环氧乳化沥青冷补混合料在公路养护中的应用.pdf

总662期2023年第32期（11月 中）收稿日期：2023-05-14作者简介：刘洪涛（1978），男，工程师，从事公路桥梁施工管理工作。环氧乳化沥青冷补混合料在公路养护中的应用刘洪涛（宜春市公路事业发展中心樟树分中心，江西 樟树 331200）摘要：为探究环氧乳化沥青冷补混合料在沥青路面坑槽修补中应用的效果，首先，对这种新型冷态沥青路面修补料的原材料选用及配合比设计展开分析，并对其路用性能进行评价；然后，结合公路养护实例，对环氧乳化沥青混合料冷补施工工艺展开研究。结果表明，环氧乳化沥青冷补混合料具备优良的高低温稳定性、水稳性、强度及施工和易性，施工过程简便，可快速恢复路面性能，可在沥青路面预防性养护中推广应用。关键词：环氧乳化沥青混合料；坑槽；冷补；养护中图分类号：U418.6文献标识码：B0 引言冷态沥青路面修补材料种类较多，最常见的有乳化沥青混合料、改性乳化沥青混合料等。环氧乳化沥青混合料作为新型冷态沥青路面修补材料，对于潮湿、低温环境具有较好的适用性，有助于沥青路面病害的及时修补。但是当前在环氧乳化沥青冷补料应用于公路养护的过程中，在混合料配合比设计及施工过程控制方面仍存在不完善之处。为此，本文以AC环氧乳化沥青混合料为对象，对其在病害沥青路面预防性养护中的应用展开分析，以期为同类施工提供参考。1 环氧乳化沥青冷补混合料配合比设计环氧乳化沥青混合料主要是由环氧乳化沥青和矿料在常温下拌和而成，环氧乳化沥青结合料在常温下黏附性较好，能与矿料较好黏附。环氧乳化沥青冷补混合料的强度形成机理和热拌沥青混合料明显不同，故技术要求也存在差异1。1.1 原材料环氧乳化沥青由环氧树脂、普通乳化沥青和固化剂按比例配制而成，配比对其性能有较大影响。本研究按照乳化沥青水性环氧树脂=955的比例制备环氧乳化沥青，其主要性能指标试验结果见表1。表1 环氧乳化沥青主要性能指标试验结果固化剂掺量（%）25 针入度/（0.1 mm）软化点/15 延度/cm2079.150.030.32575.351.928.73074.452.624.93575.251.323.5本文选用的石灰岩碎石集料、石灰岩矿粉性能均满足 公路沥青路面施工技术规范（JTG F42017）中对沥青面层用集料性能的规定；矿粉表观密度为2.81 g/cm，筛孔尺寸 0.07 5mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm、1.18 mm、2.36 mm、4.75 mm、9.5 mm、13.2 mm下的 集 料 表 观 密 度 分 别 为 2.78 g/cm、2.78 g/cm、2.75g/cm、2.76g/cm、2.72g/cm、2.75g/cm、2.78 g/cm、2.79 g/cm。1.2 级配现行技术规范对溶剂型冷补沥青混合料矿料级配有建议性规定，但工程实践中所用冷补混合料级配与规范不尽相同，AC系列级配使用最多。该系列级配所制备的混合料黏聚力、内摩阻力均较高2。为保证与原路面材料和结构的一致，本研究同样采用 AC 系列级配，分别对 AC-10、AC-13、AC-16 等矿料级配展开设计。矿粉加入过多，会影响混合料拌和性，乳液对集料的裹覆率以及混合料早期强度。相反，矿粉加入较少，则会增大混合料空隙率，降低混合料成型强度和水稳性。为此，在配合比设计阶段，必须确定矿粉的最佳掺量。此外，混合料拌和水量与矿粉用量和细料用量均有关3。本文以AC-13级配为例，展开不同矿粉用量下环氧乳化沥青混合料工作性能的检测，结果见表2。根据表2中检测结果，为使环氧乳化沥青冷补混合料具备较好的工作性能，应将矿粉用量、拌和水量均控制在6%。基于此，在现行规范所要求的级配范围内确定出的环氧乳化沥青冷补混合料设计级配见表3。