环氧沥青混凝土的路用性能评价.pdf

2 0 1 3年 6月 石 油沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 7卷第 3期 环氧沥青混凝土的路用性能评价 李志宏 ，吴瑞环，张苛 ( 长安大学公路学院，西安7 1 0 0 6 4 ) 摘要：环氧沥青混凝土是正交异性钢桥面铺装和超重交通道路的理想材料。为评价桥面 铺装环氧沥青混凝土的路用性能，采用高温车辙动稳定度试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂 和低温弯曲试验研究分析了环氧沥青混凝土的高温稳定性能、水稳定性能和低温抗开裂性 能，并与不同铺装混合料的性能进行 了对比。试验结果表明：环氧沥青混凝土桥面铺装层具 有优越的高温稳定性能和抗水损坏性能。为进一步推广环氧沥青混凝土桥面铺装层的应用， 需要研 究如何 增加 它的柔性性能和韧性性能。 关键词：桥面铺装环氧沥青混凝土性能评价 环氧沥青混凝土具有优越的使用性能、超长 的耐久性等众多优良品质 ，从而成为钢桥面铺装 层 的首选材料。由于桥面铺装层直接承受着各种 行车荷载和环境因素的作用，高温季节容易产生 永久变形或车辙 ，低温季节容易产生温缩裂缝 ， 以及疲劳开裂 1 。在水的作用下，桥面铺装层 沥青与矿料也容易发生剥 离，导致桥 面出现松 散、坑槽等损害。因此有必要通过相应的试验 ， 对环氧沥青 混凝土 的高温稳定 性、低温抗裂性 能、水稳定性能等进行全面分析研究。 1 原材料选取 试验采用韩国 S K 7 0号基质沥青 ，壳牌 S B S 改性沥青以及江苏省句容市宁武化工有限公司生 产的 HL J一2 9 1 0型 环氧沥青 三种 沥青 结合 料， 矿料采用南京六合生产的玄武岩 ，矿粉采用石灰 石粉。混合料的矿料级配如表 1 所示，油石比为 6 2 。为了对 比，表 2列 出了三种混合料 的马 歇尔试验参数。 表 1三种沥青混合料矿料级配 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 1 2 2 。 作者简介： 李志宏 ( 1 9 8 7 一) ，男，河j E 石家庄人，长安大学硕士研究生，研究方向：路面工程。E n u fi l ：l i z h i h o n g m n y e a h n e t 。 石 油 沥 青 2 0 1 3年第 2 7卷 2 环氧沥青混凝土性能试验 环氧沥青混合料成型试件后，放入 1 2 0 oC 烘 箱中恒温养生 5 h ，然后冷却到室温，并在室温 下放置 2 4 h ，通过相应的试验对其高温稳定性、 水稳定性以及低温抗裂性能进行分析研究。 2 1 高温性能研究 如果沥青混合料的高温稳定性较差，当受到 比较大的水平力作用时，就容易产生剪切变形 ， 引起车辙病害。夏季高温季节，钢桥面板温度可 达到6 0 7 0，甚至更高，因此，环氧沥青混 凝土钢桥面铺装层必须具有优良的高温稳定性。 本研究采用高温车辙动稳定度试验来模拟并 评价混合料 的高温稳定性 能 j 。常规改性 沥青 混合料车辙动稳 定度试验条 件设置 为轮压 0 7 M P a 。恒温 6 0。由于一些地 区的钢桥面铺装 层在夏季高温季节的温度可达 7 O，因此研究 选取在 6 o、7 0下进行车辙试验 ，试验结果 见图l 。为了分析环氧沥青混凝土的高温性能， 本研究列出 S MA和 S B S改性沥青混凝土 的试验 结果作对 比，从图 1中可以看出环氧沥青混凝土 的动稳定度远远大于常规改性沥青混凝土。表 3 列出了6 0 m in时的累积变形，研究发现与常规 改性沥青混凝 土相 比，环 氧沥青混凝土 试件在 6 O c 【 = 和 7 0时均几乎没有变形。这是 由于环氧 沥青发生化学反应生成一种类似于水泥的热固性 材料，这种材料在高温下不会软化，使环氧沥青 混凝土具有优异的高温稳定性能。 