路面施工中環(huán)氧瀝青混凝土的應(yīng)用

付旭鋒，劉麗敏

（1.上饒市婺源公路事業(yè)發(fā)展中心，江西婺源 333200；2.上饒市信州公路事業(yè)發(fā)展中心，江西信州 334000）

0 引言

環(huán)氧瀝青多相聚合物主要由環(huán)氧樹脂、石油瀝青及固化劑按設(shè)計比制備而成，石油瀝青黏結(jié)劑通常和固化劑先混合，并在混合料制備過程中再與環(huán)氧樹脂發(fā)生混合，固化反應(yīng)發(fā)生后瀝青材料便形成高強度骨架，使環(huán)氧瀝青混合料強度大幅提升。環(huán)氧樹脂和固化劑所發(fā)生的反應(yīng)具有不可逆性，故在夏季高溫運行環(huán)境中環(huán)氧瀝青具備高強度，對于高等級公路、超重交通路面、鋼橋橋面等鋪裝較為適用。石油瀝青還具有柔性路面特征，路面平整、行車舒適、噪聲小，因此，環(huán)氧瀝青高性能材料在國內(nèi)公路橋梁路面工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工程概況

某新建公路全線長8.74km，其中，起訖樁號K42+012—K43+511段位于山嶺重丘區(qū)，按雙向六車道設(shè)計，行車速度80km/h，該段路基寬32.5m，最大縱坡-4.11%?？紤]到該路段重載超限車輛多，且全年溫度高、日照時間長，瀝青材料長期暴露在陽光和空氣中，其組分中的樹脂、輕油質(zhì)等揮發(fā)快，易變質(zhì)，引發(fā)瀝青材料老化及路面裂縫、松散等病害的可能性較大。為提升瀝青路面高溫穩(wěn)定性、強度特性及耐久性，決定采用環(huán)氧瀝青混凝土路面。該路段施工工期緊，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，對施工組織設(shè)計及工程質(zhì)量也有較高的控制要求。

2 環(huán)氧瀝青混凝土配合比設(shè)計

2.1 材料性能

本工程采用由A、B雙組分組成的FY環(huán)氧瀝青，A、B組分分別為雙酚A環(huán)氧樹脂和瀝青、增韌劑、固化劑等助劑。在進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料制備時，先分別加熱A、B組分至60～80℃和110～120℃，再將A、B組分按一定比例混合攪拌均勻，即可得到環(huán)氧瀝青混凝土。環(huán)氧樹脂和固化劑所發(fā)生的反應(yīng)具有不可逆性，因此環(huán)氧瀝青固化時間必須和混合料拌制、運輸、攤鋪碾壓等工序安排相匹配[1]，并保證以上工序均在混合料黏度適宜時進(jìn)行?；旌狭橡ざ冗^大則不宜攪拌，攤鋪碾壓后壓實度難控制；黏度過小，則拌和時間將延長，并可能發(fā)生集料離析。為此，該高等級路面工程鋪裝技術(shù)研究報告要求環(huán)氧瀝青材料20℃抗拉強度應(yīng)不小于1.5MPa，20℃斷裂時延伸率不小于200%，120℃時黏度增大至100Pa·s的時間不短于50min。

集料主要選用立方體形狀、清潔堅硬抗磨損的三河石灰?guī)r碎石和三河碎石生產(chǎn)的機制砂、石粉。粗集料性能指標(biāo)詳見表1；細(xì)集料表觀密度不小于2.5g/cm3，砂當(dāng)量不小于60%；礦粉外觀應(yīng)無團(tuán)粒結(jié)塊現(xiàn)象，粒度小于0.6mm、小于0.15mm及小于0.075mm的礦粉分別占比100%、90～100%及75～100%，親水系數(shù)不大于1.0，視密度不小于2.5g/cm3。集料性能參數(shù)取值均符合相關(guān)規(guī)范要求。

表1 粗集料性能指標(biāo)

2.2 礦料級配

礦料級配對瀝青混凝土物理力學(xué)指標(biāo)及路用性能有較大影響，級配越密，則混凝土強度越大、使用壽命也越強；但礦料級配太過密實，礦料顆粒間分布會更加緊密，瀝青填充難度增大，因此必須在設(shè)計階段通過級配試驗確定出最佳的礦料間隙率與密實度組合[2]。細(xì)集料占比較大，則混合料高溫穩(wěn)定性將會降低，容易出現(xiàn)車轍病害，但是環(huán)氧瀝青混合料不存在這種情況。結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用實踐及工程經(jīng)驗，本高等級公路重載超限車輛多，對混合料抗疲勞性能有較高要求，為此，其環(huán)氧瀝青混凝土礦料最大公稱粒徑按13.2mm確定，級配曲線見圖1。

圖1 環(huán)氧瀝青混凝土級配曲線

2.3 油石比

在綜合考慮水穩(wěn)性、高溫穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用馬歇爾試驗方法進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料最佳油石比確定。環(huán)氧瀝青固化時間較長，若完全依照規(guī)范進(jìn)行馬歇爾試驗，則所需試驗時間較長。圍繞預(yù)估的最佳油石比進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料制備，待其達(dá)到充分固化狀態(tài)后測試試件穩(wěn)定度、空隙率、密度、飽和度及流值等指標(biāo)，并繪制油石比關(guān)系曲線，應(yīng)用密集配瀝青混合料設(shè)計方法進(jìn)行最佳瀝青用量計算[3]。本工程路面施工所用環(huán)氧瀝青混凝土最佳油石比6.0%，空隙率2.1%，穩(wěn)定度47kN，瀝青飽和度和殘留穩(wěn)定度分別為86%和97%，60℃動穩(wěn)定度7 200次/mm。

