国产环氧沥青混合料在混凝土桥面中的应用研究①

(山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

环氧沥青混凝土是由砂石级配集料同环氧沥青结合料拌合而成的一种强度高、刚性大的沥青混凝土,具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性、水稳定性和抗疲劳特性[1]。国产环氧沥青混合料是桥面铺装的优良材料,目前已在大跨径桥梁钢桥面铺装中得到成功应用[2]。在长期行车和环境因素的复合作用下，水泥混凝土桥桥面铺装承受的变形及应力、行车与风载的振动、铺装温度等条件，较公路路面及机场路面复杂严酷得多，因而对铺装性能与耐久性能均有更高的要求[3]。

对环氧沥青材料特性进行研究，总结适合水泥混凝土桥面铺装的环氧沥青试验操作要领和控制技术指标，可用于指导施工。

1 环氧沥青桥面铺装结构

环氧沥青混合料桥面铺装的结构一般有3种情况，即单层式、双层式和复合式，如图1所示。

2 原材料

国产多组分环氧沥青是由组分A(环氧树脂)和组分B(由石油沥青和多种辅料组成的匀质合成物)混合后形成不可逆的热固性物质。它不同于常规的道路沥青和各类改性沥青。试验所用环氧沥青为江苏某公司生产的HLJ-5210、HLJ-7611多组分环氧沥青。按使用目的的不同分为两种类型，分别是用作粘结防水层的环氧沥青粘结料(HLN型)和用作混合料拌和的环氧沥青结合料(HLJ型)。其物理力学性能指标见表1。

图1 环氧沥青桥面铺装结构示意图

3 环氧沥青混合料最佳油石比的确定

采用马歇尔试验方法对混合料的物理力学性能进行研究和评价。拟定4个油石比为：5.5%、6.0%、6.5%和7.0%，对应的结合料用量分别为：5.21%、5.66%、6.12%和6.53%。根据规定，每组油石比做3个马歇尔试件，试验结果见表2。

通过分析比对，将确定环氧沥青混合料最佳油石质量比时可借鉴的控制性指标列于表3。

4 环氧沥青混合料的应用性能研究

在确定最佳油石质量比后，对国产环氧沥青混合料进行了水稳定性能、高温稳定性能、低温抗裂性能以及抗疲劳性能指标的测试,并与水泥混凝土桥面铺装常用的其他沥青混合料的应用性能进行了比较。

表1 环氧沥青物理力学性能指标

表2 环氧沥青混合料的体积特性与马歇尔试验结果

表3 确定环氧沥青混合料最佳油石比时可借鉴的控制性指标

4.1 水稳定性能

JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》规定，48 h浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比作为评价沥青混合料水稳定性的常用指标。

4.1.1 浸水马歇尔残留稳定度试验

采用油石比6.4%时，每次试验采用3组试件，试验结果取平均值。沥青混合料马歇尔残留稳定度试验结果为：混合料空隙率<2%，残留稳定度为113.5%，具体结果见表4。在进行不同油石比试验时，发现饱和度越大对环氧沥青混合料的水稳定性越有利，空隙率越小时残留稳定度越高。

表4 马歇尔残留稳定度试验结果

4.1.2 冻融劈裂试验

根据T 0729—2000《沥青混合料冻融劈裂试验》方法的规定，用击实法双面各击实50次制作马歇尔试件，在-18 ℃温度下冻融循环后，测定试件在冻融前后的劈裂抗拉强度，并计算残留强度比(TSR)，试验结果见表5。

表5 混合料冻融劈裂强度试验结果

以上两组试验的结果表明，环氧沥青混合料冻融劈裂强度比分别为88.4%和87.3%，均高于规范规定的80%的要求。由此可见，无论是浸水马歇尔残留稳定度，还是冻融劈裂强度比，环氧沥青混合料均具有很好的抗水损坏能力。

