路面施工中环氧沥青混凝土的应用

付旭锋，刘丽敏

（1.上饶市婺源公路事业发展中心，江西婺源 333200；2.上饶市信州公路事业发展中心，江西信州 334000）

0 引言

环氧沥青多相聚合物主要由环氧树脂、石油沥青及固化剂按设计比制备而成，石油沥青黏结剂通常和固化剂先混合，并在混合料制备过程中再与环氧树脂发生混合，固化反应发生后沥青材料便形成高强度骨架，使环氧沥青混合料强度大幅提升。环氧树脂和固化剂所发生的反应具有不可逆性，故在夏季高温运行环境中环氧沥青具备高强度，对于高等级公路、超重交通路面、钢桥桥面等铺装较为适用。石油沥青还具有柔性路面特征，路面平整、行车舒适、噪声小，因此，环氧沥青高性能材料在国内公路桥梁路面工程中具有广阔的应用前景。

1 工程概况

某新建公路全线长8.74km，其中，起讫桩号K42+012—K43+511段位于山岭重丘区，按双向六车道设计，行车速度80km/h，该段路基宽32.5m，最大纵坡-4.11%。考虑到该路段重载超限车辆多，且全年温度高、日照时间长，沥青材料长期暴露在阳光和空气中，其组分中的树脂、轻油质等挥发快，易变质，引发沥青材料老化及路面裂缝、松散等病害的可能性较大。为提升沥青路面高温稳定性、强度特性及耐久性，决定采用环氧沥青混凝土路面。该路段施工工期紧，质量标准高，对施工组织设计及工程质量也有较高的控制要求。

2 环氧沥青混凝土配合比设计

2.1 材料性能

本工程采用由A、B双组分组成的FY环氧沥青，A、B组分分别为双酚A环氧树脂和沥青、增韧剂、固化剂等助剂。在进行环氧沥青混合料制备时，先分别加热A、B组分至60～80℃和110～120℃，再将A、B组分按一定比例混合搅拌均匀，即可得到环氧沥青混凝土。环氧树脂和固化剂所发生的反应具有不可逆性，因此环氧沥青固化时间必须和混合料拌制、运输、摊铺碾压等工序安排相匹配[1]，并保证以上工序均在混合料黏度适宜时进行。混合料黏度过大则不宜搅拌，摊铺碾压后压实度难控制；黏度过小，则拌和时间将延长，并可能发生集料离析。为此，该高等级路面工程铺装技术研究报告要求环氧沥青材料20℃抗拉强度应不小于1.5MPa，20℃断裂时延伸率不小于200%，120℃时黏度增大至100Pa·s的时间不短于50min。

集料主要选用立方体形状、清洁坚硬抗磨损的三河石灰岩碎石和三河碎石生产的机制砂、石粉。粗集料性能指标详见表1；细集料表观密度不小于2.5g/cm³，砂当量不小于60%；矿粉外观应无团粒结块现象，粒度小于0.6mm、小于0.15mm及小于0.075mm的矿粉分别占比100%、90～100%及75～100%，亲水系数不大于1.0，视密度不小于2.5g/cm³。集料性能参数取值均符合相关规范要求。

表1 粗集料性能指标

2.2 矿料级配

矿料级配对沥青混凝土物理力学指标及路用性能有较大影响，级配越密，则混凝土强度越大、使用寿命也越强；但矿料级配太过密实，矿料颗粒间分布会更加紧密，沥青填充难度增大，因此必须在设计阶段通过级配试验确定出最佳的矿料间隙率与密实度组合[2]。细集料占比较大，则混合料高温稳定性将会降低，容易出现车辙病害，但是环氧沥青混合料不存在这种情况。结合国内外应用实践及工程经验，本高等级公路重载超限车辆多，对混合料抗疲劳性能有较高要求，为此，其环氧沥青混凝土矿料最大公称粒径按13.2mm确定，级配曲线见图1。

图1 环氧沥青混凝土级配曲线

2.3 油石比

在综合考虑水稳性、高温稳定性的基础上，应用马歇尔试验方法进行环氧沥青混合料最佳油石比确定。环氧沥青固化时间较长，若完全依照规范进行马歇尔试验，则所需试验时间较长。围绕预估的最佳油石比进行环氧沥青混合料制备，待其达到充分固化状态后测试试件稳定度、空隙率、密度、饱和度及流值等指标，并绘制油石比关系曲线，应用密集配沥青混合料设计方法进行最佳沥青用量计算[3]。本工程路面施工所用环氧沥青混凝土最佳油石比6.0%，空隙率2.1%，稳定度47kN，沥青饱和度和残留稳定度分别为86%和97%，60℃动稳定度7 200次/mm。