96交通世界TRANSPOWORLD表2 矿粉用量、拌和水量与环氧乳化沥青混合料工作性能矿粉用量（%）468106666拌和水量（%）66665789混合料工作性能混合料湿度大，具备良好的可拌和、可压实性混合料表面湿润，具备良好的沥青裹覆性和可压实性混合料表面较湿润，具备较好的沥青裹覆性和可压实性混合料表面干燥，压实效果一般混合料表面较湿润，具备较好的压实效果混合料表面湿润，具备良好的沥青裹覆性和可压实性混合料表面湿润，具备较好的压实效果混合料过湿，难压实，乳液渗流损失严重表3 环氧乳化沥青冷补混合料设计级配级配类型AC-10AC-13AC-16通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）0.0756660.15119.58.50.31612.511.50.6231714.51.183124222.364533324.756053479.59578.57013.210095841610095191001.3 最佳沥青用量按照6.5%、7.5%、8.5%、9.5%、10.5%、11.5%的沥青用量制备马歇尔试件，并按条件养生后进行试件物理、力学性能检测，以密度和强度为确定最佳沥青用量的控制性指标，其他参数则作为参考指标。测试结果见表4。根据试验结果，AC-13环氧乳化沥青冷补混合料最佳环氧乳化沥青用量为8.5%；按照相同试验过程，可以得出AC-10和AC-16最佳沥青用量分别为8.8%和8.7%。表4 不同沥青用量下马歇尔试验结果沥青用量（%）干密度/（g/cm3）湿密度/（g/cm3）初始强度/kN成型强度/kN空隙率（%）饱和度（%）流值/（0.1 mm）初始强度试件成型强度试件7.52.322.3010.58.57.5258.435.529.68.52.382.3412.510.27.2663.036.230.19.52.362.3311.69.87.2465.837.431.210.52.352.3211.19.67.2265.538.133.02 环氧乳化沥青冷补混合料路用性能2.1 强度按试验规程制备马歇尔试件。在混合料入模时分别于上面和下面各击实35次，在1525 的温度下养护24 h；取出试件后再在上下面分别击实40次；脱模后置于常温下养护24 h。结束后展开测试，并以得到的马歇尔稳定度为初始强度。采用相同的方法制备成型强度试件：混合料入模后在上下两面分别击实35次，置于120 温度下养护24 h；再在上下两面分别击实40次，脱模后常温养护24 h。测试前还应浸泡于60 的水体内30 min。结束后展开测试，得出的马歇尔稳定度即为成型强度。强度测试值完全符合技术规范要求。2.2 高低温稳定性环氧乳化沥青冷补混合料主要用于公路面层，通过40 车辙试验检测其动稳定度。根据测试结果，环氧乳化沥青混合料动稳定度最大为26 250次/mm，总变形最大为2.564 mm，刚度及高温稳定性均较好，总变形量小，抗永久变形能力高。此外，对混合料车辙试件展开-10 低温弯曲试验，根据试验结果，环氧乳化沥青混合料破坏应变值最大为2 604.6，破坏劲度模量最大为4 104.13 MPa。表明该混合料整体刚度大，脆性强，变形量小，低温条件下抗弯拉性能较好。2.3 水稳性通过冻融劈裂试验展开环氧乳化沥青混合料水稳性检测。根据试验结果，混合料冻融劈裂强度随环氧树脂掺量的增大而提高，水稳性显著增强。3 工程应用3.1 工程概况某公路全长79 km，全线设计行车速度为120 km/h，其中K33+210K48+910段为八车道，路基宽42 m，其余路段均为六车道，路基宽 34.5 m。路拱标准横坡为2%，土路肩4%，按照公路-级荷载等级设计。该公路全线包括数座大型桥梁，桥面采用 4 cm 厚的 SMA-13+6 cm厚的AC-20结构层。公路在运行过程中，交通量不断增大，部分路段沥青路面先后出现轻微车辙、坑槽等病害，但整体路况良好。为保证行车安全，提升路用性能，公路管理部门决定对坑槽、车辙病害实施局部性修补。3.2 环氧乳化沥青混合料冷补工艺修补工艺对路面修补施工质量的好坏有较大影响。根据原路面工程实际及材料受力情况，按照永久性修补要求对该病害公路环氧乳化沥青混合料冷补工艺展开分析。