。成型試件直徑150mm，高40mm。試驗(yàn)溫度15℃，頻率為10Hz。加載應(yīng)力水平分別采用0.2、0.4、0.6應(yīng)力比水平。試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

表2 環(huán)氧瀝青混合料疲勞性能分析

根據(jù)疲勞次數(shù)，擬合環(huán)氧瀝青混合料疲勞曲線如圖3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，路用環(huán)氧瀝青混合料的疲勞次數(shù)達(dá)到11301次，具有良好的疲勞性能。考慮環(huán)氧瀝青混合料為開級配具有較大的空隙率，在重復(fù)劈裂荷載條件下，易產(chǎn)生微裂縫，使間接拉伸劈裂疲勞次數(shù)降低。相比較于普通瀝青混合料，環(huán)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(huán)氧瀝青混合料抗裂性能研究

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

式中：σt—試件底部拉應(yīng)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(huán)氧瀝青混合料抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可知：-10℃低溫條件下，路用環(huán)氧瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度2.47MPa，此時為脆性固體。隨溫度升高，環(huán)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(qiáng)度降低。而隨著溫度升高，斷裂能受溫度的影響不敏感，環(huán)氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

4 試驗(yàn)段性能分析

為驗(yàn)證環(huán)氧瀝青試驗(yàn)段路用性能，鋪筑3cm環(huán)氧瀝青混合料表面層試驗(yàn)段，混合料出料溫度基本在110～115℃之間［9-10］。試驗(yàn)段現(xiàn)場施工完成7d后，對試驗(yàn)段路用性能進(jìn)行評價。

（1）現(xiàn)場試驗(yàn)分析

試驗(yàn)段芯樣完好，厚度略小于設(shè)計厚度，空隙率滿足要求，壓實(shí)度整體控制較好。

表4 現(xiàn)場取芯試件體積檢測指標(biāo)

環(huán)氧瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。馬歇爾穩(wěn)定度均超過20kN，試驗(yàn)段可以開放交通。

表5 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)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(yàn)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(huán)氧瀝青試驗(yàn)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(jìn)行評價，施工完成后初始擺值達(dá)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(guī)范要求。

5 結(jié)論

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

（2）環(huán)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(huán)氧瀝青混合料具有良好的抗裂性能。

（3）試驗(yàn)段長期性能說明環(huán)氧瀝青路面具有良好的耐久性，路面病害發(fā)展緩慢。