空隙率对环氧沥青混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 3年 8月 石油 沥 青P E T R O L E U M A S P HA L T 第 2 7卷第 4期 空隙率对环 氧沥青混凝土性能 的影响研究 周 伯 明 ，张辉 ( I 江苏省交通工程建设局， 南京2 1 0 0 0 4；2 江苏省交通科学研究院股份有限公司， 南京2 1 1 1 1 2 ) 摘要：环氧沥青混凝土是一种超高级路面材料 ，其主要性能受空隙率影响比较大。对环 氧沥青混凝土空隙率与环氧沥青混凝土水稳定性、弯曲性能和疲劳寿命 间关系展开室内研 究。试验结果表明：随着环氧沥青混凝土的空隙率增大，环氧沥青混凝土冻融劈裂强度降 低 ，冻融劈裂强度比减小，环氧沥青混凝土抗水损坏性能降低；随着空隙率增大，环氧沥青 混凝土低温弯曲性能降低，疲劳寿命减少，抗疲劳性能降低。严格控制环氧沥青混凝土的空 隙率对提高环氧沥青铺装的性能具有重要作用。 关键词：环氧沥青混凝土空隙率水稳定性弯曲性能疲劳性能 环氧沥青混凝土具有 良好的可变形能力 、高 温稳定性、抗车辙能力等优 良的路用性能 J ， 被广泛的应用于钢桥面铺装和重交通道路上 ，并 适用于水泥混凝土桥面铺装 。自首次成功应用于 南京长江二桥桥面铺装后 ，国内开始大规模采用 环氧沥青混凝土作为正交异性钢桥面板 的铺装材 料 ，但均出现了诸多病害 ，这使得环氧沥青混凝 土铺装体系推广应用受到了影响。 环氧沥青混凝土病害主要有 ：铺装层表面出 现鱼尾纹裂纹 ，结块 “ 皮料” 现象及铺装层透 水等早期 病害 以及脱层 、鼓包 导致 的使用期病 害。大量研究表明 ，环氧沥青混凝土出现的病害 中大部分与空隙率有很 大 的关系 J 。空隙率太 小 ，特别是对于普通密级配混合料，沥青在夏天 受热膨胀时，便开始上浮 ( 泛油) ，在荷载的作 用下 ，很容易产生车辙 ，造成永久变形 ；空隙率 过大 ，铺装层容易导致透水病害，使得雨水进入 桥面铺装内部 ，一方面在车辆荷载高速作用下形 成较高的动水压力，在高压水的作用下，铺装层 中结合料和黏结料易被冲走，结果导致铺装层的 脱层破坏 ；另一方面雨水渗到铺装层 内部 ，在铺 装层 中和钢板之间产生拍打效应，即在动水压力 作用下不断冲击钢板 ，导致钢板锈蚀 ，从而造成 人身财产安全受到威胁。 众所周知 ，空隙率对沥青混凝土性能的影响 很大 ，其间的相互关系一直受到道路研究者的关 注 。空隙率过大或过小 ，都会对沥青混凝土 路面尤其是钢桥面造成不利影响，所以适宜的空 隙率对钢桥面而言是至关重要的。 空隙率由设计空隙率和压实度所决定。本文 基于室内试验 ，采用某桥环氧沥青混凝土配合 比 设计结果 ，研究 了空隙率对环氧沥青混凝土水稳 定性 、弯曲性能和疲劳性能的影响，为钢桥面环 氧沥青铺装施工质量控制提供理论参考。 1 原材料及配合比设计 研究所用 的原材料有 环氧沥青 ( 组分 A和 B ) 、集料 ( 铺装专用玄武岩集料)和矿粉等 。 1 1 环氧沥青 环氧沥青 由 2个组分组 成，组分 A是 由双 酚 A和表氯醇 经反应 得到 的液 态双环氧树 脂 ， 组分 B是一种 由沥青 和固化剂组成 的均质合成 物。其主要技术指标见表 1 。 表 1环氧沥青组分 A、组分 B技术要求 收稿 日期 ：2 0 1 21 2 2 8 。 作者简介：周伯明 ( 1 9 5 7 一) ，男，副高，现就职于江苏省 交通工程建设局。 第 4期 周伯踢等 空隙率对环氧沥青混凝土性能的影响研究 1 1 A与 B两组分按比例混合并在一定条件下固 化可得到环氧沥青 ，其主要技术指标见表 2 。 表 2 环 氧沥青 ( A+B)技术指标 1 2 集料 环氧沥青混凝土中环氧沥青 的强度很高，集 料应选择强度高且 耐磨 的石料，且满足 J rr G F A 2 2 0 0 5 公路工程集料试验规程 。本次试 验采用镇江产的玄武岩，具体指标见表3 。 1 3 矿粉 本次试验采用的是南京产石灰石矿粉， 其技术 指标符合 Y r G FA 2 - - 2 0 0 5的要求， 具体指标见表4 。 表 3 集料试 验结果 1 4 环氧沥青配合比设计 环氧沥青混凝土一般采用马歇尔体积设计法 进行设计 ，通过它可以确定 出环氧沥青混凝土的 最佳油石 比，同时也可以反映出环氧沥青混凝土 的高温性能 ，可用于指导工程的实施 。 