环氧沥青混合料配合比设计及施工参数试验研究∗

王衍辉

（广东交通实业投资有限公司，广东广州 510623）

环氧沥青混合料配合比设计及施工参数试验研究∗

王衍辉

（广东交通实业投资有限公司，广东广州 510623）

环氧沥青砼为热固性复合材料，能有效提高路面抗永久变形能力，并且具有优良的抗疲劳性能。文中依托平兴（平远—兴宁）高速公路环氧沥青路面试验路，采用马歇尔法进行环氧沥青砼配合比设计，分析了不同温度和养生时间条件下环氧沥青砼的稳定度、孔隙率等指标，确定了环氧沥青混合料施工温度、容留时间和养生时间等技术参数。

公路；环氧沥青；配合比设计；稳定度；孔隙率；容留时间；养生时间

环氧沥青是环氧树脂与固化剂进行不可逆的固化反应而形成的一种具有热固性的固化物，环氧沥青砼具有强度高、刚度大、耐疲劳、耐油侵蚀等特点及优良的高温抗车辙、低温抗裂和粘结性能，已在钢桥面铺装中得到广泛应用。用环氧沥青砼铺装桥面，可显著提高桥面抗永久变形、抗疲劳开裂和抗水损害的能力。该文开展环氧沥青在高速公路一般路段沥青路面工程中的应用研究。

1　试验路设计

广东省平兴（平远—兴宁）高速公路是G35（济南—广州高速公路）的组成部分，起于梅州市平远县（赣粤界），终于五华县境内，与梅河（梅州—河源）高速公路相接。采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度100km/h，整体式路基宽度26m。路面结构为4.5cmGAC-16（SBS改性）上面层+5.5 cmGAC-20（SBS改性）中面层+7cmGAC-25下面层+36cm水泥稳定级配碎石基层+20cm水泥稳定级配碎石底基层+15cm级配碎石垫层。

环氧沥青路面试验路段位于K1608+980—K1609+490右幅，面层结构为5.0cmGAC-16C（环氧）上面层+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面层，其他结构层同一般路段。长510m，度11.25m。

2　环氧沥青砼配合比设计

2.1原材料

（1）环氧沥青。试验段采用国产道路用环氧沥青，其技术指标见表1。组分A是由双酚A和表氯醇经化学反应得到的具有一定活性环氧基团的液态双氧树脂，组分B是由沥青、固化剂、添加剂组成的匀质混合物，环氧沥青由组分A和组分B按重量比1∶11.5混合制得。

表1　环氧沥青的技术指标

（2）集料。采用满足JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》和施工技术要求的玄武岩集料，粗、细集料的物理性能分别见表2和表3。粗集料经水洗并晾干后备用。

表2　粗集料的物理性能

表3　细集料的物理性能

（3）矿粉。采用石灰岩磨细得到的矿粉，其物理性能见表4。

表4　矿粉的物理性能

2.2配合比设计

（1）设计方法。按照规范要求的马歇尔配合比设计和试验方法进行，设计流程如下：1）环氧沥青组分A加热到90℃，组分B加热到120℃，集料加热到120℃；2）将预热好的环氧沥青组分A与组分B按照质量比1∶11.5混合，并搅拌均匀；3）集料投入预热到120℃的搅拌锅内，干拌30s；4）将混合均匀并经称量的环氧沥青拌锅湿拌90s，再加入矿粉拌和60s；5）出料并置于120℃烘箱内恒温30 min；6）按马歇尔法成型试件，将成型试件置于120℃烘箱内恒温12h，然后取出冷却到室温；7）检测马歇尔试件各项体积指标和固化后马歇尔稳定度；8）确定最佳级配和油石比。环氧沥青混合料设计指标见表5。

试验名称　试验项目　技术指标马歇尔试验小梁弯曲试验车辙试验未固化试件马歇尔稳定度/kN固化试件马歇尔稳定度/kN流值/（0.1mm）空隙率/%沥青饱和度/%残留稳定度/%弯拉应变动稳定度/（次·mm-1）冻融劈裂试验60℃70℃冻融劈裂试验强度比/% ≥7.5 ≥20 20～50 ≤5 ≥75 ≥90 ≥2×10-3≥8000 ≥5000 ≥80

（2）目标配合比。考虑到环氧沥青砼为热固性材料，使用过程中不会二次压密，将室内马歇尔试件目标空隙率设计为3.5%。经试验，确定最佳油石比为5.8%。矿料级配见表6，最佳油石比环氧沥青砼的性能见表7。