2.4 固化时间

环氧沥青混合料强度一般随固化反应时间的延长而增大，混合料拌制完成与开始摊铺之间的时间间隔不宜过长，以免影响压实强度；碾压结束后若达不到固化时间便开放交通，便会造成路面早期变形。以120℃的温度为环氧沥青混合料养生温度进行固化时间试验，将所制备而成的混合料在120℃的试验温度下分别静置1h、2h、6h、10h后进行性能检测，并根据试验结果绘制稳定度增长曲线。根据试验结果，混合料出料后30～90min是本道路路面环氧沥青混凝土的最佳施工时间。

3 环氧沥青混凝土施工

环氧树脂和固化剂所发生的反应不可逆，故对施工时间有严格要求，在施工前必须加强施工组织方案的精确策划和技术交底，保证施工过程顺利衔接。

3.1 施工准备

安排施工时间时必须预测并避开降雨、刮风、降温、浓雾等不良天气，选择适宜的天气对旧路面进行铣刨清扫，并通知拌和站开始进行混合料拌和。完成旧路面清扫后在与铺装层接触的部位喷洒环氧沥青防水黏结层，并按40%～60%的覆盖率均匀撒布粒径5～10mm的碎石料，喷洒区域必须对应于铺装区域，且边缘应超出铺装层边缘2.0～3.0cm。

3.2 混合料制备及运输

采用具备分仓上料功能的NBD-120ABP型间歇式拌和机并配备环氧沥青及固化剂计量添加仪器进行环氧沥青混凝土制备，其生产能力为1.5～2.0t/盘，骨料加热温度及混凝土出料温度分别为118～125℃和112～118℃。在正式生产前必须先试拌，并逐盘进行混合料温度测量及外观的目测，对于温度不达标、离析及花白料必须弃置。混合料出料后必须立即称重，并填写书面送料单，其上应写明运料车编号、实际出料温度、装料时间等。

通过12t以上自卸车辆进行混凝土材料的运输，混合料装载量应控制在7盘/车，并使用帆布覆盖车厢内混合料，避免雨淋使得温度过快散失。每辆运料车的运输时间严格控制在30min以内。

3.3 摊铺碾压及养护

待运料车到达摊铺施工现场后立即去除覆盖并测温记录，将检测结果和运料单进行核对，无误后卸料并在1h内完成摊铺及碾压施工。摊铺过程中应安排专人定期清理螺旋布料器和料斗中的死料。摊铺过程应完全在干燥状态下进行，如遇降雨，必须立即停止摊铺，未摊铺及摊铺后未碾压成型的混合料应全部弃置。

初压3遍及终压3遍后均应通过红外线测温计进行路面环氧沥青混合料表层温度测量，初压和终压温度应分别控制在80℃和65℃及以上。若表层温度不符合要求，则还应采用插入式温度计进行混合料内部温度测量，如果内部温度也不符合要求，则必找寻实原因并补压2遍。压路机碾压不到的区域应结合手持式振动夯振捣密实。

环氧沥青混凝土路面碾压结束且压实度、平整度均满足设计要求后，冷却至室温方可开放交通，环氧沥青混凝土路面最终强度的形成时间较长，开放交通之初应通过限速、禁止重型重载车辆通行等措施保护混凝土路面，待其最终强度形成后，再解除限速、完全开放交通。

4 结语

综上所述，该位于山岭重丘地区的新建高等级公路环氧沥青混凝土路面施工是一次较为成功的尝试，且沥青路面铺装也取得了较好的施工效果，该工程的应用过程也表明，环氧沥青混凝土施工技术在原材料选择、矿料级配、最佳油石比、固化时间及混合料拌和、摊铺碾压、养护等方面均与传统SBS改性沥青存在差异。该公路建成后运行实践也证明，环氧沥青混凝土路面平整度、行车舒适性、耐久性等路用性能均优于常规改性沥青路面，应在我国高等级公路路面、重载超限交通及桥面铺装中推广应用。