97总662期2023年第32期（11月 中）3.2.1 袋装环氧乳化沥青混合料制备该公路工程采用 AC-13级配展开袋装环氧乳化沥青混合料制备，其中，乳化沥青水性环氧树脂=95 5，固化剂掺量为30%，原材料及配合比均采用本文前述研究成果。在拌和设备内加入粗、细集料并拌和均匀，再按比例添加拌和用水，搅拌至集料完全润湿；按设计用量添加环氧乳化沥青后持续拌和60 s；再加入矿粉，继续搅拌至均匀后装袋储存。为增强密封性，应使用双层包装袋，内袋为承拉抗压性能较好的聚乙烯塑料包装袋，外袋为水泥袋或蛇皮编织袋。在封口时，先用结实的扎口绳绑扎内袋，将内袋口弯折 180 后扎紧；再扎紧外袋袋口。将混合料袋放置在室内常温保存，定期检查环境温湿度，以保证混合料性能稳定。3.2.2 坑槽成型及清理在修补路面前，按照“圆洞方补、斜洞正补”的原则确定破损处开挖边界和深度，划出与路中心线垂直或平行的方形修补轮廓线后开挖成型。为便于接缝处理，轮廓线应超出路面破损边缘510 cm；使用切割机沿轮廓线顺直开槽，并一直开挖至坑槽底部硬实位置；最后将割除的旧材料和残渣彻底清除。根据实践经验，公路开挖坑槽结构形式有垂直开挖和斜坡开挖两种。其中，垂直开挖坑槽壁必须与原路面垂直，这种形式下的修补料压实容易，受力均匀。斜坡开挖形式虽能增大新旧料接触面积和黏附性，但因斜坡上新料松铺厚度不统一，存在一定的压实难度；不同深度材料因密实度不同，承载性能也不稳定4。结合该公路病害实际及施工质量要求，应采用垂直开槽。为增强冷补材料与坑槽壁面、底面的黏结性，必须在开槽结束后通过压缩空气或热空气吹扫、人工清扫等方式全面、彻底清理侧壁及底面。其中，压缩空气能快速吹除坑槽内材料残渣、杂物和灰尘，而热空气能起到干燥坑壁的作用。清理结束后进行环氧乳化沥青混合料冷补施工。虽然此类沥青混合料可在潮湿状态下施工，但为保证施工质量和进度，在降水较多的潮湿季节且坑槽内存在积水的情况下，必须将积水彻底清除，确保坑壁和坑底完全干燥后再冷补。3.2.3 涂刷黏层油为增强冷补料和原路面材料的黏结性能，在修补料摊铺前还应向坑槽侧壁、底面均匀喷涂一层乳化沥青或环氧乳化沥青黏层油。坑槽面积较大时，通过泵吸方式喷涂，而坑槽面积较小时，直接由人工用刷子均匀涂抹。黏层油使用量控制在0.50.8 kg/。涂刷过程中，应避免因机械、人为原因使碎屑、杂物等落入坑槽内。3.2.4 环氧乳化沥青混合料摊铺、压实该公路段环氧乳化沥青混合料通过人工方式摊铺。摊铺前，测量坑槽尺寸并推算体积，再与混合料碾压成型后的密度（2.35 g/cm）相乘后得到混合料质量，并以此作为混合料投料量，投入坑槽并摊铺，摊铺后的表面应略高出原路面并呈弧形。使用振动压路机、振动平板夯等小型机具对摊铺面展开充分压实。碾压施工按照先坑槽四周、再坑槽中间的次序展开，向边缘连续移动压实，且每次需要重叠1020 cm宽度。为保证施工质量，环氧乳化沥青冷补料在摊铺碾压前，如果开封后的袋装混合料稍显干涩，则应掺水拌和后再展开摊铺；对于坑槽深度在6 cm以上的情况，必须分层摊铺、逐层碾压；压实施工必须在环氧乳化沥青破乳前完成。4 结束语工程应用结果表明，环氧乳化沥青冷补混合料在保留乳化沥青低污染、易施工性能优势的基础上，以环氧树脂为改性剂，使混合料强度、黏结力、耐久性等路用性能得到显著提升。环氧乳化沥青混合料修补技术的应用必须在沥青路面坑槽、车辙、沉陷等病害刚出现且路面结构层状况均较好时展开，以免延误最佳的养护时机。总之，环氧乳化沥青冷补混合料能对病害沥青路面实施快速修补，过程方便，并能与原路面较好黏附，修补完成2 h后即可开放交通；修补路面强度会随着行车荷载的反复作用而不断增强。参考文献：1 吴海兵，田新伟，姜志国.沥青路面坑槽冷补材料研究进展J.广东化工，2023，50（3）：108-109，144.2 李毅，徐建晖，刘誉贵.基于水性环氧乳化沥青的早强冷补料性能研究J.山西建筑，2022，48（23）：109-113.3 王爱峰，高海军，薛鹏涛，等.环氧乳化沥青混合料技术性能与标准研究J.化学与黏合，2022，44（5）：400-405.4 郭留红，张书建，陈忠达，等.环氧乳化沥青混合料储存稳定性及改善措施J.土木工程与管理学报，2021，38（2）：39-44.98