图 1 不同混合料不同试验温度下的动稳定度 2 2 抗水损坏性能 钢桥面铺装 层发生水损 害时，水 分向下渗 入 ，会影响结合料与集料的黏附性能 ，引起集料 的剥落 ，导致坑槽等病害，还会影响粘结层与钢 桥面板的粘结性能，也很容易锈蚀桥梁结构 。因 此 ，要求环氧沥青混凝土钢桥面铺装具有较好的 防水性能。本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈 裂试验评价环氧沥青混凝土的水稳定性能。 表 3 车辙试验结果 混合料类型 S B S 环氧沥青 M A 一 o_改 性 沥 青 a )浸水马歇尔试验 浸水马歇尔试验按照试验规程分为两组，一 组高温固化之后在 6 o c I = 水浴浸泡 0 5 h测试试 件稳定度 ；另一组高温 固化后在 6 O水浴中浸 泡4 8 h后测试试件稳定度，然后计算残留稳定 度。将环氧沥青混凝土和 S MA、S B S改性沥青混 凝土的试验结果进行对比，试验结果见表 4。 表 4 浸水 马歇尔试验结果 混合料类型 残留稳定度， 环氧沥青 S B S改性沥青 S MA 一1 O 95 1 8 0 2 8 4 5 由表 4试验结果可以看出，环氧沥青混凝土 浸水 4 8 h后 ，残留稳定度可达到 9 4 1 ，远高 于同条件下 的 S B S改性沥青 混合料 和 S M A一1 0 混合料的试验结果。试件在 6 0水浴 中浸泡 4 8 h 后 的稳定度甚至还有所提高 ，这是混合料在 6 0 温度下进一步固化的结果。可见环氧沥青混凝 土具有 良好的水稳性能。 b )冻融劈裂试验 浸水马歇尔试验只表征了环氧沥青混凝土在 高温条件下的抗水损害能力 ，而没有考虑铺装层 在寒冷条件下的情况。由于钢桥面板导热系数较 大，钢板的收缩变形也较大，因此本研究采用冻 融劈裂试验简单模拟并评价环氧沥青混凝土铺装 层在寒冷地区经历冻融过程后的水稳定性能。 将高温固化后的马歇尔试件在 0 0 9 MP a 条 件下饱水抽真空 1 5 m i n 、一1 8恒温下冷冻 l 6 h 、6 0 o C 水浴保温 2 4 h ，然后和未冻融的试件同 时放人 2 5恒温水浴保温 2 h后进行劈裂试验 。 第 3 期 李志宏等 环氧沥青混凝土的路用性能评价 4 5 与S M A 、S B S改性沥青混凝土的试验结果进行对 对比，试验结果见图2 和表 6。 比分析， 试验结果见表5。 衰 5 冻 融劈裂试验结果 由试验结果可以看出，环氧沥青混凝土马歇 尔试件冻融劈裂破坏最大荷载是S M A 、S B S 改性 沥青混凝土破坏荷载的6 倍，冻融劈裂强度比达 到了9 0 以上，说明环氧沥青混凝土具有优越 的抗水损坏性能。 观察冻融劈裂试验的断裂面可 以发现 ，断裂 面上一部分是集料的断裂破坏。这可能是由于环 氧沥青混凝土空隙率比较小，矿料和沥青的相对 接触面积较大 ，二者 的粘结力 比较大，而且环氧 沥青混凝土经过固化反应后强度很高，导致沥青 与集料表面粘结力进一步加强，因此劈裂试验过 程中集料从内部拉断。 2 3 低温性能研究 钢桥面铺装的极端高温高于相同地区的普通 沥青路面，而极端低温则低于后者，而且桥面铺 装层 的温度随外界环境的变化比普通沥青路面更 复杂 。尤其是钢桥面板的导热系数比混凝土或路 基材料大得多 ，钢箱梁及正交异性钢桥面板的昼 夜温差和季节性温度变化幅度也比相同地区的普 通沥青路面大。温度下降时，环氧沥青混凝土因 其模量很高会产生较大的温度应力，理论上讲， 如果气温下降很慢 ，那么由于沥青材料具有应力 松弛特性使得材料内部的温度应力能够及时地消 散。相反地，如果降温速率很快，混合料内部应 力来不及松弛而急剧积累 ，超过材料极 限强度后 就会导致开裂 J 。因此有必 要研究环 氧沥青混 凝土的低温抗开裂性能。 本文采用轮碾法成型试件，切割成 2 5 0 i n l l l 3 0 t a m 3 5 m m的小梁，通过低温弯 曲试验评价 国产 环 氧 沥青 混 凝 土 的低 温 抗裂 性 能【 4 J 。