環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工參數(shù)確定與檢測分析

楊樹春

江蘇中基工程技術(shù)研究有限公司，江蘇 南通 226300

環(huán)氧瀝青混合料在我國的路面鋪設(shè)過程中的應(yīng)用十分廣泛，該材料具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，強(qiáng)度和剛度都較高，相比于基質(zhì)瀝青混合料具有較高的穩(wěn)定性和抗疲勞性能。該材料在20世紀(jì)60年代生產(chǎn)于美國和加拿大等西方國家，20世紀(jì)90年代我國開始了環(huán)氧瀝青混合料的研究，經(jīng)過幾十年的大量試驗研究，取得了較為明顯的試驗成果，且該材料廣泛應(yīng)用于橋梁的鋪裝層。環(huán)氧瀝青混合料的拌和采用溫拌技術(shù)，溫度控制在110～120℃，攤鋪時間應(yīng)低于50min，可見環(huán)氧瀝青混合料對施工條件的要求較高。我國國土面積廣闊，跨越溫度帶較多，溫度差異較大，在進(jìn)行施工時質(zhì)量很難控制，因此施工過程中應(yīng)對材料的施工時間、施工溫度等進(jìn)行檢測。

1 混合料特性

1.1 熱固性

環(huán)氧瀝青混合料與普通混合料的不同在于環(huán)氧瀝青混合料在高溫條件下不會產(chǎn)生車轍，使用過程中在荷載的作用下其密實度不會產(chǎn)生較大的變化。該材料的這種屬性稱為熱固性。環(huán)氧瀝青混合料在進(jìn)行級配設(shè)計時采用的是密級配，能夠確保其具有較好的壓實度，抗滑性能較好。在施工過程中表層混合料被磨損后，粗集料可形成強(qiáng)度較高的抗磨耗層。通過對環(huán)氧瀝青混合料與SMA瀝青混合料進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧瀝青混合料做鋪裝層時，隨使用年限的增長，抗滑性能表現(xiàn)越來越好，而SMA瀝青混合料呈相反的變化規(guī)律。

1.2 孔隙率

環(huán)氧瀝青混合料密實度較高，同時具有較好的抗滑性能，配合比設(shè)計時孔隙率小于3%時，有利于提高材料的水穩(wěn)定性和耐久性。

1.3 非線性疲勞

通過對試件進(jìn)行疲勞試驗發(fā)現(xiàn)，該材料的疲勞性能呈非線性變化。當(dāng)應(yīng)變水平較低時，混合料的耐久性不會再出現(xiàn)損傷變化；當(dāng)應(yīng)變水平較高時，混合料的耐久性損傷程度加快。

1.4 裂縫自愈合能力

環(huán)氧瀝青由于自身存在熱固性，因此材料的自愈合能力較差，當(dāng)鋪裝層產(chǎn)生裂縫后，環(huán)氧瀝青混合料不會進(jìn)行自我修復(fù)，而是表現(xiàn)出松散等病害。對裂縫進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)后可繼續(xù)使用，但裂縫的產(chǎn)生會影響路面的使用年限。

2 施工參數(shù)的確定

2.1 溫度的確定

混合料的和易性主要受瀝青黏度的影響，而瀝青黏度的影響因素有很多，主要有施工溫度和施工時間。為確定溫度變化對環(huán)氧瀝青黏度的影響，文章對該材料的溫度變化進(jìn)行了相應(yīng)的分析，試驗中設(shè)定溫度分別為160℃、170℃、180℃、190℃，通過收集不同溫度下，材料黏度隨時間變化的數(shù)據(jù)來確定施工溫度。數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖1所示。

圖1 黏度變化圖

通過圖1中的曲線變化可知，當(dāng)溫度保持不變時，時間增長時，環(huán)氧瀝青的黏度表現(xiàn)出增長的趨勢；增長速率最快的時間段集中于20～40min，且變化規(guī)律呈線性變化。40min以后，黏度速率開始緩慢增長。通過不同時間段的縱向比較可知，當(dāng)溫度為160℃時，黏度增長較快，速率增長也較快。根據(jù)材料和易性指標(biāo)的要求，黏度不應(yīng)大于3000mPa·S，根據(jù)圖1中各條曲線的變化規(guī)律可知具體施工時，環(huán)氧瀝青混合料的溫度應(yīng)控制在170～190℃，溫度較高會使瀝青出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

