路用環(huán)氧瀝青材料在重交通混凝土橋面的應(yīng)用研究

摘 要：為解決傳統(tǒng)瀝青混凝土橋面鋪裝層在重交通條件下易出現(xiàn)車轍、開裂、疲勞損壞等問題，研究提出將路用環(huán)氧瀝青材料應(yīng)用于重交通混凝土橋面鋪裝層，選取A混凝土橋面為研究，對(duì)配合比設(shè)計(jì)與性能進(jìn)行分析，主要對(duì)原材料技術(shù)指標(biāo)及要求、級(jí)配設(shè)計(jì)、最佳瀝青用量、性能試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明，進(jìn)而論述了路用環(huán)氧瀝青材料在重交通混凝土橋面的施工工藝與質(zhì)量控制，通過(guò)對(duì)拌合、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓施工工藝進(jìn)行分析，有效改善橋面鋪裝性能，對(duì)于提高重交通混凝土橋面質(zhì)量具有促進(jìn)意義。

關(guān)鍵詞：路用環(huán)氧瀝青 重交通混凝土 橋面 應(yīng)用建議

環(huán)氧瀝青材料泛指瀝青中添加熱固性環(huán)氧樹脂、固化劑經(jīng)固化反應(yīng)而形成的一種強(qiáng)度高、韌性好的瀝青混凝土，環(huán)氧瀝青材料早期主要用于機(jī)場(chǎng)道面抵抗飛機(jī)燃油及噴漆侵害。在車流量線性增長(zhǎng)及交通載荷不斷增加的趨勢(shì)下，傳統(tǒng)瀝青混凝土橋面鋪裝層在重交通條件下易出現(xiàn)車轍、開裂、疲勞損壞等問題。鑒于環(huán)氧瀝青材料具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗疲勞的特性，在重交通混凝土橋面運(yùn)用環(huán)氧瀝青材料，可有效改善橋面鋪裝性能[1]。據(jù)此，文章以路用環(huán)氧瀝青材料在重交通混凝土橋面的應(yīng)用研究進(jìn)行討論，旨在為廣大學(xué)者提供參考幫助及建議。

1 案例概述

A混凝土橋面長(zhǎng)144m，寬9.8m，面積1411.2m2，2014年采用雙層4cmSMA-13高強(qiáng)瀝青混凝土進(jìn)行處治，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間行車荷載和自然環(huán)境作用，已出現(xiàn)了車轍、坑槽、推移等連續(xù)病害，為改善重交混凝土橋面問題，本次工程橋面鋪裝材料采用環(huán)氧瀝青材料。

2 配合比設(shè)計(jì)與性能

2.1 原材料技術(shù)指標(biāo)及要求

路用環(huán)氧瀝青材料性能決定路用環(huán)氧瀝青混合料路用性能及質(zhì)量，該交通混凝土橋面試驗(yàn)階段采用日本路用環(huán)氧瀝青材料進(jìn)行研究，該路用環(huán)氧瀝青材料主要由瀝青、環(huán)氧樹脂、固化劑組成，環(huán)氧體系中環(huán)氧樹脂、固化劑與瀝青的比例為62∶38，瀝青與環(huán)氧體系的比例為6∶4，由此制備環(huán)氧瀝青。

2.2 級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)

該研究選用EA-10環(huán)氧瀝青混合料，較比其他環(huán)氧瀝青混合料而言，該材料路用性能良好，具有較高強(qiáng)度、耐疲勞及耐腐蝕性能，滿足工程高溫穩(wěn)定性特征。該材料低溫狀態(tài)下收縮系數(shù)與混凝土接近，滿足重交通混凝土橋面工程施工要求[2]。研究EA-10環(huán)氧瀝青混合料采用大檔摻料將集料分為0～0.6mm、0.6～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm五檔，級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果如表4。

2.3 最佳瀝青用量

該研究采用馬歇爾試驗(yàn)對(duì)最佳瀝青用量進(jìn)行確定，試驗(yàn)采用5.0%～7.0%的油石比作為瀝青用量研究范圍，每隔0.5%為間距依次遞增，進(jìn)而得出瀝青用量增加過(guò)程中各指標(biāo)的增長(zhǎng)情況。將制備好的馬歇爾試件在60℃烘箱中保溫養(yǎng)生4d后再在常溫下養(yǎng)護(hù)一天后，將制得的環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行密度、空隙率、穩(wěn)定度和流值的測(cè)定，進(jìn)而確定最佳瀝青用量。具體試驗(yàn)結(jié)果如表7所示[3]。