4.2 高温稳定性能

沥青混合料的高温性能通过车辙试验进行评定。试验方法为：在120 ℃温度下制作环氧沥青混合料车辙试件，试件成型后放入120 ℃的烘箱中固化12 h，然后待试件温度降至室温后(放置时间以48 h为宜)进行车辙试验。环氧沥青混合料60 ℃动稳定度检测结果见表6。

表6 环氧沥青混合料车辙试验结果(60 ℃，0.7 MPa)1)

由表6可见，未养护固化的车辙试件动稳定度达到3 805次/mm，经固化后环氧沥青混合料动稳定度达到32 500次/mm。课题组还测试了70 ℃温度条件下环氧沥青混合料的动稳定度。车辙试验结果显示，动稳定度平均为18 375次/mm，总变形为0.56mm。在同等条件(70 ℃,0.7 MPa)下，所得SBS改性沥青混合料(混合料类型为AC-16C，沥青为70号A级道路石油沥青，SBS掺量为5%)车辙试验结果，动稳定度为3 075 次/mm，总变形为3.14mm。环氧沥青混合料在车辆荷载作用下产生的车辙变形比其他改性沥青要小得多。可见环氧沥青混合料具有很高的抗车辙变形能力。

4.3 低温稳定性能

按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的方法来评价环氧沥青混合料的低温抗裂性，试验结果见表7。

表7 多种沥青混合料弯曲试验结果

从试验结果看，环氧沥青混合料在-10 ℃时的弯曲应变为4.57×10-3，优于规范规定的3.0×10-3，说明环氧沥青有很好的低温变形能力。15 ℃时的弯曲应变为4.01×10-3。环氧沥青混合料在-10 ℃和15 ℃时的弯曲应变非常接近，说明其在低温条件下有与常温时相近的变形能力。

4.4 抗疲劳性能

桥面铺装层的使用寿命除了受剪切、推移、水损坏等的影响之外，铺装层混合料的抗疲劳开裂性能也是铺装材料选择中的一个重要指标。在MTS试验仪上采用劈裂疲劳方法得到的试验结果见表8。

表8 混合料疲劳试验结果(15 ℃)1)

由表8可见，常温下，在相同荷载(6 kN)和频率(8 Hz)下，AC改性沥青和SMA试件的平均劈裂疲劳寿命分别只有7 344和8 079次，而环氧沥青混合料试件加载30 000次未破坏，其劈裂疲劳寿命远远高于AC改性沥青和SMA。环氧沥青混合料试件在18 kN、5 Hz条件下，其劈裂疲劳寿命达18 133次，可见环氧沥青混合料在超大荷载作用下也具有很高的疲劳寿命。

5 结论

5.1 对国产多组分环氧沥青混合料高温、低温稳定性和水稳定性指标的检验，应在环氧沥青基本固化后进行，固化温度及固化时间采用120 ℃，12 h(或125 ℃，4 h)。

5.2 混合料的各项技术指标应满足以下要求：车辙试验动稳定度DS≥25 000次/mm(60 ℃)，或DS≥15 000次/mm(70 ℃)；浸水马歇尔残留稳定度≥85%；冻融劈裂残留强度比TSR≥85%；-10 ℃低温弯曲应变εB≥3.0×10-3。

5.3 国产环氧沥青混凝土在水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性等方面具有优异的性能，其在混凝土桥面铺装的应用前景乐观。试验中得到的国产环氧沥青混合料马歇尔试验的控制性指标，为更深入研究环氧沥青混合料提供了参考依据。

参考文献：

[1] 王建伟，沈家林，钱振东.国产环氧沥青混合料施工控制[J].东南大学学报：自然科学版，2009，39(6)：1226-1230.

[2] 沈家林，钱振东，陈团结.国产环氧沥青混合料性能试验及在桥面铺装中的应用[J].山东交通学院学报，2009，17(2)：19-24.

[3] 罗立红.环氧沥青水泥混凝土防水粘结层施工技术研究[J].公路交通科技：应用技术版，2010(12)：97-99.