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        鋼橋面鋪裝用熱溫拌環氧瀝青混凝土性能對比
        2020年03月03日    閱讀量:4468    新聞來源:瀝青路面  |  投稿

        摘 要

        結合南京南站綜合樞紐龍西互通二期實體工程,對溫拌和熱拌環氧瀝青混凝土原材料組成、結合料性能和混合料性能進行了系統研究,全面比較了溫、熱拌環氧瀝青鋪裝施工工藝的區別。研究得出兩種環氧瀝青混合料均具有優良的高低溫性能和抗水損害能力,路用性能相差不大;熱拌環氧瀝青的黏度與時間表現出對數相關的關系,使得混合料在高溫下具有更長的容留時間,可大大降低施工難度;溫拌環氧瀝青混合料需要對拌和樓進行改造,而且料車不可以直接行駛于黏結層之上,這極大限制了溫拌環氧技術體系在現有橋面大中修工程中的應用。因此從經濟性和對交通的影響程度而言,熱拌環氧瀝青混合料更具優勢瀝青網sinoasphalt.com


        關鍵詞:環氧瀝青 | 熱拌 | 溫拌 | 鋪裝性能 | 施工工藝


        南京南站綜合樞紐快速環線龍西互通二期工程,位于南京南站西南角,是南京市政府為緩解城市交通擁堵的重點項目之一。龍西互通二期工程在一期基礎上增設東轉南、西轉南及北轉東3個轉向匝道,形成“三層喇叭型”部分互通立交。

        工程新建3個匝道解決了主城區轉南站南廣場方向、南站南廣場轉機場方向、將軍大道轉機場方向的交通通行問題,將有效緩解南京南站北廣場交通擁堵壓力、充分發揮南站南廣場的客流集散作用,進一步完善南京南站集疏運道路系統。隨著城市現代化建設的快速發展,可以預見,日益增長的交通量是必然的,這就要求橋面鋪裝需要具有足夠的強度與良好的抗疲勞性能。


        橋面鋪裝是大跨徑鋼橋建設中的關鍵技術之一,受到國內外學術界與工程界的高度重視與關注。良好的橋面鋪裝不僅為高速行車提供行駛安全性與舒適性,同時也為鋼橋面板提供可靠的保護[1-3]。在各類鋼橋面鋪裝材料中,環氧瀝青混凝土由于強度高、穩定性好,適用于國內夏季高溫和超載、重載車輛多的使用條件,在我國得到了廣泛的應用,并取得了良好的使用效果。


        環氧瀝青混凝土按照鋪裝施工溫度可分為溫拌型(拌和溫度110℃~121℃)和熱拌型(拌和溫度165℃~190℃)兩種。其中溫拌型代表為美國環氧瀝青混凝土。2000年9月,南京長江二橋首次引入美國環氧瀝青混合料進行橋面鋪裝,該橋通車至今路面質量良好,未出現大的病害[1]。熱拌型代表為日本環氧瀝青混凝土。自2003年起,日本的環氧瀝青逐漸進入我國市場,并在江陰長江大橋和潤揚長江大橋橋面修復中得到應用[4],隨后在黃埔大橋、泰州大橋、江順大橋等新建工程中逐漸得以推廣。由于其采用與普通改性瀝青混凝土相近的施工工藝,大大降低了施工質量控制難度,同時還解決了溫拌型環氧瀝青混凝土對施工允許時間和溫度嚴苛要求的缺陷,適用于我國大交通量條件下的橋面鋪裝快速修復工程,市場占有率已超過溫拌型環氧瀝青混凝土[4-6]。


        盡管兩種環氧瀝青混合料在我國均已被廣泛使用,但研究多集中在各自的混合料性能和應用方面,缺乏關于溫拌和熱拌環氧瀝青混合料鋪裝性能和施工工藝的對比性研究[7-11]。為此,本文結合南京南站綜合樞紐龍西互通二期實體工程,從原材料的組成、結合料性能、混合料的性能以及施工工藝等方面對溫拌和熱拌型環氧瀝青混合料進行比較研究,希望為類似的工程應用提供借鑒與參考。


