環(huán)氧瀝青混合料時溫特性研究

趙 艷 玲

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司公路養(yǎng)護技術(shù)研發(fā)中心，遼寧 沈陽 110111)

1 概述

環(huán)氧瀝青主要是由瀝青、環(huán)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(huán)氧樹脂和瀝青混合，再加入固化劑，固化反應(yīng)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(xué)性質(zhì)[2]。與普通瀝青混合料相比，環(huán)氧瀝青混合料具有強度高、穩(wěn)定性好、抗車轍能力強，耐疲勞性能好等特點[3]。

環(huán)氧瀝青混合料作為高性能材料，在國外工程中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。國外從20世紀60年代起，研究并推廣使用環(huán)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(huán)氧瀝青混合料應(yīng)用于鋼橋面鋪裝和重交通道路上[4]。

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

環(huán)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(yīng)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(huán)氧瀝青混合料的強度增長規(guī)律對于掌握混合料的允許施工時間，以及養(yǎng)生通車時間具有十分重要的意義。

2 配合比設(shè)計

環(huán)氧瀝青選用日本產(chǎn)環(huán)氧瀝青，粗集料選用輝綠巖集料，細集料為石灰?guī)r集料，礦粉為石灰石礦粉，原材料各項物理、力學(xué)性能指標均滿足規(guī)范要求。

環(huán)氧瀝青混合料級配選用AC-13，經(jīng)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(huán)氧瀝青混合料的配合比

表2 環(huán)氧瀝青混合料的合成級配

3 環(huán)氧瀝青混合料強度增長規(guī)律研究

采用無側(cè)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(guī)律。試驗時將馬歇爾試件放置在常溫，40 ℃，60 ℃，80 ℃環(huán)境條件下養(yǎng)生不同時間，經(jīng)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(guī)律。

1)常溫條件下環(huán)氧瀝青混合料的強度增長規(guī)律。環(huán)氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在常溫下分別養(yǎng)生1 d/2 d/3 d/4 d，測試抗壓強度，最終強度變化規(guī)律如圖1所示。從試驗結(jié)果看，常溫下環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度呈線性增長的規(guī)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(huán)氧瀝青混合料的強度增長規(guī)律。環(huán)氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在40 ℃下分別養(yǎng)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(guī)律如圖2所示。

從試驗結(jié)果看，在40 ℃條件下，環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度隨時間的延長均勻增長，當(dāng)養(yǎng)護時間超過12 h后，混合料的強度逐漸趨于穩(wěn)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(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度增長規(guī)律。環(huán)氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在60 ℃下分別養(yǎng)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(guī)律如圖3所示。從試驗結(jié)果看，在60 ℃條件下，環(huán)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(wěn)定。

4)80 ℃條件下環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度增長規(guī)律。環(huán)氧瀝青混合料AC-13馬歇爾試件在80 ℃下分別養(yǎng)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(guī)律如圖4所示。從試驗結(jié)果看，在80 ℃條件下，環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度在前1.5 h內(nèi)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(wěn)定?？梢姼邷乜梢约铀倩旌狭系墓袒?，使混合料的強度迅速增長，快速固化有利于降低施工風(fēng)險，保證下一步施工的快速開展，但是當(dāng)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(dǎo)致混合料的強度出現(xiàn)一定程度降低的現(xiàn)象，因此要控制好施工時的溫度。

5)水泥替代礦粉后環(huán)氧瀝青混合料在60 ℃條件下強度增長規(guī)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(yǎng)生條件下混合料的強度隨時間變化規(guī)律見圖5。從試驗結(jié)果看， 60 ℃條件下，用水泥替代礦粉后，在前期環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度變化規(guī)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(nèi)維持穩(wěn)定，但在3.5 h之后再次呈現(xiàn)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(dǎo)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?？梢姡盟啻娴V粉是可行的。

6)水泥替代礦粉后環(huán)氧瀝青混合料在80 ℃條件下強度增長規(guī)律。將混合料中的礦粉用水泥來替代，80 ℃養(yǎng)生條件下混合料的強度增長規(guī)律見圖6。從試驗結(jié)果看，80 ℃條件下，用水泥替代礦粉后，在前2 h內(nèi)環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度變化規(guī)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(jīng)過一定的降低后短時內(nèi)保持穩(wěn)定，但在3.5 h后再次出現(xiàn)增長的趨勢，前面已經(jīng)提到過，這可能與水泥的水化硬化有關(guān)。

4 結(jié)語

1)環(huán)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(yǎng)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(dǎo)致混合料的強度出現(xiàn)一定程度降低的現(xiàn)象，因此要控制好施工時的溫度。3)60 ℃,80 ℃養(yǎng)生條件下，用水泥替代礦粉后，前期環(huán)氧瀝青混合料AC-13的強度變化規(guī)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(xiàn)升高的現(xiàn)象，證明用水泥代替礦粉是可行的。