后摻法環(huán)氧瀝青混合料多性能試驗(yàn)研究

史 芳

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南 714000)

環(huán)氧瀝青從根本上改變了瀝青的熱塑性本質(zhì),擴(kuò)大了瀝青的使用溫度范圍,并在某種程度上延長(zhǎng)了路面的使用壽命[1]。但是常規(guī)的環(huán)氧瀝青混凝土施工工藝存在一些缺陷,比如施工技術(shù)復(fù)雜,混合料對(duì)環(huán)境、拌合溫度、運(yùn)輸時(shí)間要求苛刻,成本高昂,應(yīng)用范圍受到限制,主要應(yīng)用于大跨徑鋼橋面鋪裝[2-3]。

為了解決環(huán)氧瀝青混合料應(yīng)用范圍受限的問題,進(jìn)一步擴(kuò)大其推廣和應(yīng)用,本文提出了一種新的環(huán)氧瀝青混凝土施工工藝,并對(duì)采用該施工工藝制備的環(huán)氧瀝青混合料的蠕變和松弛特性、疲勞特性、耐腐蝕性能以及熱固性能展開試驗(yàn)研究。

1 環(huán)氧瀝青混合料“后摻法”施工工藝

“后摻法”施工工藝是針對(duì)環(huán)氧瀝青常規(guī)施工方法的缺陷提出的一種新的施工方法。該方法的基本原理是：將環(huán)氧瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的組分A和B分兩步添加,摻量大的組分B與粗細(xì)集料和礦粉廠拌,環(huán)氧瀝青混合料前驅(qū)體運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后,采用專用攤鋪設(shè)備準(zhǔn)確、智能地將組分A呈霧狀添加并攤鋪碾壓。

該方法可減少拌和過程中等料、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)待料等環(huán)節(jié)的影響,施工所需時(shí)間不到10 min,極大地縮短了施工周期,解決了混合料對(duì)施工時(shí)間和溫度要求苛刻的問題,大幅度降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),降低了施工成本。

2 原材料指標(biāo)

環(huán)氧瀝青采用雙組分環(huán)氧瀝青,組分A、B的質(zhì)量比為100∶900,其相關(guān)性能指標(biāo)測(cè)試值見表1。

表1 環(huán)氧瀝青主要參數(shù)

礦料要求干凈、堅(jiān)硬、耐磨且非酸性。因此粗集料選用玄武巖,細(xì)集料選用石灰?guī)r,礦粉選用石灰?guī)r自制礦粉,所選礦料滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40—2004)》[4]中的要求。

3 多性能試驗(yàn)研究

3.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)模量可以描述環(huán)氧瀝青的粘彈性性質(zhì)和破壞特征,反映其蠕變和松弛特性[5]。因此,本文采用動(dòng)態(tài)伺服液壓瀝青混合料試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)“后摻法”環(huán)氧瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定和對(duì)比。試驗(yàn)溫度選定-10℃、5℃、20℃、50℃；加載頻率選定0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、25 Hz。圖1為不同溫度條件下,兩種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量變化曲線。

圖1 不同溫度條件下兩種瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量曲線

從圖1中可知：1)溫度和頻率對(duì)后摻法環(huán)氧瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響規(guī)律相同,兩者的動(dòng)態(tài)模量隨溫度的升高和加載頻率的降低而減小,且溫度較高時(shí),呈現(xiàn)明顯的粘彈性特征。2)高溫、低頻條件下,后摻法環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量約是SBS改性瀝青混合料的10倍,表明環(huán)氧瀝青混合料具有優(yōu)越的高溫性能。3)低溫、低頻條件下,雖然后摻法環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量?jī)H為SBS改性瀝青混合料的1.5倍,但其動(dòng)態(tài)模量的差值比例在逐漸減小,表明環(huán)氧瀝青混凝土具有良好的低溫性能及較小的溫度敏感性。

3.2 疲勞特性模擬測(cè)試

了解瀝青混合料的疲勞特性,對(duì)于改進(jìn)瀝青路面設(shè)計(jì)方案,及時(shí)養(yǎng)護(hù)維修路面具有重要意義。因此,本文采用基于加速加載試驗(yàn)的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)方法。

采用室內(nèi)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)備將環(huán)氧瀝青混合料成型為圓柱形試件(d=150 mm,h=100 mm),然后再切割成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,選取試件中部橫斷面,采用MMLS3加速加載設(shè)備在60℃浸水條件下進(jìn)行加速加載試驗(yàn)。進(jìn)行加速加載試驗(yàn)時(shí),輪胎壓力為0.7 MPa,試驗(yàn)頻率26.67 Hz。設(shè)定測(cè)點(diǎn)數(shù)200個(gè),加載至5 000次時(shí)測(cè)量試件斷面數(shù)據(jù)作為初始讀數(shù),后續(xù)采集3.75、10、30萬次。加速加載試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 加速加載試驗(yàn)結(jié)果

從圖2中可以看出,在60℃浸水試驗(yàn)條件下,加速加載作用3.75、10、30萬次時(shí),后摻法環(huán)氧瀝青混凝土試件除兩端外的變形基本重合,且未出現(xiàn)掉渣及脫粒現(xiàn)象。表明后摻法環(huán)氧瀝青混凝土即使在浸水條件下,仍具有良好的抗車轍能力及抗水損害能力。

3.3 耐腐蝕性和熱固性測(cè)試

為了研究環(huán)氧瀝青混合料的耐腐蝕性及熱固性,制備兩組環(huán)氧瀝青混合料小梁試件分別進(jìn)行試驗(yàn)。

3.3.1 耐腐蝕性測(cè)試試驗(yàn)

將制備的一組小梁試件放入60℃煤油里浸泡7 d,見圖3。

圖3 試件耐腐蝕性測(cè)試試驗(yàn)

7 d后觀察可以看出：浸泡后的小梁試件外觀完整,表面顏色未發(fā)生明顯變化,瀝青膜無明顯稀釋和溶解,無掉渣及脫?，F(xiàn)象,說明環(huán)氧瀝青具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能。

3.3.2 熱固性測(cè)試試驗(yàn)

將制備的一組小梁試件放置于240℃的烘箱內(nèi)烘烤4 h,見圖4a),取出后觀察到：小梁試件外觀完整,用紙巾擦試表面未變黑,瀝青未析出。然后,將該小梁試件放置于燃燒爐進(jìn)行燃燒試驗(yàn),見圖4b)。當(dāng)燃燒爐內(nèi)溫度達(dá)430℃時(shí),取出觀察看到：該小梁試件仍未出現(xiàn)坍塌及變形,說明環(huán)氧瀝青具有良好的熱固性。

通過后摻法環(huán)氧瀝青小梁試件的煤油浸泡試驗(yàn)和高溫燃燒試驗(yàn)可知,環(huán)氧瀝青混合料同時(shí)兼具優(yōu)異的耐腐蝕性能和熱固性。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)針對(duì)環(huán)氧瀝青混合料常規(guī)施工方法的缺陷,本文有針對(duì)性地提出了一種新的施工方法“后摻法”,該方法的特點(diǎn)是將組分A和組分B分兩步添加,制備的混合料中組分A摻量較低。

圖4 耐腐蝕性和熱固性直觀測(cè)試試驗(yàn)

2)通過對(duì)后摻法環(huán)氧瀝青混合料的蠕變和松弛特性、疲勞特性、耐腐蝕性能以及熱固性能的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明后摻法環(huán)氧瀝青混合料具備優(yōu)異的高溫和低溫性能、抗車轍能力和抗水損害能力以及耐腐蝕性能等。