        原材料

        溫拌環氧瀝青


        溫拌環氧瀝青結合料由圖1所示的組分Aw和組分Bw按照100∶585的質量比例進行混合。其中,組分Aw是由雙酚和表氯醇經反應得到的雙環氧樹脂,不含稀釋劑、軟化劑和增塑劑;組分Bw是一種由石油瀝青和環氧樹脂固化劑組成的均質合成物。兩種組分的技術指標分別如表1和表2所示。

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        熱拌環氧瀝青


        熱拌環氧瀝青結合料是由基質瀝青、環氧樹脂主劑(組分Ah)和固化劑(組分Bh)按照100∶56∶44的質量比例混合固化而成。其中,組分Ah和Bh如圖2所示,相應的技術指標如表3和表4所示熱拌環氧瀝青結合料是由基質瀝青、環氧樹脂主劑(組分Ah)和固化劑(組分Bh)按照100∶56∶44的質量比例混合固化而成。其中,組分Ah和Bh如圖2所示,相應的技術指標如表3和表4所示。

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        環氧瀝青結合料性能

        環氧瀝青黏度特性


        為了研究不同溫度條件下環氧瀝青黏度隨時間的動態變化規律,根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中“瀝青布氏旋轉黏度試驗”(T0625-2011)所規定的試驗方法[12],采用Brookfield黏度計對固化反應過程中環氧瀝青結合料的黏度進行跟蹤測試。其中,溫拌環氧瀝青結合料試驗溫度為110℃、115℃、120℃、125℃、130℃,熱拌環氧瀝青結合料試驗溫度為160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃,試驗結果如圖3所示。

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        從圖3可以看出,隨著時間和溫度的增加,溫拌環氧瀝青黏度均呈上升趨勢。以120℃溫度條件下黏度曲線為例,黏度達到1000mPa.s的時間為59min,而且隨著時間的增加,黏度增加的速率在逐漸增大,黏度與時間表現出指數相關的關系。由此說明,溫拌環氧瀝青結合料對攤鋪時間的要求較為苛刻,從混合料拌和完成、裝車、運輸、攤鋪到碾壓,必須控制在90min以內完成施工,否則過大的黏度會影響壓實效果,進而影響路面和橋面鋪裝的使用性能,嚴重時會產生大量棄料,造成不可挽回的經濟損失。


        與之相反,熱拌環氧瀝青結合料的黏度隨溫度升高則逐漸下降,而且在不同溫度下,熱拌環氧瀝青結合料的黏度與時間均表現為對數相關的關系,黏度增長的速率隨時間迅速減小,最后趨于平緩。該特性有效延長了混合料的攤鋪時間,相比于溫拌環氧瀝青結合料90min以內的容留時間,熱拌環氧瀝青結合料的攤鋪時間更為寬泛,從混合料拌和到施工完成控制在150min以內即可,施工時間更為靈活。

        環氧瀝青拉伸特性


        根據《道路與橋梁鋪裝用環氧瀝青材料通用技術條件》(GB/T 30598-2014)要求[13],采用直接拉伸試驗儀對環氧瀝青結合料進行拉伸試驗,測量的主要指標為抗拉強度和斷裂延伸率。拉伸試驗過程和試驗結果分別如圖4和圖5所示。

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        分析圖5中拉伸性能試驗數據可知,無論是溫拌型還是熱拌型環氧瀝青結合料,其拉伸強度和斷裂延伸率均滿足相應規范要求。而且熱拌型環氧瀝青結合料的抗拉強度要優于溫拌型環氧瀝青結合料,不可避免地,其斷裂延伸率也略小一些。但總體而言,二者都具有優良的拉伸性能。

        環氧瀝青混合料性能

        根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)[12]及以往工程實踐經驗,對完全固化后的環氧瀝青混合料分別進行馬歇爾穩定度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗和小梁低溫彎曲試驗,對比分析溫拌和熱拌環氧瀝青混合料的高低溫性能和水穩定性能,試驗結果如圖6~圖9所示。

