環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工參數(shù)確定與檢測分析

李劍輝

摘要：文章分析了環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層的主要技術(shù)特點(diǎn)，確定了施工溫度、施工時(shí)間等環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工參數(shù)，分析了時(shí)溫對環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度的影響，討論了最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并通過某在建大橋環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工實(shí)踐，對橋面鋪裝層厚度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、混合料級配及層間結(jié)合情況進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明，各參數(shù)滿足規(guī)范要求，施工質(zhì)量合格。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧瀝青混合料;橋面鋪裝層;施工溫度;施工時(shí)間;時(shí)溫

0 引言

環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度高、剛性大，具有良好的抗腐蝕性、穩(wěn)定性和抗疲勞特性等優(yōu)秀的使用性能，在國內(nèi)橋梁鋪裝中得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，環(huán)氧瀝青混合料起源于美國和加拿大，并得到了廣泛的應(yīng)用。我國于20世紀(jì)90年代開始研究環(huán)氧瀝青混合料，在30年的研究中取得了大量的成果，并在我國多座橋梁進(jìn)行了應(yīng)用。目前，國內(nèi)橋面鋪裝層選用的環(huán)氧瀝青混合料多采用溫拌工藝，出料溫度必須控制在110℃～120℃，且施工時(shí)間不得超過50min，對施工條件要求苛刻，控制難度大，近年來普遍應(yīng)用熱拌環(huán)氧瀝青混合料。針對我國復(fù)雜的氣候條件，對環(huán)氧瀝青混合料施工提出了很多新的更高的要求。為了保證熱拌環(huán)氧瀝青混合料的施工質(zhì)量，在施工過程中對環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工溫度、施工時(shí)間、最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間等施工參數(shù)進(jìn)行檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證其適用性。

1 環(huán)氧瀝青混合料主要技術(shù)特點(diǎn)

1.1 熱固性

環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層屬于熱固性材料，其表面構(gòu)造與發(fā)展變化趨勢與普通瀝青混合料不同。環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層不會(huì)出現(xiàn)高溫車轍，在使用過程中也不會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步壓密。環(huán)氧瀝青鋪裝層采用密級配設(shè)計(jì)，初期構(gòu)造深度較小，微觀、細(xì)觀紋理良好，抗滑性能好。由于環(huán)氧瀝青混合料具有熱固性，在使用過程中不會(huì)產(chǎn)生壓密現(xiàn)象，當(dāng)鋪裝層表面的細(xì)料磨損后，粗集料露出形成良好的表面構(gòu)造。集料耐磨性越好，鋪裝層表面的抗滑性能越好。有學(xué)者將環(huán)氧瀝青橋面鋪裝層抗滑性能與SMA瀝青混合料做了對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青橋面鋪裝層抗滑性能逐年增強(qiáng)，而SMA瀝青混合料呈逐年下降趨勢。

1.2 空隙率較低

由于環(huán)氧瀝青混合料具有熱固性，混合料不需要預(yù)留瀝青熱脹孔隙，為了提高鋪裝層的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和耐久性，空隙率設(shè)計(jì)≤3%。因此，環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層基本上可以達(dá)到不透氣、不透水的要求，但當(dāng)有水或油進(jìn)入鋪裝層時(shí)，很容易出現(xiàn)空鼓病害。

1.3 非線性疲勞性能

通過四點(diǎn)疲勞試驗(yàn)，得出環(huán)氧瀝青疲勞特性具有明顯的非線性。當(dāng)?shù)陀谝欢ǖ膽?yīng)變水平時(shí)，環(huán)氧瀝青混合料的耐久性特征不再損傷。當(dāng)高出一定的應(yīng)變水平時(shí)，環(huán)氧瀝青混合料模量損傷加快。因此，在橋梁使用過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制車輛超載。

1.4 裂縫不能自修復(fù)

由于環(huán)氧瀝青具有熱固性，環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層出現(xiàn)裂縫后，不會(huì)自行修復(fù)，而普通瀝青混合料具有裂縫自修復(fù)性能。環(huán)氧瀝青混合料韌性強(qiáng)，開裂后不會(huì)出現(xiàn)快速松散、坑槽等病害，采取灌縫處理后一般可使用3年以上。