表6　GAC-16C矿料合成级配

表7　最佳油石比沥青混合料的试验结果

3　施工技术参数

3.1容留时间

环氧沥青组分A和组分B混合即开始发生固化反应，固化受混合料温度和留存时间的影响，温度越高、留存时间越长，则固化反应越完全。因此，有必要分析拌和温度、留存时间等参数对混合料性能的影响以指导施工。按确定的级配和最佳油石比，分别在110、115、120、125℃下拌制混合料，并分别在相应温度下养生30、60、90、120、150min，将不同温度、不同保温时间的混合料制作成马歇尔试件，在试件固化后测定空隙率和稳定度。

图1、图2为混合料保温时间与混合料空隙率和稳定度的关系曲线。从中可见：随着保温时间的延长，混合料空隙率增加，稳定度减小；温度越高，保温时间与混合料的空隙率和稳定度关系曲线斜率越大，空隙率增加越大，稳定度减小越快，相应的容留时间也越少。以空隙率小于5%、稳定度大于20kN所对应的最大时间为环氧沥青混合料的容留时间。环氧沥青混合料出料温度控制在110～120℃时，容留时间为120min，施工时间宜控制在90min以内，混合料超过容留时间应废弃。

图1　保温时间与环氧沥青混合料孔隙率的关系曲线

图2　保温时间与环氧沥青混合料稳定度的关系曲线

3.2集料加热温度

由于环氧沥青混合料中环氧沥青用量较少，且温度稳定，矿粉无需加热，混合料温度主要由集料温度控制。经试验，集料加热温度控制在117～126℃时，能保证混合料出料温度为110～120℃。为确保混合料温度，集料应提前水洗并风干备用，减少集料含水量对混合料温度的影响。该试验路施工过程中集料加热温度控制在121℃。

3.3养生时间

养生时间越长，养生温度越高，环氧沥青固化反应越完全；相同养生时间，养护温度越高，固化反应越完全；相同养护温度，养生时间越长，固化反应越完全。图3为20和25℃养生温度下，不同养生时间与环氧沥青混合料稳定度的关系曲线。从中可见：环氧沥青混合料在前20d内稳定度增长较快，之后增长曲线趋于平稳；以稳定度大于设计值20 kN作为开放交通的养护时间，环氧沥青混合料在20～25℃温度下养生20d后可完全开放交通；以稳定度大于8kN作为轴载10t以下车辆的通行条件，环氧沥青混合料在20～25℃温度下养生3～5d可通行轴载10t以下车辆。

图3　养生时间与环氧沥青混合料稳定度的关系曲线

3.4施工控制标准

根据试验结果，结合环氧沥青产品说明，可按表8所示环氧沥青混合料施工温度和时间控制标准指导施工。

表8　环氧沥青混合料施工控制参数及标准

4　效益分析

4.1经济效益

经分析，试验路采用5.0cmGAC-16C（环氧）上面层+7.0cmGAC-25C（SBS改性）下面层的沥青面层的综合单价约195元/m2，采用4.5cm GAC-16（SBS改性）上面层+5.5cmGAC-20 （SBS改性）中面层+7cmGAC-25下面层的沥青路面综合单价约210元/m2，环氧沥青的经济效益明显。

环氧沥青试验路铺筑养生3d后，在尚未完全固化情况下检测的路面弯沉代表值为0.136mm，远小于一般路段3层沥青面层0.192mm的设计弯沉要求，说明试验路采用的环氧沥青路面结构强度完全满足设计要求。加之环氧沥青路面良好的耐久性，试验路环氧沥青路面全寿命周期成本较低，经济效益显著。

4.2社会效益

环氧沥青混合料属于热固性复合材料，高温稳定性和耐疲劳性能优于一般改性沥青混合料，可减少路面病害的发生，延长道路使用寿命，节约社会资源。环氧沥青混合料的拌和温度低于热拌热铺沥青混合料，可节约沥青混合料较高施工温度对燃料的消耗，减少碳排放。较低的环氧沥青混合料施工温度，可减少沥青烟及其他挥发物对周边环境及施工技术人员的影响。综上，环氧沥青路面具有显著的社会效益。

5　结论

（1）环氧沥青混合料属于热固性复合材料，混合料保存温度越高，保温时间越长，固化反应越彻底。在环氧沥青混合料铺筑前，随着保温时间的延长，混合料越难压实，空隙率增加，稳定度减小，温度越高，这种趋势越明显，即容留时间越短。

（2）集料加热温度控制在117～126℃，环氧沥青混合料出料温度能控制在110～120℃。环氧沥青混合料的容留时间为120min，施工时间宜控制在90min以内，混合料超过容留时间应废弃。

（3）单层5cm环氧沥青上面层的造价与4.5 cm改性沥青上面层和5.5cm改性沥青中面层二层的造价相当，鉴于环氧沥青优良的高温稳定性和耐久性，环氧沥青路面全寿命周期成本较低，同时具有施工温度低、沥青烟排放少、对周围环境影响小等特点，具有显著的经济效益和社会效益。

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U416.217

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1671-2668（2016）04-0070-04

2016-04-17