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        從圖6~圖9可以清楚地觀察到,無論是馬歇爾穩定度試驗、車轍試驗、凍融劈裂試驗,還是小梁低溫彎曲試驗,兩種環氧瀝青混合料的試驗值均滿足相應技術要求,說明二者的抗車轍能力、抗水損害能力以及耐低溫性能均十分優異。并且,熱拌型環氧瀝青混合料的各項路用性能要略優于溫拌型,但由于差值很小,故路用性能不足以成為比選兩種環氧瀝青混合料孰優孰劣的關鍵因素。


        施工工藝

        溫拌和熱拌環氧瀝青混合料在我國均已得到充分應用,但由于二者的施工溫度不同,從而導致二者的施工工藝也有很大差別。結合南京南站綜合樞紐龍西互通二期工程,對溫拌和熱拌環氧技術體系的鋪裝施工工藝詳細總結如下。


        技術體系對交通的影響

        施工過程中,溫拌環氧瀝青混凝土在涂刷黏結層后,料車不可直接行駛于黏結層之上,否則會出現黏輪現象,如圖10(a)所示,因此攤鋪作業時需封閉攤鋪車道和相鄰車道。對于現有大橋尤其是作為交通網絡節點的特大型鋼橋而言,在進行橋面大中修施工作業時,由于交通量很大,封閉兩個車道進行維修根本不可能實現,嚴重限制了溫拌環氧瀝青技術體系在橋面大中修工程中的應用。而熱拌環氧瀝青黏結料在涂刷24h之后,環氧材料會發生微固化反應從而具有早期強度,因此料車可直接行駛于黏結層之上,如圖10(b)所示。

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        同時,溫拌型環氧瀝青混凝土施工完畢之后需養生30~45d,熱拌型環氧瀝青混凝土卻只需養生4~7d即可開放交通。因此從對交通的影響程度而言,熱拌環氧瀝青混凝土更占優勢。


        技術體系對成本的影響

        溫拌環氧瀝青混合料的價格相對較低,但由于對拌和設備的特殊要求,需增加美國化學系統公司型號MM2.2計量混合機,耗資大(約20萬美元),且設備要提前6個月預訂,一旦出現故障將嚴重影響工程質量和進度,施工組織性差。比較而言,熱拌環氧瀝青混合料的拌和溫度與普通瀝青混合料的拌和溫度相同,無需對拌和樓進行改造,只需增加主劑和固化劑兩個儲罐,一般拌和場就能完成生產要求,如圖11所示。因此,在經濟性方面,熱拌環氧瀝青混合料更占優勢。

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        結語

        (1)溫拌環氧瀝青結合料黏度與時間表現出指數相關的關系,對攤鋪時間的要求較為苛刻,混合料拌和完成后,必須控制在90min以內完成施工;相反,熱拌環氧瀝青結合料黏度與時間表現出對數相關的關系,在高溫下具有更長的容留時間,從混合料拌和到施工完成可控制在150min以內,施工時間更為靈活。


        (2)兩種環氧瀝青混合料均具有優良的抗車轍能力、抗水損害能力和耐低溫性能,而且熱拌型的各項性能要略優于溫拌型,但由于差值很小,故路用性能不足以成為比選兩種環氧瀝青混合料孰優孰劣的關鍵因素。


        (3)溫拌環氧瀝青混合料的拌和樓需要改造,增加美國化學系統公司型號MM2.2計量混合機,改造時間長、耗資大;而熱拌環氧瀝青混合料的拌和溫度與普通瀝青混合料相同,無需對拌和樓進行改造,一般拌和場就能完成生產要求。因此經濟性方面熱拌環氧瀝青混合料更占優勢。


        (4)溫拌環氧瀝青混凝土在涂刷黏結層后,料車不可直接行駛于黏結層之上,攤鋪作業過程中需封閉攤鋪車道和相鄰車道;而熱拌環氧黏結料在涂刷24h之后,環氧材料會發生微固化反應從而具有早期強度,料車可直接行駛于黏結層之上而不發生黏輪現象,施工時只需要封閉攤鋪車道即可。因此,從對交通的影響程度而言,熱拌環氧瀝青混凝土更占優勢。


        標簽:今日頭條技術中心瀝青混凝土改性瀝青
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