趙映琴,封志佼,張林艷,封基良,蔡建偉

(1.云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院,云南 昆明 650000; 2.云南暢坦科技有限公司,云南 昆明 650012;3.云南武倘尋高速建設(shè)指揮部,云南 昆明 650000)

環(huán)氧瀝青混凝土是一種聚合物混凝土,主要由環(huán)氧瀝青膠結(jié)料及級(jí)配礦料拌合而成。自1967年美國(guó)San Mateo-Hayward跨海大橋首次采用環(huán)氧瀝青混合料鋪筑以來(lái),由于其優(yōu)良性能,在大跨徑鋼橋面、特殊路段、重載交通路段得到了廣泛應(yīng)用[1-6]。但環(huán)氧瀝青混合料可容許施工時(shí)間較短,溫拌型(溫度110～130℃)環(huán)氧瀝青混合料施工可容許時(shí)間一般≤90min[6-9],熱拌型(溫度160～180℃)環(huán)氧瀝青混合料一般≤150min[8-9]。采用現(xiàn)有施工工藝,固化反應(yīng)貫穿于混合料拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓及養(yǎng)生等整個(gè)環(huán)節(jié),在容留時(shí)間內(nèi)必須完成除養(yǎng)生外的所有工序,因容留時(shí)間產(chǎn)生的施工風(fēng)險(xiǎn)較高。已有工程經(jīng)驗(yàn)表明,我國(guó)環(huán)氧瀝青鋪裝完全成功率較低,主要原因之一為碾壓未完成前,環(huán)氧瀝青混合料發(fā)生了容留[10]。

目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)環(huán)氧瀝青混凝土施工工藝的研究已取得豐碩的研究成果?？宏?yáng)等[11]、王澤勇等[12]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將瀝青進(jìn)行順酐化處理后,所制備的環(huán)氧瀝青及其混合料會(huì)具備更優(yōu)的力學(xué)性能;黃紅明等[13]、劉攀等[14]研究發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青固化反應(yīng)速率受溫度、時(shí)間影響較大,其施工過(guò)程是一個(gè)技術(shù)含量較高、對(duì)施工時(shí)間及施工溫度控制要求極為嚴(yán)苛的動(dòng)態(tài)工程;陳磊磊等[15]對(duì)環(huán)氧瀝青混合料施工各環(huán)節(jié)注意事項(xiàng)做出明確要求。

為解決環(huán)氧瀝青可容許施工時(shí)間短的難題,通過(guò)對(duì)現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝的分析、研究,提出了將環(huán)氧瀝青B組分、A組分分別在拌合站及攤鋪過(guò)程中添加的后摻法環(huán)氧瀝青混合料施工工藝[16]。對(duì)室內(nèi)模擬后摻法工藝制備的環(huán)氧瀝青混合料路用性能及長(zhǎng)期使用性能進(jìn)行研究,并結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)攤鋪過(guò)程中A組分添加準(zhǔn)確性及均勻性、實(shí)體工程鋪筑效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 現(xiàn)行施工工藝分析

現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝工序?yàn)榄h(huán)氧瀝青混合料拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓及養(yǎng)護(hù):①在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后,分別加熱儲(chǔ)存罐內(nèi)環(huán)氧瀝青B組分及A組分;②將環(huán)氧瀝青B組分與A組分按比例混合均勻,制備得到環(huán)氧瀝青;③生產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料,并采用自卸汽車將混合料成品運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場(chǎng),及時(shí)進(jìn)行攤鋪、碾壓;④進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。工藝流程如圖1所示。由于環(huán)氧瀝青B組分與A組分接觸后固化反應(yīng)即發(fā)生,通過(guò)對(duì)現(xiàn)行工藝施工流程的分析可以得出,在混合料容留時(shí)間內(nèi)需完成除養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)外的其余工序,即使不考慮拌合及運(yùn)輸過(guò)程中存在的不確定性因素,除去拌合、運(yùn)輸及待料等所需時(shí)間外,容留時(shí)間內(nèi)留給攤鋪及碾壓環(huán)節(jié)的時(shí)間也較短,施工風(fēng)險(xiǎn)較高、質(zhì)量隱患較大。

