环氧沥青混合料桥面铺装层施工参数确定与检测分析

2020-03-01李剑辉

西部交通科技 2020年7期

李剑辉

摘要：文章分析了环氧沥青混合料铺装层的主要技术特点，确定了施工温度、施工时间等环氧沥青混合料桥面铺装层施工参数，分析了时温对环氧沥青混合料强度的影响，讨论了最佳养护时间，并通过某在建大桥环氧沥青混合料桥面铺装层施工实践，对桥面铺装层厚度、构造深度、摩擦系数、混合料级配及层间结合情况进行检测分析。结果表明，各参数满足规范要求，施工质量合格。

关键词：环氧沥青混合料;桥面铺装层;施工温度;施工时间;时温

0 引言

环氧沥青混合料强度高、刚性大，具有良好的抗腐蚀性、稳定性和抗疲劳特性等優秀的使用性能，在国内桥梁铺装中得到了广泛的应用。20世纪60年代，环氧沥青混合料起源于美国和加拿大，并得到了广泛的应用。我国于20世纪90年代开始研究环氧沥青混合料，在30年的研究中取得了大量的成果，并在我国多座桥梁进行了应用。目前，国内桥面铺装层选用的环氧沥青混合料多采用温拌工艺，出料温度必须控制在110℃～120℃，且施工时间不得超过50min，对施工条件要求苛刻，控制难度大，近年来普遍应用热拌环氧沥青混合料。针对我国复杂的气候条件，对环氧沥青混合料施工提出了很多新的更高的要求。为了保证热拌环氧沥青混合料的施工质量，在施工过程中对环氧沥青混合料桥面铺装层施工温度、施工时间、最佳养护时间等施工参数进行检测，并对检测结果进行分析，验证其适用性。

1 环氧沥青混合料主要技术特点

1.1 热固性

环氧沥青混合料铺装层属于热固性材料，其表面构造与发展变化趋势与普通沥青混合料不同。环氧沥青混合料铺装层不会出现高温车辙，在使用过程中也不会产生进一步压密。环氧沥青铺装层采用密级配设计，初期构造深度较小，微观、细观纹理良好，抗滑性能好。由于环氧沥青混合料具有热固性，在使用过程中不会产生压密现象，当铺装层表面的细料磨损后，粗集料露出形成良好的表面构造。集料耐磨性越好，铺装层表面的抗滑性能越好。有学者将环氧沥青桥面铺装层抗滑性能与SMA沥青混合料做了对比试验，发现环氧沥青桥面铺装层抗滑性能逐年增强，而SMA沥青混合料呈逐年下降趋势。

1.2 空隙率较低

由于环氧沥青混合料具有热固性，混合料不需要预留沥青热胀孔隙，为了提高铺装层的强度、水稳定性和耐久性，空隙率设计≤3%。因此，环氧沥青混合料铺装层基本上可以达到不透气、不透水的要求，但当有水或油进入铺装层时，很容易出现空鼓病害。

1.3 非线性疲劳性能

通过四点疲劳试验，得出环氧沥青疲劳特性具有明显的非线性。当低于一定的应变水平时，环氧沥青混合料的耐久性特征不再损伤。当高出一定的应变水平时，环氧沥青混合料模量损伤加快。因此，在桥梁使用过程中，应严格控制车辆超载。

1.4 裂缝不能自修复

由于环氧沥青具有热固性，环氧沥青混合料铺装层出现裂缝后，不会自行修复，而普通沥青混合料具有裂缝自修复性能。环氧沥青混合料韧性强，开裂后不会出现快速松散、坑槽等病害，采取灌缝处理后一般可使用3年以上。

2 环氧沥青混合料桥面铺装层施工参数确定

2.1施工温度的确定

施工温度直接影响环氧沥青材料的黏度，进而影响环氧沥青混合料的施工和易性。为合理确定施工温度，对环氧沥青的温度特性进行了研究，并分别在不同的施工温度下分析环氧沥青材料的黏度，同时收集数据进行对比分析（如图1所示）。

通过对图1曲线变化情况分析可知，在一定的施工温度下，环氧沥青的黏度随时间的增加而增加，20～40min黏度增长速度较快，且黏度增量与时间呈线性关系，40min以后黏度增长速度变缓。当施工温度为160℃时，由于温度较低，降温快，黏度增加速度较其他三个温度条件增加要快。

考虑到环氧沥青施工和易性的要求，混合料黏度最好不超过3000MPa·s，按照图1曲线分析结果，环氧沥青混合料施工温度范围应选择170℃～190℃。考虑到施工温度过高会造成沥青老化，建议混合料施工温度为170℃～180℃之间。

2.2 施工时间的确定

为提高桥面铺装层的使用寿命，本项目采用细粒式环氧沥青混合料。但细粒式混合料会减小桥面铺装层表面构造深度，进而降低路面抗滑性能。综合考虑桥面铺装层耐久性、抗滑性能要求，并兼顾铺装层恒载限制，本项目桥面铺装层环氧沥青混合料级配选择如表1所示。

按混合料配合比设计配制环氧沥青混合料，制作马歇尔试件，并充分考虑施工现场与实验室之间的环境差异，对马歇尔试件的各方面性能进行全面分析，确定混合料最佳油石比为7.2%，试验数据见表2。