在 M T S 设备上进行试验，弯曲试验温度为 一 1 0， 加载速率为 5 0 m m m i n ，同时与 S B S改性沥青和 普通基质沥青 S M A一 1 0混合料的试验结果进行 40 35 3O z 25 20 1 5 1 O O 5 O 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 09 1 O 位移 m , n 图2 环氧沥青混凝土在 一1 0时弯曲试验 从图2可以看出，开始阶段环氧沥青混凝土 小梁的挠度随荷载的增加呈线性增加，表明此时 环氧沥青混凝土主要表现出线弹性；当荷载达到 最大值时，小梁瞬间 “ 啪”的一声断裂破坏， 小梁承受荷载迅速减小。相反，随着荷载的增 加，能够明显看到S M A 、S B S 混合料试件裂缝的 延伸 ，并且持续 的时 问也较长。与 S MA和 S B S 改性沥青 昆凝土相 比，环 氧沥青混凝土在 一1 0 时具有明显 的脆断特性。从表 6可以看出，环 氧沥青混凝土的劲度模量比S M A 、S B S 改性沥青 的模量要大一倍。在低温季节，当环氧沥青混凝 土钢桥面铺装层承受的外界荷载作用较大时，环 氧沥青混凝土需要大的变形来协调钢板的变形， 但 由于其模量较大不能产生大的变形 ，就会导致 钢桥面铺装层发生脆性断裂现象。 为了进一步分析温度稍高时环氧沥青混凝土 的弯曲性能，本研究选择在 1 5温度下进行弯 曲试验。图3为环氧沥青混凝土 l 5时弯曲试 验结果。 图3 环氧沥青混凝土在 1 5 时弯曲试验 4 6 石 油 沥 青 2 0 1 3年第 2 7卷 与 一l O时的结果相 比，虽然环氧沥青混 凝土 l 5时表现出了微弱的塑性特性 ，而且弯 曲过程中的位移有所增加 ，但从 图 3中看到环氧 沥青混凝土荷载一位移曲线近似于线性分布。当 试验施加荷载达到最大值后，小梁即发生断裂， 荷载迅速降低。与其他混凝土材料相比，环氧沥 青混凝土材料破坏时的挠度很小 。对 比 一l 0、 l 5的弯曲试验数据 ，不难发现 ： a )环氧沥青混凝 土在 l 5 的劲度模量为 2 7 0 2 MP a ，而 一l O 时 的劲 度模 量 为 9 7 5 1 MP a ，两者相差超过 4倍 。而且在 一l 0时环氧 沥青混凝土的劲度模量比 S MA、S B S改性沥青的 模量要大一倍 ，说明低温时环氧沥青混凝土的脆 性特性明显。 b )与 一l 0 c I = 的弯曲试验结果相比，环氧沥 青混凝土试件在 l 5时发生断裂时其位移有所 增加 ，增幅将近一倍 ，但 S MA、S B S混合料试件 断裂 时位移 的增 幅更大 ，达 到 1 0倍 ，而且 在 l 5时环 氧沥 青混 凝 土 的劲 度 模 量是 S M A、 S B S改性沥青模量 的 5倍 ，这说 明 1 5时环氧 沥青混凝土仍表现出了明显的脆性。 根据以上的试验分析 ，可以得出固化后的环 氧沥青混凝土属于偏脆性的 ，模量 比较大 ，变形 能力 比较差 ，尤其是在低温时脆性表现的更加明 显 ，而且温度较高时，也没有表现出粘性材料特 有的蠕变现象 ，仍表现出一定的脆性特性。由于 中国车辆超载严重 ，汽车荷载过重而引起铺装表 面拉应变过大，在过大的重复荷载作用下 ，引起 比较大的挠曲变形 ，也容易导致环氧沥青混凝土 铺装层表面出现疲劳裂缝。因此，如何降低环氧 沥青混凝土的模量， 增加环氧沥青混凝土的柔性 性能，提高环氧沥青混凝土的韧性性能，从而减 少对桥梁的翻修次数延长桥梁使用寿命，这对现 实具有重要意义 。 3结论 a )通过试验研究对 比分析 S MA 、S B S改性 沥青混凝土与环氧沥青混凝土的高温性能、水温 性能，得出环氧沥青混凝土具有优良的高温性能 及优 良的水稳性能。 b )对 比分析 一l 0 和 l 5温度下 S MA、 S B S改性沥青混凝土与环氧沥青混凝土的低温性 能 得出固化后环氧沥青混凝土属于偏脆性的， 变形能力即柔性性能差。为充分发挥环氧沥青混 凝土的优点 ，需要进一步研究提高其柔性性能和 韧性性能。 