圖1 現(xiàn)行環(huán)氧瀝青混合料施工工藝流程

2 后摻法施工工藝

環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝流程如圖2所示?；玖鞒虨?在瀝青拌合站拌制環(huán)氧瀝青B組分混合料,并將其運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場(chǎng),在攤鋪過(guò)程中采用專用攤鋪機(jī)以霧狀方式準(zhǔn)確添加A組分,并通過(guò)專用攤鋪機(jī)的二次拌合功能將環(huán)氧瀝青B組分混合料與A組分拌合均勻,再進(jìn)行碾壓、養(yǎng)生。該工藝有效延緩了環(huán)氧瀝青B組分、A組分接觸時(shí)間,在混合料容留時(shí)間范圍內(nèi)只需完成攤鋪及碾壓環(huán)節(jié),節(jié)省了拌合、運(yùn)料、待料等環(huán)節(jié)所占用的容留時(shí)間,有效延長(zhǎng)了攤鋪及碾壓環(huán)節(jié)可容許施工時(shí)間,可有效降低因可容許施工時(shí)間短產(chǎn)生的施工風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 后摻法環(huán)氧瀝青混合料施工工藝流程

3 混合料路用性能及長(zhǎng)期使用性能研究

采用經(jīng)檢驗(yàn)合格的云南某科技有限公司生產(chǎn)的雙組分環(huán)氧瀝青,粒徑為4.75～9.5,9.5～13.2mm玄武巖粗集料,粒徑為0～4.75mm石灰?guī)r細(xì)集料、礦粉。在室內(nèi)模擬后摻法工藝制備環(huán)氧瀝青EAC-13混合料,礦料級(jí)配如圖3所示,總油石比為5.8%,其中,B組分油石比為5.1%?；旌狭现苽浞椒?首先將集料及環(huán)氧瀝青B組分分別加熱至120℃,然后將加熱后的集料、B組分及未經(jīng)加熱的礦粉倒入拌合鍋攪拌2min,最后按A組分∶B組分=100∶730比例添加A組分,再次拌合120s。按規(guī)范制件方法成型馬歇爾試件、車轍試件及加速加載試件,并置于120℃烘箱中養(yǎng)生固化,測(cè)試混合料路用性能,結(jié)果如表1所示。采用小型加速加載設(shè)備MMLS-1/3測(cè)試長(zhǎng)期使用性能,試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表2所示,試驗(yàn)后車轍深度與加載次數(shù)關(guān)系如圖4所示。

表1 后摻法EAC-13混合料路用性能指標(biāo)

表2 加速加載試驗(yàn)參數(shù)

圖3 EAC-13混合料級(jí)配曲線

圖4 加速加載試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知,混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)23 415次/mm,殘留穩(wěn)定度為95.2%,凍融劈裂強(qiáng)度比為90.2%,-15℃溫度下彎拉應(yīng)變?yōu)? 237,表明采用后摻法制備的環(huán)氧瀝青混合料具備良好的路用性能。由圖4可知,該環(huán)氧瀝青鋪裝層早期變形會(huì)隨著車輛加載作用次數(shù)的增加而加劇,隨后趨于穩(wěn)定,加載40萬(wàn)次后,最大車轍深度僅為0.22mm,表明了混合料具備較好的長(zhǎng)期使用性能。

4 專用攤鋪機(jī)

后摻法施工工藝需在攤鋪現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)A組分準(zhǔn)確添加及計(jì)量,并將所添加A組分與B組分混合料拌合均勻的目的。為解決這一技術(shù)性難題,研制了環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝專用攤鋪機(jī)[17]。該攤鋪機(jī)左、右兩側(cè)各配備1個(gè)樹脂罐,罐內(nèi)A組分靠液壓電機(jī)輸出,動(dòng)力由攤鋪機(jī)提供,輸出管道分為2個(gè)口,1個(gè)接回樹脂罐配有止回閥,另一個(gè)出口接噴灑管,噴灑管固定于攤鋪機(jī)進(jìn)料門后料倉(cāng)上方,噴灑管上布設(shè)4個(gè)噴頭以實(shí)現(xiàn)A組分霧狀添加,樹脂輸出管道上配備有壓力表、流量計(jì)及溫度傳感器等裝置,流量及樹脂溫度與攤鋪機(jī)顯示屏串聯(lián),使用過(guò)程中能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,噴灑管后安裝有兩級(jí)強(qiáng)制攪拌裝置以實(shí)現(xiàn)A組分及B組分混合料的均勻拌合。噴灑管道系統(tǒng)如圖5所示,噴灑及攪拌裝置如圖6所示,專用攤鋪機(jī)如圖7所示。

圖5 噴灑管道

圖6 攪拌及噴灑裝置

圖7 后摻法專用攤鋪機(jī)