空隙率及稳定度是影响环氧沥青混合料配合比设计的重要指标，应根据设计要求进行选用。按照相关规范设计要求，环氧沥青混合料固化试件的空隙率≤3%，稳定度≥40kN。结合上述施工温度相关研究结果，环氧沥青混合料最佳施工温度范围为170℃～180℃，本项目研究中选择175℃。通过马歇尔试验研究确定混合料的最佳施工时间，结合实际施工过程，环氧沥青混合料桥面铺装层施工时间范围为30～120min。分别将制作好的马歇尔试件放入175℃的烘箱中保温一定时间后进行击实，成型后放入175℃的烘箱中养护2h，分别检测空隙率和稳定度，并分别绘制随时间变化曲线，如图2和图3所示。

分析图2变化曲线可知，时间为30min时，空隙率检测值为2.4%;时间为120min时，空隙率检测值为3.0%，满足规范要求的≤3%的要求。分析图3变化曲线可知，养护时间为30min时，稳定度检测值为49kN;养护时间为110min时，稳定度检测值达到最大，约为101kN;时间超过110min后，稳定度检测值有所下降，120min时检测值为97kN。因此，施工时间不得超过120min，此时空隙率和稳定度均满足要求，且混合料施工时间最长可达到120min。综合考虑各方面因素的影响，桥面铺装层环氧沥青混合料施工最佳时间范围为40～120min。

2.3 时间和温度对TAF环氧沥青混合料强度的影响

为确定时间和温度对环氧沥青混合料强度的影响，选取175℃混合料作为试验对象，制作试件，分别保温30min、60min、90min、120min，并对混合料强度和稳定度等指标进行检测。检测结果如表3所示。

分析表3数据可知，相同温度的环氧沥青混合料，保温时间长短对混合料强度的影响较小。为了保证环氧沥青混合料桥面铺装层压实质量，防止温度下降造成铺装层压实不足，施工中应尽快完成碾压工作。

2.4 最佳养护时间确定

环氧沥青混合料最佳养护时间的确定与其强度随时间的增长规律有关，可通过试验确定。与普通沥青混合料不同，环氧沥青混合料应根据混合料强度随时间的变化规律确定最佳养护时间。选取有代表性的环氧沥青混合料，出料温度为175℃，施工时间为40～120min，制作马歇尔试件并在常温下养护7d，同时在养护期间检测混合料的毛体积密度、空隙率及劈裂抗拉强度，分析混合料强度随养护时间的增长规律。检测数据见表4。

分析表4数据可知，空隙率和毛体积密度受养护温度和养护时间影响很小，混合料强度随养护时间不断增长，且前4d增长快，后期放缓。常温下养护4d后马歇尔试件达到了设计强度，综合考虑各方面影响因素，环氧沥青混合料常温下最佳养护时间确定为4d。

3 施工质量检测结果分析

3.1 依托项目概况

某桥梁是城市快速路改造项目中的一座大桥，桥梁全长426m，橋面设计宽度为39m，采用双向通车，为钢筋混凝土现浇箱梁。箱梁施工采用悬臂挂篮施工，最大跨度达到128m。桥面铺装层设计采用环氧沥青混合料。施工前通过试验确定施工参数，并对铺装层混合料级配进行优化（EA-10优），完工后对构造深度、摩擦系数等指标进行检测，保证施工质量。桥梁施工期为夏季，该地区夏季最高气温为37.6℃，历史最低气温为-4℃，月平均最高气温为27.3℃，桥面铺装层材料设计温度为-6℃～64℃。

3.2 桥面检测结果分析

桥梁施工过程中，选取桥梁合龙段左右各50m，15m宽的环氧沥青混合料铺装层作为试验路段，分别对桥面铺装层厚度、构造深度、摩擦系数、混合料级配及层间结合情况进行检测。检测结果详见表5。

通过对表5数据分析可知，级配优化后的环氧沥青混合料铺装层构造深度和抗滑系数都有一定程度的提高，分别由原来的0.42、48提高到0.55、61，达到了规范要求。检测结果表明，层间结合效果良好，综合说明桥面铺装层施工质量合格。

4 结语

本文基于某大桥环氧沥青混合料桥面铺装层施工实践，建立试验段确定施工温度、施工时间、最佳养护时间等施工技术参数，并对施工后各参数进行检测，得出以下结论：

（1）通过试验分析不同温度下环氧沥青混合料黏度随时间的变化规律，得出混合料施工温度在170℃～180℃之间。

（2）在175℃温度下通过马歇尔试验确定空隙率和稳定度随时间的变化规律，分析后确定混合料的最佳施工时间范围为40～120min。

（3）选取175℃的环氧沥青混合料，制作马歇尔试件并在常温下养护7d，观察混合料强度随时间的变化情况，确定最佳养护时间为4d。

（4）对试验段完工后的桥面铺装层厚度、构造深度、摩擦系数、混合料级配及层间结合情况进行检测。试验结果表明，各指标满足规范要求，施工质量合格。[JP]

参考文献：

[1]黄卫，胡光伟，张晓春.环氧沥青混合料级配优化设计及性能分析[J].广东交通科技，2015，41（6）：26-30.

[2]王中文，曾利文.TAF环氧沥青混合料的施工控制[J].公路交通科技，2013，30（1）：12-16.