环氧沥青混合料时温特性研究

赵 艳 玲

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司公路养护技术研发中心，辽宁 沈阳 110111)

1 概述

环氧沥青主要是由沥青、环氧树脂、固化剂等掺配而成的多相聚合物高分子材料[1]。制备时先将环氧树脂和沥青混合，再加入固化剂，固化反应后生成的固化物丧失了沥青的热塑性，并具有了全新的物理、力学性质[2]。与普通沥青混合料相比，环氧沥青混合料具有强度高、稳定性好、抗车辙能力强，耐疲劳性能好等特点[3]。

环氧沥青混合料作为高性能材料，在国外工程中已经得到了较为广泛的应用。国外从20世纪60年代起，研究并推广使用环氧沥青混合料。目前在加拿大、美国、澳大利亚等国家均广泛地将环氧沥青混合料应用于钢桥面铺装和重交通道路上[4]。

我国对环氧沥青混合料的研究，起始于20世纪90年代，经过众多科研单位和工程单位的不懈努力，目前已经形成环氧沥青混合料钢桥面铺装设计与施工成套技术。而路面用环氧沥青混合料的研究尚未成熟，在工程实体中的应用比较少。因而加强对路面用环氧沥青混合料的研究十分必要。

环氧沥青混合料是一种热固性材料，混合料混合后其粘度随时间增长，不同温度下混合料的粘度增长速度不同，相应的混合料的强度增长速度也不同，尤其是在夏季施工时，高温会使混合料迅速变粘，增加了施工控制的难度。所以研究不同温度下环氧沥青混合料的强度增长规律对于掌握混合料的允许施工时间，以及养生通车时间具有十分重要的意义。

2 配合比设计

环氧沥青选用日本产环氧沥青，粗集料选用辉绿岩集料，细集料为石灰岩集料，矿粉为石灰石矿粉，原材料各项物理、力学性能指标均满足规范要求。

环氧沥青混合料级配选用AC-13，经过配合比试验，选定混合料的配合比见表1,表2，最佳沥青用量为6%。

表1 环氧沥青混合料的配合比

表2 环氧沥青混合料的合成级配

3 环氧沥青混合料强度增长规律研究

采用无侧限抗压强度试验评价混合料在不同温度下强度随时间的变化规律。试验时将马歇尔试件放置在常温，40 ℃，60 ℃，80 ℃环境条件下养生不同时间，经60 ℃的恒温水槽保温40 min后，分别测试混合料在常温，40 ℃，60 ℃，80 ℃时的强度增长规律。

1)常温条件下环氧沥青混合料的强度增长规律。环氧沥青混合料AC-13马歇尔试件在常温下分别养生1 d/2 d/3 d/4 d，测试抗压强度，最终强度变化规律如图1所示。从试验结果看，常温下环氧沥青混合料AC-13的强度呈线性增长的规律，前一天的强度增长较快，增长到150.71 kN，此后强度均匀增长，第4天强度达到203.37 kN，但混合料仍未固化完全，混合料的强度还有增长的空间。

2)40 ℃条件下环氧沥青混合料的强度增长规律。环氧沥青混合料AC-13马歇尔试件在40 ℃下分别养生2 h/4 h/6 h/8 h/10 h/12 h/14 h，测试抗压强度，最终强度变化规律如图2所示。

从试验结果看，在40 ℃条件下，环氧沥青混合料AC-13的强度随时间的延长均匀增长，当养护时间超过12 h后，混合料的强度逐渐趋于稳定，14 h左右混合料基本固化完全，混合料强度达到184.01 MPa。

3)60 ℃条件下环氧沥青混合料AC-13的强度增长规律。环氧沥青混合料AC-13马歇尔试件在60 ℃下分别养生1 h/1.5 h/2 h/2.5 h/3 h/3.5 h/4 h，测试抗压强度，最终强度规律如图3所示。从试验结果看，在60 ℃条件下，环氧沥青混合料AC-13的强度随时间的延长逐渐增长，但增长趋势越来越缓慢，在3 h左右混合料基本固化，强度达到174.22 kN，此后时间再延长，强度趋于稳定。

4)80 ℃条件下环氧沥青混合料AC-13的强度增长规律。环氧沥青混合料AC-13马歇尔试件在80 ℃下分别养生1 h/1.5 h/2 h/2.5 h/3 h/3.5 h/4 h，测试抗压强度，最终强度规律如图4所示。从试验结果看，在80 ℃条件下，环氧沥青混合料AC-13的强度在前1.5 h内增长较快，并在2 h左右达到181.98 kN，此后时间再延长，混合料的强度不增反降，但这种降低的趋势在3 h左右趋于稳定。可见高温可以加速混合料的固化，使混合料的强度迅速增长，快速固化有利于降低施工风险，保证下一步施工的快速开展，但是当混合料在高温下的时间超过一定的限值，高温会使混合料变性，从而导致混合料的强度出现一定程度降低的现象，因此要控制好施工时的温度。

5)水泥替代矿粉后环氧沥青混合料在60 ℃条件下强度增长规律。由于水泥取材方便，且可以提高沥青与集料的粘附性，所以考虑将混合料中的矿粉用水泥来替代，本次试验所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。60 ℃养生条件下混合料的强度随时间变化规律见图5。从试验结果看， 60 ℃条件下，用水泥替代矿粉后，在前期环氧沥青混合料AC-13的强度变化规律相似，但强度值较用矿粉时降低，混合料同样是在3 h左右固化完全，随后混合料的强度在短时间内维持稳定，但在3.5 h之后再次呈现出增长的趋势。这可能是由于水泥水化硬化需要一定的时间，初期水泥强度低导致混合料的强度也低，待水泥水化硬化完全，水泥强度逐渐增长，混合料的强度也必然会增长。可见，用水泥代替矿粉是可行的。

6)水泥替代矿粉后环氧沥青混合料在80 ℃条件下强度增长规律。将混合料中的矿粉用水泥来替代，80 ℃养生条件下混合料的强度增长规律见图6。从试验结果看，80 ℃条件下，用水泥替代矿粉后，在前2 h内环氧沥青混合料AC-13的强度变化规律相似，总体来看强度值较用矿粉时降低，混合料同样在2 h左右固化完全，此后时间再延长，混合料的强度在经过一定的降低后短时内保持稳定，但在3.5 h后再次出现增长的趋势，前面已经提到过，这可能与水泥的水化硬化有关。

4 结语

1)环氧沥青混合料在常温条件下施工时，允许工作时间充足，40 ℃,60 ℃,80 ℃的养生条件完全固化的时间分别为14 h,3 h,2 h。2)高温可以加速混合料的固化，使混合料的强度迅速增长，有利于下一步施工的快速开展，但是温度超过80 ℃，高温会使混合料变性，从而导致混合料的强度出现一定程度降低的现象，因此要控制好施工时的温度。3)60 ℃,80 ℃养生条件下，用水泥替代矿粉后，前期环氧沥青混合料AC-13的强度变化规律相似，但强度值较用矿粉时有所降低，后期随着水泥水化硬化完全，混合料的强度值反而会出现升高的现象，证明用水泥代替矿粉是可行的。