参考文献 1 黄文通， 虞将苗，张肖宁钢桥面铺装材料疲劳性 能研究 J 公路工程，2 0 0 7 ，3 2( 4 ) ：3 7 4 4 2 曹雪娟， 郝增恒，皮育晖 环氧沥青混凝土材料及 其性能试验研究 J 公路交通技术，2 0 0 6 ，2 3 ( 5 ) ：3 73 9 3 黄卫， 钱振东，程刚 大跨径钢桥面环氧沥青混凝 土铺装研究 J 科学通报， 2 (D 2 ， 4 7( 2 4 ) ：1 8 9 5 1 8 9 7 4 J T G E 2 0 -2 0 1 1 ， 公路工程沥青及沥青混合料试验规 程 第 3期 李志宏等 环氧沥青混凝土的路用性能评价 4 7 Pa v e me n t Pe r f o r ma n c e Ev a l u a t i o n o f Ep o x y As p h a l t Co n c r e t e Li Z h i h o n g，Wu Ru i h u a n，Zh a n g Ke ( H i g h w a y S c h o o l o f C h a n g z n U n i v e r s i t y， X i a n 7 1 0 0 6 4 ) Ab s t r a c t ：E p o x y a s p h a l t c o n c r e t e i s a n i d e a l ma t e ria l f o r o r t h o t r o p i c s t e e l b ri d g e d e c k p a v e me n t a n d 0 一 v e r w e i g h t t r alfi c r o a d s T o e v a l u a t e t h e i n f l u e n c e o f e po x y a s p h a l t c o n c r e t e o n r o a d p e r f o r man c e o f b ri d g e d e c k p a v e me n t ，thi s p a p e r s t u d i e d o n e p o x y b i t u me n mi x t u r e s h i g h t e mp e r a t u re s t a b i l i t y，w a t e r s t a b i l i t y a n d l o w t e mp e r a t u r e c r a c k i n g r e s i s t a n c e b y u s i n g h i g h t e mp e r a t u r e r u t t i n g d y n a mi c s t a b i l i t y t e s t ，s o a k i n g ma r s h a l t e s t ， f r e e z etha w s p l i t t i n g t e s t a n d b e n d i n g t e s t ，c o mp a r e d t h e p e rf o rm a n c e s w i th d i ff e r e n t p a v e me n t mi x t u r e s T h e r e s u l t s s h o we d tha t the e po x y a s p h a l t c o n c r e t e u s e d i n b ri d g e d e c k p a v e me n t l a y e r h a d e x c e l l e n t h i g h t e mp e r a t u r e s tab i l i t y a n d s u p e ri o r r e s i s t a n c e t o w a t e r d a ma g e F o r f u r t h e r p romo t i n g the a p p l i c a t i o n s o f e pox y a s p h