根據(jù)上述馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析，取得各試驗(yàn)中的毛體積密度最大值、穩(wěn)定度最大值、空隙率中值的油石比a1、a2、a3，求得平均值OAC1及OCAmin和OCAmax，具體最佳油石比計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算，文章最佳油石比為5.90%。

2.4 性能試驗(yàn)

重交通混凝土橋面鋪裝層作為橋梁結(jié)構(gòu)重要組成部分，其性能與橋梁安全性及耐久性具有密切聯(lián)系。重交通混凝土橋面因行車載荷量大及環(huán)境復(fù)雜等因素，導(dǎo)致橋面鋪裝層面臨諸多挑戰(zhàn)。對(duì)此，橋面鋪裝層材料應(yīng)選用力學(xué)性能優(yōu)秀材料。按照《公路工程瀝青及混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4]的相關(guān)方法，對(duì)文章所設(shè)計(jì)的環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進(jìn)行檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果如表8。

根據(jù)上述結(jié)果可以看出，路用環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝層后期路用性能滿足本次工程施工需求，其中瀝青混凝土穩(wěn)定度為8659次/mm，超過(guò)規(guī)范值要求值73.2%，材料極限彎拉強(qiáng)度、極限彎拉應(yīng)變、勁度模量及劈裂強(qiáng)度數(shù)值均滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青混凝土在橋面鋪裝層應(yīng)用過(guò)程中具備良好的高溫穩(wěn)定性及耐久性能，對(duì)提升瀝青混合料路用性能及力學(xué)性能效果顯著。

3 施工工藝流程與質(zhì)量控制

3.1 拌合

路用環(huán)氧瀝青拌和溫度應(yīng)控制在170℃～190℃區(qū)間，在拌合過(guò)程中應(yīng)根據(jù)天氣情況合理調(diào)整拌合溫度。如天氣溫度較低時(shí)，施工人員應(yīng)適當(dāng)提升路用環(huán)氧瀝青材料溫度；如高溫多壓環(huán)境下，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求出料穩(wěn)定性進(jìn)行拌合。拌合前應(yīng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)配合比進(jìn)行計(jì)劃，進(jìn)而按照確定材料摻配比例向料倉(cāng)中添加原料，進(jìn)而進(jìn)行混合攪拌，以此提高混凝土攪拌質(zhì)量。

3.2 運(yùn)輸

運(yùn)輸作為保障路用環(huán)氧瀝青材料路用性能及質(zhì)量的關(guān)鍵，如運(yùn)輸中材料穩(wěn)定損失量較大，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料施工性能下降。對(duì)此，運(yùn)輸階段應(yīng)減少材料在運(yùn)輸中產(chǎn)生的溫度損失，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車輛車廂進(jìn)行保溫處理，以此提高運(yùn)輸穩(wěn)定性。對(duì)此，運(yùn)輸階段應(yīng)根據(jù)氣候條件及天氣，可在車輛運(yùn)輸中涂刷防黏結(jié)劑、隔離劑，并在混合料表面覆蓋篷布，以此確保路用環(huán)氧瀝青保溫效果。攤鋪機(jī)和運(yùn)輸混合料應(yīng)相匹配，規(guī)避拌合站拌合量大于或小于運(yùn)輸量，以此提高路用環(huán)氧瀝青運(yùn)輸穩(wěn)定性[5]。