本试验 油石 比分 别 自 5 5 一8 O 以 0 5 的幅度变化，按照规范的要求，成型 6组 马歇尔试件，制作固化试件并进行马歇尔试验， 马歇 尔试 验 结 果与 油 石 比关 系 曲线见 图 1所 示 。 图 1 马歇尔试验结果与油石比关系曲线 1 2 石 油 沥 青 2 0 1 3年第 2 7卷 从马歇尔试验结果可以看出，当环氧沥青混 凝土的油石 比自5 5 逐渐增加时 ，环氧沥青混 凝土的空隙率、稳定度和流值开始时变化较快 ， 当油石比为6 5 时三个指标的变化变缓，继续 增加沥青用量，对环氧沥青混凝土的空隙率、稳 定度和流值三个指标的影响不再明显 ，因此环氧 沥青混凝土的油石 比建议在 6 5 一 7 0 之间 ， 结合已往工程经验，确定环氧沥青最佳油石比为 6 5 。以最佳 油石 比 6 5 制作 固化 和未 固化 试件进行马歇尔试验 ，试验结果见表 5 。 表 5 最佳 油石 比固化和未固化 马歇尔试验结果 固化试件反映的是铺装在实际运营状态下的 性能 。是混合料的最终性能 ，而未固化试件反映 的是铺装刚施工结束后的性能，能够对铺装的实 际施工状况 进行快速判断。从试验结果 可 以看 出，在最佳油石比 6 5 下进行的固化和未固化 环氧沥青混凝土的马歇尔试验均满足技术要求。 2 空隙率对环氧沥青混凝土性能的影响 2 1 空隙率对环氧沥青混凝土水稳定性的影响 沥青混凝土的水稳定性是指抵抗受水侵蚀后 逐渐产生的沥青膜剥落、掉粒、坑槽等破坏的能 力。对于钢桥面铺装的环氧沥青混凝土，其防水 要求更高 ，以防止水分渗入 ，影响黏结层与钢板 的黏结性能。 试验采用设计的最佳油石比、不 同击实次数 成型马歇尔标准试件 ，测试不同击实次数条件下 试件空隙率， 根据击实次数与试件空隙率关系曲 线图确 定设 计 孔 隙率 所 对应 的击 实 次 数 ，见 图 2 。 击实次数 图 2 击实次数一空隙率对应关系 根据不 同的击实功成型不同空隙率的马歇尔 标准试件 ，进行冻融劈裂试验 ，评价环氧沥青 昆 凝土的抗水损害性能 ，试验结果见表 6 。 表 6冻融劈裂试验结果 从表 6可 以看出，随着试件空隙率增大 ，环 氧沥青混凝土劈裂强度降低非常明显，当试件空 隙率达到 3 左右时，试件冻融劈裂强度 比降低 7 ，但是当空隙率增大到 6 5 左右时，试件 冻融劈裂强度比降低 3 5 左右。这说明空隙率 小于 3 时 ，水分很难进入，环氧沥青混凝土表 现出 良好的抗水损害性能。 2 2 空隙率对环氧沥青弯曲性能的影响 为了评价空隙率变化对环氧沥青混凝土弯曲 性能的影响，本试验研究了最佳油石比的不同空 隙率环氧沥青混凝土的弯曲性能 ，试验结果见表 7 、表 8 。 O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 第 4期 周伯明等 空隙率对环氧沥青混凝土性能的影响研究 1 3 从表 7可以看出，随着环氧沥青混凝土试件 空隙率增加，试件跨中挠度降低幅度很大，抗弯 拉应变能力降低，试件空隙率达到 3 时，弯拉 应变值近接近一般改性沥青混合料低温弯曲应变 临界值。从表 8可以看出，随着环氧沥青混凝土 试件空隙率增加，试件跨中挠度降低幅度较为明 显， 但环氧沥青混凝土抗弯拉强度变化不大。试 件空隙率达到4 左右时，环氧沥青混凝土弯拉 应变值降低 3 0 左右。常温弯曲试验可以间接 地反映混合料的抗疲劳性能， 从试验结果可以看 出环氧沥青混凝 土空 隙率 增加 ，抗疲 劳性 能降 低 。 2 3 空隙率对环氧沥青混凝土疲劳寿命的影响 为了评价空隙率变化对疲劳寿命的影响，本 试验成型了不同空隙率的疲劳试件，开展 l 5 条件下 6 0 0 8的疲劳试验 ，疲劳试验 以试件破 坏作为标准 。疲劳试验结果见表 9 。 表 9疲劳试 验结果 从表 9可以看出 ，随着环氧沥青混凝土试件 空隙率增加，疲劳试件的抗弯刚度变化不大 ，但 是疲劳寿命变化较为明显。试件空隙率达到 3 时，试件 刚度 降低 5 0 ，疲 劳寿命 降低 2 0 ， 破坏时的疲劳寿命降低了 3 0 左右。 3结论 a )随着环氧沥青混凝土的空隙率增大，环 氧沥青混凝土冻融劈裂强度降低，冻融劈裂强度 比减小，环氧沥青混凝土抗水损坏性能降低； b )随着空隙率增大，环氧沥青混凝土试件 在 一 l 0低温抗弯拉应变能力降低，在 l 5常 温环氧沥青混凝土试件抗弯拉强度变化不大； c )随着空隙率增大，环氧沥青混凝土疲劳 寿命减少，抗疲劳陛能降低； d )综上，在钢桥面铺装过程中中，要严格 控制环氧沥青混合料的桥面压实度和压实的均匀 性 ，尽量将环氧沥青混凝土现场理论压实度控制 在9 7 以上，可以提高环氧沥青混凝土的抗水 损害性能，提高环氧沥青混凝土的疲劳寿命。 