2.4 固化時間

環(huán)氧瀝青混合料強度一般隨固化反應(yīng)時間的延長而增大，混合料拌制完成與開始攤鋪之間的時間間隔不宜過長，以免影響壓實強度；碾壓結(jié)束后若達(dá)不到固化時間便開放交通，便會造成路面早期變形。以120℃的溫度為環(huán)氧瀝青混合料養(yǎng)生溫度進(jìn)行固化時間試驗，將所制備而成的混合料在120℃的試驗溫度下分別靜置1h、2h、6h、10h后進(jìn)行性能檢測，并根據(jù)試驗結(jié)果繪制穩(wěn)定度增長曲線。根據(jù)試驗結(jié)果，混合料出料后30～90min是本道路路面環(huán)氧瀝青混凝土的最佳施工時間。

3 環(huán)氧瀝青混凝土施工

環(huán)氧樹脂和固化劑所發(fā)生的反應(yīng)不可逆，故對施工時間有嚴(yán)格要求，在施工前必須加強施工組織方案的精確策劃和技術(shù)交底，保證施工過程順利銜接。

3.1 施工準(zhǔn)備

安排施工時間時必須預(yù)測并避開降雨、刮風(fēng)、降溫、濃霧等不良天氣，選擇適宜的天氣對舊路面進(jìn)行銑刨清掃，并通知拌和站開始進(jìn)行混合料拌和。完成舊路面清掃后在與鋪裝層接觸的部位噴灑環(huán)氧瀝青防水黏結(jié)層，并按40%～60%的覆蓋率均勻撒布粒徑5～10mm的碎石料，噴灑區(qū)域必須對應(yīng)于鋪裝區(qū)域，且邊緣應(yīng)超出鋪裝層邊緣2.0～3.0cm。

3.2 混合料制備及運輸

采用具備分倉上料功能的NBD-120ABP型間歇式拌和機并配備環(huán)氧瀝青及固化劑計量添加儀器進(jìn)行環(huán)氧瀝青混凝土制備，其生產(chǎn)能力為1.5～2.0t/盤，骨料加熱溫度及混凝土出料溫度分別為118～125℃和112～118℃。在正式生產(chǎn)前必須先試拌，并逐盤進(jìn)行混合料溫度測量及外觀的目測，對于溫度不達(dá)標(biāo)、離析及花白料必須棄置?；旌狭铣隽虾蟊仨毩⒓捶Q重，并填寫書面送料單，其上應(yīng)寫明運料車編號、實際出料溫度、裝料時間等。

通過12t以上自卸車輛進(jìn)行混凝土材料的運輸，混合料裝載量應(yīng)控制在7盤/車，并使用帆布覆蓋車廂內(nèi)混合料，避免雨淋使得溫度過快散失。每輛運料車的運輸時間嚴(yán)格控制在30min以內(nèi)。

3.3 攤鋪碾壓及養(yǎng)護(hù)

待運料車到達(dá)攤鋪施工現(xiàn)場后立即去除覆蓋并測溫記錄，將檢測結(jié)果和運料單進(jìn)行核對，無誤后卸料并在1h內(nèi)完成攤鋪及碾壓施工。攤鋪過程中應(yīng)安排專人定期清理螺旋布料器和料斗中的死料。攤鋪過程應(yīng)完全在干燥狀態(tài)下進(jìn)行，如遇降雨，必須立即停止攤鋪，未攤鋪及攤鋪后未碾壓成型的混合料應(yīng)全部棄置。

初壓3遍及終壓3遍后均應(yīng)通過紅外線測溫計進(jìn)行路面環(huán)氧瀝青混合料表層溫度測量，初壓和終壓溫度應(yīng)分別控制在80℃和65℃及以上。若表層溫度不符合要求，則還應(yīng)采用插入式溫度計進(jìn)行混合料內(nèi)部溫度測量，如果內(nèi)部溫度也不符合要求，則必找尋實原因并補壓2遍。壓路機碾壓不到的區(qū)域應(yīng)結(jié)合手持式振動夯振搗密實。

環(huán)氧瀝青混凝土路面碾壓結(jié)束且壓實度、平整度均滿足設(shè)計要求后，冷卻至室溫方可開放交通，環(huán)氧瀝青混凝土路面最終強度的形成時間較長，開放交通之初應(yīng)通過限速、禁止重型重載車輛通行等措施保護(hù)混凝土路面，待其最終強度形成后，再解除限速、完全開放交通。

4 結(jié)語

綜上所述，該位于山嶺重丘地區(qū)的新建高等級公路環(huán)氧瀝青混凝土路面施工是一次較為成功的嘗試，且瀝青路面鋪裝也取得了較好的施工效果，該工程的應(yīng)用過程也表明，環(huán)氧瀝青混凝土施工技術(shù)在原材料選擇、礦料級配、最佳油石比、固化時間及混合料拌和、攤鋪碾壓、養(yǎng)護(hù)等方面均與傳統(tǒng)SBS改性瀝青存在差異。該公路建成后運行實踐也證明，環(huán)氧瀝青混凝土路面平整度、行車舒適性、耐久性等路用性能均優(yōu)于常規(guī)改性瀝青路面，應(yīng)在我國高等級公路路面、重載超限交通及橋面鋪裝中推廣應(yīng)用。