3.3 攤鋪

重交通混凝土橋面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)施工時(shí)應(yīng)對(duì)攤鋪機(jī)熨平板高度、橫坡進(jìn)行調(diào)整，工程攤鋪前預(yù)先對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，確保熨平板溫度不低于100℃，有效規(guī)避因熨平板溫度過(guò)低與混合料產(chǎn)生的溫度差異。施工階段，應(yīng)及時(shí)關(guān)注環(huán)氧瀝青混合料路用性能表現(xiàn)，如鋪面出現(xiàn)少量瀝青膠漿及拉溝，則表明熨平板溫度過(guò)高，如長(zhǎng)時(shí)間處于此溫度，混合料極易產(chǎn)生老化問題，對(duì)此應(yīng)將攤鋪機(jī)冷卻5min后再進(jìn)行攤鋪工作。環(huán)氧瀝青混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，必須緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地?cái)備?，且螺旋送料器中的混合料?chǔ)存量應(yīng)不低于送料器高度的2/3，以防止出現(xiàn)局部缺料的現(xiàn)象。環(huán)氧瀝青混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，原則上應(yīng)盡量減少人工影響的行為，以防止破壞混合料表面紋理，但也需要注意混合料是否出現(xiàn)離析，混合料離析是影響混合料性能的重要因素，若攤鋪出現(xiàn)離析現(xiàn)象，則必須采取人工篩料進(jìn)行處理，消除混合料離析產(chǎn)生的局部粗、細(xì)集料聚集現(xiàn)象。

3.4 碾壓

路用環(huán)氧瀝青混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)完成后，為保障重交通混凝土橋面平整度及壓實(shí)度，應(yīng)進(jìn)一步提高碾壓施工質(zhì)量。該工程路用環(huán)氧瀝青碾壓主要通過(guò)初壓、復(fù)壓及終壓三個(gè)階段，具體如下。

3.4.1 初壓

路用環(huán)氧瀝青混合料初壓最佳溫度不低于155℃，該工程初壓施工中，依托鋼輪壓路機(jī)連續(xù)碾壓兩遍，在碾壓的過(guò)程中壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪與前方攤鋪機(jī)方向保持一致，由于路面外側(cè)邊緣向中心的方向施工，確保路面橫坡滿足排水要求，在彎道處或超高段，應(yīng)從彎道內(nèi)側(cè)到外側(cè)的方向碾壓；坡道碾壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪則應(yīng)按照由低處到高處的方向施工，以此有效規(guī)避因材料問題產(chǎn)生的滑移。初壓結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)管理人員組織施工人員進(jìn)行核查，如發(fā)現(xiàn)路面存在缺陷或施工質(zhì)量問題，應(yīng)立即組織人員進(jìn)行整修或及時(shí)鏟除重鋪。

3.4.2 復(fù)壓

復(fù)壓作為減少初壓漏壓導(dǎo)致橋面不壓實(shí)的重要環(huán)節(jié)，該工程初壓結(jié)束后立即組織施工人員進(jìn)行復(fù)壓工作。復(fù)壓溫度不低于110℃，復(fù)壓施工中以振動(dòng)膠輪壓路機(jī)作為主要機(jī)械碾壓4遍。復(fù)壓時(shí)應(yīng)確保相鄰兩次碾壓的輪跡帶之間有10～20cm的重疊，且碾壓速度不宜大于3m/min，以此有效避免出現(xiàn)漏壓及碾壓速度過(guò)快導(dǎo)致路面壓實(shí)不足的現(xiàn)象。

3.4.3 終壓

為確保重交通混凝土橋面符合該工程施工要求及標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)初壓、復(fù)壓后采用雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行終壓。終壓時(shí)，路用環(huán)氧瀝青混合料溫度≥90℃，壓實(shí)遍數(shù)要不低于2遍，消除碾壓輪跡的同時(shí)，確保路面平整度達(dá)到要求。

4 結(jié)論

綜合上述分析可以得出，研究以路用環(huán)氧瀝青材料在重交通混凝土橋面工程施工進(jìn)行討論與分析，對(duì)其性能及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析后，論述了施工步驟及方案，根據(jù)上述研究得到如下研究結(jié)果：（1）研究選用62∶38路用環(huán)氧樹脂、固化劑及瀝青，6∶4瀝青與環(huán)氧體系設(shè)計(jì)出的環(huán)氧瀝青混凝土具備良好的高溫穩(wěn)定性及力學(xué)性能，滿足本次工程施工要求；（2）研究施工階段按照《公路工程瀝青及混合材料試驗(yàn)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)級(jí)配進(jìn)行確定后選取5.90%的最佳瀝青用量進(jìn)行施工應(yīng)用，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，路用環(huán)氧瀝青混凝土有助于提高鋪裝層穩(wěn)定性；（3）為提高路用環(huán)氧瀝青混凝土在橋面鋪裝施工中的質(zhì)量，在施工階段應(yīng)嚴(yán)格控制混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸及攤鋪等施工環(huán)節(jié)，明確施工要點(diǎn)，以此提高橋面施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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