2 環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工參數(shù)確定

2.1施工溫度的確定

施工溫度直接影響環(huán)氧瀝青材料的黏度，進(jìn)而影響環(huán)氧瀝青混合料的施工和易性。為合理確定施工溫度，對環(huán)氧瀝青的溫度特性進(jìn)行了研究，并分別在不同的施工溫度下分析環(huán)氧瀝青材料的黏度，同時(shí)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析（如圖1所示）。

通過對圖1曲線變化情況分析可知，在一定的施工溫度下，環(huán)氧瀝青的黏度隨時(shí)間的增加而增加，20～40min黏度增長速度較快，且黏度增量與時(shí)間呈線性關(guān)系，40min以后黏度增長速度變緩。當(dāng)施工溫度為160℃時(shí)，由于溫度較低，降溫快，黏度增加速度較其他三個(gè)溫度條件增加要快。

考慮到環(huán)氧瀝青施工和易性的要求，混合料黏度最好不超過3000MPa·s，按照圖1曲線分析結(jié)果，環(huán)氧瀝青混合料施工溫度范圍應(yīng)選擇170℃～190℃?？紤]到施工溫度過高會(huì)造成瀝青老化，建議混合料施工溫度為170℃～180℃之間。

2.2 施工時(shí)間的確定

為提高橋面鋪裝層的使用壽命，本項(xiàng)目采用細(xì)粒式環(huán)氧瀝青混合料。但細(xì)粒式混合料會(huì)減小橋面鋪裝層表面構(gòu)造深度，進(jìn)而降低路面抗滑性能。綜合考慮橋面鋪裝層耐久性、抗滑性能要求，并兼顧鋪裝層恒載限制，本項(xiàng)目橋面鋪裝層環(huán)氧瀝青混合料級配選擇如表1所示。

按混合料配合比設(shè)計(jì)配制環(huán)氧瀝青混合料，制作馬歇爾試件，并充分考慮施工現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)室之間的環(huán)境差異，對馬歇爾試件的各方面性能進(jìn)行全面分析，確定混合料最佳油石比為7.2%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

空隙率及穩(wěn)定度是影響環(huán)氧瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選用。按照相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，環(huán)氧瀝青混合料固化試件的空隙率≤3%，穩(wěn)定度≥40kN。結(jié)合上述施工溫度相關(guān)研究結(jié)果，環(huán)氧瀝青混合料最佳施工溫度范圍為170℃～180℃，本項(xiàng)目研究中選擇175℃。通過馬歇爾試驗(yàn)研究確定混合料的最佳施工時(shí)間，結(jié)合實(shí)際施工過程，環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工時(shí)間范圍為30～120min。分別將制作好的馬歇爾試件放入175℃的烘箱中保溫一定時(shí)間后進(jìn)行擊實(shí)，成型后放入175℃的烘箱中養(yǎng)護(hù)2h，分別檢測空隙率和穩(wěn)定度，并分別繪制隨時(shí)間變化曲線，如圖2和圖3所示。

分析圖2變化曲線可知，時(shí)間為30min時(shí)，空隙率檢測值為2.4%;時(shí)間為120min時(shí)，空隙率檢測值為3.0%，滿足規(guī)范要求的≤3%的要求。分析圖3變化曲線可知，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為30min時(shí)，穩(wěn)定度檢測值為49kN;養(yǎng)護(hù)時(shí)間為110min時(shí)，穩(wěn)定度檢測值達(dá)到最大，約為101kN;時(shí)間超過110min后，穩(wěn)定度檢測值有所下降，120min時(shí)檢測值為97kN。因此，施工時(shí)間不得超過120min，此時(shí)空隙率和穩(wěn)定度均滿足要求，且混合料施工時(shí)間最長可達(dá)到120min。綜合考慮各方面因素的影響，橋面鋪裝層環(huán)氧瀝青混合料施工最佳時(shí)間范圍為40～120min。

2.3 時(shí)間和溫度對TAF環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度的影響

為確定時(shí)間和溫度對環(huán)氧瀝青混合料強(qiáng)度的影響，選取175℃混合料作為試驗(yàn)對象，制作試件，分別保溫30min、60min、90min、120min，并對混合料強(qiáng)度和穩(wěn)定度等指標(biāo)進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果如表3所示。