参考文献 1 黄卫，钱振东，程刚环氧沥青混凝土在大跨径钢 桥面铺装中的应 用 J 东南大学学报 (自然科 学版) ，2 0 0 2 ，3 2( 5 ) ：7 8 3 7 8 7 2 彭勇，孙立军 空隙率对 沥青 混合料 性能影响 J 武汉理 工大学学报 ( 交通科 学与工程版) ， 2 0 0 9 ，3 3 ( 5 ) ：8 2 6 8 2 9 3 P e l l i n e n T IC T h e e ff e c t o f v o l u m e t r i c p r o p e r t i e s o n m e e h a n i e a l b e h a v i o r o f a s p h a l t m i x t u r e c T r a n s p o r - t mi o n R e s e a r c h R e c o r d，T R B，Na t i o n a l R e s e a r c h C o u n e i l ，Wa s h i n g t o n，D C，2 0 o 4 4 李立寒 ，曹林涛，郭亚兵，等 初始空隙率对沥青 混合料性能影响的试验研究 J 同济大学学报 ( 自然科学版) ，2 0 0 6 ，3 4( 6 ) ：7 5 7 7 6 0 5 S a e e d G h a ff a r p o u r J a h r o m i E s t i ma t i o n of r e s i s t a n c e t o m o i s t u r e d e s t r u c t i o n i n a s p h a l t mi x t u r e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ，2 0 0 9 ( 2 3) ：2 3 2 4 2 3 3 】 1 4 石 油 沥 青 2 0 1 3年第 2 7卷 I n flu e n c e Re s e a r c h o f Po r o s i t y o n Pe r f o r ma n c e o f Ep o x y As p h a l t Co n c r e t e Zho u Bo m i n g Zha ng Hui ( 1 J i a n g s u T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g C o nst r u c t i o n B u r e a u ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 4； 2 J i a n g s u T r a n s p o rt a t i o n R e s e a r c h I nst i t u t e C o L t d ，N a n j i n g 2 1 1 1 1 2 ) Ab s t r a c t ：T h e e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e i s a k i n d o f s u p e r s e n i o r p a v e me n t ma t e ri a l s ，t h e ma i n p e r f o r m a n c e o f w h i c h d e p e n d s o n the p o r o s i t y B a s e d o n l a b o r a t o r y t e s t s ，t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n p o r o s i t y a n d w a t e r s t a bi l i t y，fle x u r a l a n d f a t i g u e p e rfo rm a n c e o f e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e we r e s t u d i e d Th e r e s e a r c h r e s u l s h o we d tha t t h e p o r o s i t y i n