2.2 施工時間的確定

對環(huán)氧瀝青混合料的耐久性和抗滑性進(jìn)行綜合分析，并對材料的級配進(jìn)行合理選擇，以上礦料級配進(jìn)行馬歇爾試件的制備，通過控制瀝青用量來組成不同組的馬歇爾試件，然后進(jìn)行相關(guān)試驗，通過配合比設(shè)計可知混合料的最佳油石比為7.2%。

在設(shè)計混合料配合比時，主要的影響指標(biāo)為空隙率和穩(wěn)定度。環(huán)氧瀝青混合料的設(shè)計要求為空隙率不大于3%、穩(wěn)定度不小于40kN。結(jié)合項目特點，施工溫度應(yīng)選擇175℃，施工時間為30～120min，試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)后得到的空隙率和穩(wěn)定度的變化如圖2、圖3所示。由圖2可知，當(dāng)時間為30min時，對應(yīng)空隙率為2.4%；當(dāng)時間為120min時，對應(yīng)空隙率為3%。通過數(shù)值變化規(guī)律和規(guī)范要求可知滿足空隙率小于3%的要求。由圖3可知，當(dāng)時間為30min時，對應(yīng)穩(wěn)定度為49kN；當(dāng)時間為120min時，對應(yīng)穩(wěn)定度為97kN。通過數(shù)值變化規(guī)律和規(guī)范要求可知，環(huán)氧瀝青混合料滿足穩(wěn)定度大于40kN的要求。

圖2 空隙率變化圖

圖3 穩(wěn)定度變化圖

2.3 強(qiáng)度變化

混合料強(qiáng)度的變化主要受施工溫度和施工時間的影響較大，文章為確定溫度和時間對混合料強(qiáng)度影響變化規(guī)律，進(jìn)行了以下試驗：研究對象為在175℃條件下由混合料制備而成的試件，保溫時間分別設(shè)定為30min、60min、90min、120min，對試件的強(qiáng)度、穩(wěn)定度進(jìn)行測定，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 試驗結(jié)果

由表1可知，混合料的成型溫度相同時，保溫時間對混合料強(qiáng)度的影響不大。在施工過程中為保證混合料的壓實效果，應(yīng)盡早進(jìn)行攤鋪碾壓。

3 質(zhì)量檢測

3.1 工程概況

文章依托于城市建設(shè)中的某大橋，該橋長度為420m，寬度為39m，結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆箱梁。鋪裝層采用環(huán)氧瀝青混合料。施工前已對相關(guān)施工參數(shù)進(jìn)行確定，且對混合料進(jìn)行優(yōu)化（EA-10優(yōu)），完工后對以下指標(biāo)進(jìn)行檢測：構(gòu)造深度、抗滑系數(shù)、層間黏結(jié)狀況。

3.2 檢測結(jié)果分析

在進(jìn)行橋梁鋪裝層施工時，選取長50m、寬15m的試驗段，相關(guān)指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示。

表2 檢測試驗結(jié)果

由表2可知，進(jìn)行級配優(yōu)化后鋪裝層的構(gòu)造深度由0.42mm增加到0.55mm，抗滑系數(shù)由48增加到61，且層間黏結(jié)狀態(tài)良好，說明橋面鋪裝層符合規(guī)范要求。

4 結(jié)論

文章通過對環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行分析，得出了以下結(jié)論：（1）該混合料具有熱固性、孔隙率小、非線性疲勞變化、自愈合能力差的特性；（2）環(huán)氧瀝青混合料的施工溫度應(yīng)控制在170～180℃，施工時間應(yīng)為30～120min，通過試驗證明，在該時間段內(nèi)，瀝青混合料的穩(wěn)定度和孔隙率符合要求。通過對強(qiáng)度進(jìn)行研究表明，材料的保溫時間對混合料強(qiáng)度影響不大；（3）經(jīng)工程實例對混合料的質(zhì)量進(jìn)行檢測后表明，優(yōu)化后的混合料的構(gòu)造深度、抗滑系數(shù)均有所提高，層間黏結(jié)狀態(tài)良好。