分析表3數(shù)據(jù)可知，相同溫度的環(huán)氧瀝青混合料，保溫時(shí)間長短對混合料強(qiáng)度的影響較小。為了保證環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層壓實(shí)質(zhì)量，防止溫度下降造成鋪裝層壓實(shí)不足，施工中應(yīng)盡快完成碾壓工作。

2.4 最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間確定

環(huán)氧瀝青混合料最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間的確定與其強(qiáng)度隨時(shí)間的增長規(guī)律有關(guān)，可通過試驗(yàn)確定。與普通瀝青混合料不同，環(huán)氧瀝青混合料應(yīng)根據(jù)混合料強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律確定最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間。選取有代表性的環(huán)氧瀝青混合料，出料溫度為175℃，施工時(shí)間為40～120min，制作馬歇爾試件并在常溫下養(yǎng)護(hù)7d，同時(shí)在養(yǎng)護(hù)期間檢測混合料的毛體積密度、空隙率及劈裂抗拉強(qiáng)度，分析混合料強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增長規(guī)律。檢測數(shù)據(jù)見表4。

分析表4數(shù)據(jù)可知，空隙率和毛體積密度受養(yǎng)護(hù)溫度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間影響很小，混合料強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間不斷增長，且前4d增長快，后期放緩。常溫下養(yǎng)護(hù)4d后馬歇爾試件達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，綜合考慮各方面影響因素，環(huán)氧瀝青混合料常溫下最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間確定為4d。

3 施工質(zhì)量檢測結(jié)果分析

3.1 依托項(xiàng)目概況

某橋梁是城市快速路改造項(xiàng)目中的一座大橋，橋梁全長426m，橋面設(shè)計(jì)寬度為39m，采用雙向通車，為鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁。箱梁施工采用懸臂掛籃施工，最大跨度達(dá)到128m。橋面鋪裝層設(shè)計(jì)采用環(huán)氧瀝青混合料。施工前通過試驗(yàn)確定施工參數(shù)，并對鋪裝層混合料級配進(jìn)行優(yōu)化（EA-10優(yōu)），完工后對構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行檢測，保證施工質(zhì)量。橋梁施工期為夏季，該地區(qū)夏季最高氣溫為37.6℃，歷史最低氣溫為-4℃，月平均最高氣溫為27.3℃，橋面鋪裝層材料設(shè)計(jì)溫度為-6℃～64℃。

3.2 橋面檢測結(jié)果分析

橋梁施工過程中，選取橋梁合龍段左右各50m，15m寬的環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層作為試驗(yàn)路段，分別對橋面鋪裝層厚度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、混合料級配及層間結(jié)合情況進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果詳見表5。

通過對表5數(shù)據(jù)分析可知，級配優(yōu)化后的環(huán)氧瀝青混合料鋪裝層構(gòu)造深度和抗滑系數(shù)都有一定程度的提高，分別由原來的0.42、48提高到0.55、61，達(dá)到了規(guī)范要求。檢測結(jié)果表明，層間結(jié)合效果良好，綜合說明橋面鋪裝層施工質(zhì)量合格。

4 結(jié)語

本文基于某大橋環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層施工實(shí)踐，建立試驗(yàn)段確定施工溫度、施工時(shí)間、最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間等施工技術(shù)參數(shù)，并對施工后各參數(shù)進(jìn)行檢測，得出以下結(jié)論：

（1）通過試驗(yàn)分析不同溫度下環(huán)氧瀝青混合料黏度隨時(shí)間的變化規(guī)律，得出混合料施工溫度在170℃～180℃之間。

（2）在175℃溫度下通過馬歇爾試驗(yàn)確定空隙率和穩(wěn)定度隨時(shí)間的變化規(guī)律，分析后確定混合料的最佳施工時(shí)間范圍為40～120min。

（3）選取175℃的環(huán)氧瀝青混合料，制作馬歇爾試件并在常溫下養(yǎng)護(hù)7d，觀察混合料強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況，確定最佳養(yǎng)護(hù)時(shí)間為4d。

（4）對試驗(yàn)段完工后的橋面鋪裝層厚度、構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、混合料級配及層間結(jié)合情況進(jìn)行檢測。試驗(yàn)結(jié)果表明，各指標(biāo)滿足規(guī)范要求，施工質(zhì)量合格。[JP]

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