fl u e n c e d e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e p e rf o rm a n c e Wi t h the i n c r e a s e o f p o r o s i t y ，t h e f r e e z e t h a w s p l i t t i n g s t r e n g t h( r a t i o ) ，th e a n t i m o i s t u r e b e h a v i o r ， t h e f a t i gue l i f e a n d the a n t i f a t i gue b e h a v i o r o f e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e a l l d e c r e a s e d C o n t r o l l i n g p o r o s i t y o f e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e s t ri c t l y p l a y e d a n i mp o r t a n t r o l e o n i mp r o v i n g t he p e rfo rm a n c e o f e p o x y a s p h a l t p a v e me n t Ke y wo r d s ：e p o x y a s p h a l t c o n c r e t e ；p o r o s i t y；wa t e r s t a b i l i t y；fl e x u r a l p r o p e r t y；f a t i gue p e rf o rm a n c e 短讯 “ 自 沥青混合料研发及其应用研究” 通过了成果鉴定 由交通运输部科学研究院主导，北京秦天科技公司 等单位联合参与的 “ 自沥青混合料研发及其应用研究” 项 目日前通过了交通运输部西部交通建设项 目管理中心 成果鉴定。这个项 目对沥青混合料的改性剂进行了开发 和应用研究，研究结果表明，其产生的经济效益和生态 效益显著。该项目研制了具有调温效果和良好路用性能 的自调温沥青混合料，提高了沥青混合料应对环境温度 变化的能力。这一成果可以使沥青混合料在较长时间保 持在性能良好的温度区间，不仅可以起到融雪化冰的作 用，而且可以避免低温裂缝等早期病害的发生，有效改 善公路行驶安全，延长路面使用寿命。 以及在自然环境温度下就地连续地完成材料的铣刨、破 碎、拌和等工序，然后压实成型，从而修筑出具有所需 使用性能的新基层 的作业过程。相较于传统养护工艺， 冷再生技术具有四大优点 ：一是成本低，可节约成本 1 2 至2 0 ，经济效益比较明显。二是污染小，在同样 的路面使用条件下，可节省加热能源 6 o 以上，减省二 氧化碳排放量 8 0 ，可达到良好的节能减排效果和社会 效益。三是施工简单，就地冷再生技术的施工相对简 单，一般经过撒布水泥一就地冷再生一整平一压实一养 生等五个步骤即可，减少了长途运输拌和料的时间和程 序。四是工期短，由于就地冷再生施工简单 ，至少可缩 短工期 2 0 ，这也在一定程度上节约了人工成本。 长 临高速公路开工建设 山西长治至临汾高速，起点接长邯高速，终点接已 建 成 的 临 吉 高 速 ，全 长 1 6 6 2 3 k m，桥 隧 比例 为 1 9 6 8 ，概算总投资 1 0 3 0 7亿元。项 目建设工期计划 为 3年，将于 2 0 1 6年6月建成通车。 江 冀 譬 銎 堂 曼 妻 生 济 徐 高 速 公 路 济 鱼 段 开 工 建 设 沥 青 养 护 新 技 术 现 场 观 摩 会 小 一 川 一 一 近日，江西省公路管理局召开了旧路再生沥青养护 新技术现场观摩会，大力推广旧路再生沥青养护新技 术，推动江西省养护技术创新。这项技术主要解决沥青 路面上基层破损的问题，即充分利用现有沥青道路旧路 面材料 ( 面层 和基层 ) ，并按 比例加 入水 泥、泡沫 沥青 山东济徐高速济宁至鱼台段穿越济宁西部腹地，纵 跨任城、市 中区、嘉祥、金乡、鱼 台两区三县，全长 7 3 5 k m，采用双向四车道高速公路标准建设，设计行 车时速 1 2 0 k m，概算投资5 1 7 7亿元，预计2 0 1 5年建成 通车 。 ( 沥青情报站供稿)