a l t c o n c r e t e u s e d i n b ri d g e d e c k p a v e me n t ，i t w a s n e c e s s a r y t o s t u d y h o w t o i n c r e ase fl e x i b i l i ty a n d t o u g h n e s s Ke y wo r d s ：b ri d g e d e c k p a v e me n t ；e p o x y a s p h alt c o n c r e t e ；p e rf o r ma n c e e v alu a t i o n 短讯 格尔木今年投资交通 2 8 7 9亿元 近 日从青海省格尔木市交通局了解到，今年 ，格尔 木市将通过国省道项 目及青海省交通厅代建项 目，实施 建设五个重点交通项 目， 项 目 共计投资 2 8 7 9 亿元。 其中， 国省道重点项 目包括 ：京藏高速茶卡至格尔 木段高速项 目，格尔木境内投资 2 O亿元；1 0 9国道、 2 1 5国道北连接线工程，投资 6 6 6亿元，全长 2 2 8 4 k m，设计行车时速8 0 k m。青海省交通厅代建项 目包括 ： 察格高速公路发展大道跨铁路立交桥项 目，投资 6 9 4 2 万元 ，建设跨铁路立交桥梁长 4 4 5 m；察尔汗火车站跨 铁路互通立交桥工程，投资 3 6 0 0万元，建设跨铁路立 交桥梁长 1 6 7 0 4 6 m；桥面宽度 8 5 m；北海桥及延长线 工程，投资 1 0 8 亿元，全长4 1 9 7 k m，桥长 1 8 5 1 6 m ， 桥宽 4 2 m。 开封今年投资高速逾 1 0 0亿元 4月 1 5日从河南省开封市高速公路建设指挥部获 悉，今年，开封在建和计划开工的高速公路建设项 目共 有 4个。这 4个高速公路建设项 目全长达 2 1 7 3 6 k m， 总投资将突破 1 0 0亿元。其中，4项工程今年计划完成 投资约 2 7亿元。 据悉，开封今年的高速项 目分别是连霍高速开封段 改扩建工程、机西高速开封段工程、商登高速开封段工 程和郑民高速 ( 开封至民权段)开封境工程。 连霍高速公路开封境改扩建工程 ，计划于今年建成 通车。该项 目总投资 2 3 4 l亿元，今年计划完成投资 3 5 8亿元。 机西高速开封段工程计划于2 0 1 5年建成通车，该项 目在开封境内主要通过尉氏县，全长 3 1 7 5 k m，投资估 算2 1 亿元，今年计划完成投资5亿元。 商登高速公路开封段建设工程，计划于2 0 1 5年建成 通车。该项 目在开封全长 9 0 5 5 k J n ，途经杞县、通许 县、尉氏县 3 县。投资估算总金额 5 1 9 6 亿元 ，今年计 划完成投资 1 6 亿元。 作为今年计划开建的郑民高速 ( 开封至民权段)开 封境工程，规划里程全长3 1 3 5 k m，投资估算 1 7亿元， 年内计划完成投资2亿元。 目前，该项目正在进行下程 可行性研究报告等前期工作 ，规划仍在调整当中。 青海 1 3条公路开工 2 0 1 3年 4月 2 5日消息，青海省 l 3项重点公路工程 全面开工，总里程 2 6 5 4 k m，总投资 3 9 7 4 1亿元。其 中，高速公路 8 5 5 k m，一级公路7 6 k m，二级公路 1 7 2 3 k m。 1 3项公路工程包括：西宁南绕城、茶卡至格尔木、 香 日德至花石峡、牙什尕至同仁高速和玉树灾后重建 2 1 4国道共和至玉树高速、结古至囊谦段公路，3 0 9省道 多拉马科至杂多公路，3 1 2省道珍秦至称多公路和 3 0 8 省道玉树至不冻泉公路。 此外，2 0 1 3年年内，青海省还将全力做好公路建设 的前期工作，确保德令哈至香 日德、花石峡至大武、大 武至久治 ( 省界)3条高速和治多经杂多至囊谦三级公 路以及共和至玉树二期工程开工。这5 个项目总长 1 6 6 7 k m，总投资约 2 1 7亿元。 ( 沥青情报站供稿)