5 工程應(yīng)用

2020年11月,云南都香高速荒沖大橋鋼箱梁橋面環(huán)氧瀝青混合料鋪筑采用后摻法施工工藝。

5.1 原材料及配合比

環(huán)氧瀝青采用云南某科技有限公司生產(chǎn)的雙組分環(huán)氧瀝青,環(huán)氧瀝青B組分、A組分單獨(dú)儲(chǔ)存,A組分∶B組分=100∶730,粗集料為玄武巖,細(xì)集料為機(jī)制砂,集料及礦粉都經(jīng)檢驗(yàn)合格。級(jí)配采用EAC-13,按JTG/T 3346—02—2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證,礦料比例為1號(hào)(11～18mm)∶2號(hào)(7～11mm)∶3號(hào)(4～7mm)∶4號(hào)(0～4mm)∶礦粉=30∶26∶8∶30∶6,總油石比為5.5%,B組分油石比為4.8%。級(jí)配曲線如圖8所示,驗(yàn)證結(jié)果如表3所示。

表3 EAC-13混合料路用性能指標(biāo)

圖8 EAC-13混合料生產(chǎn)級(jí)配曲線

5.2 A組分摻量控制及檢驗(yàn)

1)摻量控制

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,采用式(1)計(jì)算攤鋪機(jī)左、右兩側(cè)添加的樹脂流量,并在攤鋪過(guò)程中通過(guò)固定攤鋪機(jī)攤鋪速度減少變量降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn),在實(shí)施過(guò)程中通過(guò)攤鋪一定距離所用的樹脂量及每車混合料攤鋪完成所用樹脂量進(jìn)行校核并及時(shí)糾偏。在不同斷面位置上于攤鋪過(guò)程中螺旋布料器不同部位取樣并現(xiàn)場(chǎng)成型馬歇爾試件,運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)生固化后測(cè)試其空隙率、穩(wěn)定度,計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差,并以現(xiàn)場(chǎng)制件馬歇爾穩(wěn)定度及實(shí)驗(yàn)室制件馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比反映A組分添加的準(zhǔn)確性,以現(xiàn)場(chǎng)制件馬歇爾穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)差反映A組分添加的均勻性。

Q=500hdρυPA/ρA

(1)

式中:Q為攤鋪機(jī)每側(cè)樹脂流量(L/min);h為路面攤鋪厚度(m);d為路面攤鋪寬度(m);ρ為環(huán)氧瀝青混合料毛體積密度(kg/m3);υ為攤鋪機(jī)攤鋪速度(m/min);PA為A組分占環(huán)氧瀝青混合料的質(zhì)量百分比(%);ρA為環(huán)氧樹脂在攤鋪溫度時(shí)的密度(kg/m3)。

2)準(zhǔn)確性及均勻性檢驗(yàn)

攤鋪過(guò)程中于攤鋪機(jī)螺旋布料器不同部位取樣并現(xiàn)場(chǎng)成型馬歇爾試件。運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)生固化后測(cè)試其指標(biāo),結(jié)果如圖9所示。

圖9 攤鋪機(jī)螺旋布料器不同位置取樣制件測(cè)試結(jié)果

由圖9可知,馬歇爾試件最大穩(wěn)定度為77kN,最小穩(wěn)定度為68kN,穩(wěn)定度變異系數(shù)為4.3%;空隙率最大為2.7%,最小為2.0%,空隙率變異系數(shù)為10.9%,表明該專用攤鋪機(jī)A組分添加準(zhǔn)確且具備較好的二次攪拌分散能力。

5.3 鋪筑效果檢測(cè)

施工完成后,根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如表4所示,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG F80/1—2017《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》及設(shè)計(jì)要求。

表4 鋼箱梁橋面指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)40萬(wàn)次加速加載試驗(yàn)后,后摻法環(huán)氧瀝青混合料最大車轍深度僅為0.22mm,試件表面完整,僅有少數(shù)集料顆粒瀝青膜脫落。后摻法環(huán)氧瀝青混合料具備較好的路用性能及長(zhǎng)期使用性能。

2)由攤鋪過(guò)程中攤鋪機(jī)不同部位取樣制件試件測(cè)試結(jié)果可知,穩(wěn)定度變異系數(shù)為4.3%、空隙率變異系數(shù)為10.9%,表明改造后的攤鋪機(jī)能很好地滿足后摻法施工工藝對(duì)攤鋪機(jī)性能的需求。

3)實(shí)體工程鋪筑表明,環(huán)氧瀝青混合料后摻法施工工藝有效解決了因容留時(shí)間限制產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題,具備較好的可實(shí)施性,可將其應(yīng)用于環(huán)氧瀝青混凝土鋪筑工程。