第期王建伟等国产环氧沥青混合料施工控制从材料机理改变施工控制要素以适应特定铺装使用条件本文选取自主研发的国产环氧沥青材料进行了试验研究重点研究了环氧沥青混合料的低温施工性能容留时间范围混合料强度发展规律及影响因素并在此基础上总结了国产环氧沥青混凝土的施工控制关键指标最后通过国

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1 第卷第期年月东南大学学报自然科学版!"#$%&#% '$$ & " ' $ $ & 国产环氧沥青混合料施工控制王建伟沈家林钱振东东南大学交通学院南京东南大学智能运输系统研究中心南京摘要为充分验证国产环氧沥青混合料的低温施工性能容留时间范围强度发展规律及影响因素等主要特性对其进行了低温压实及马歇尔试验研究研究表明国产环氧沥青混合料可在 ( 低温条件下进行施工 ( 容留温度条件下混合料的最长容留时间达 )$& 在混合料达到最终强度前其强度随养生时间的增加而增长且养生温度是其强度增长的重要影响因素最后通过国产环氧沥青铺装混合料在国内某大跨径桥梁钢桥面上的应用情况对研究成果进行了工程验证结果表明国产环氧沥青混合料具有良好的低温施工性能及宽泛的容留时间范围且其强度的发展主要取决于养生的时间及温度关键词国产环氧沥青钢桥面铺装低温施工容留时间强度增长中图分类号文献标志码文章编号 **!"! +&, $&-%$.%& $"$& /$& 0.%&' &, #. " 1!&!$ &.% &$ %! $ & $&,.$& &%"$,%&!&!$ & %) % %!#. %&%!.% &$ %! $ & $&,.$& #$&!'%! '%1$&%)!#.!#%!$ $# 1' )% $#%.")$!% #. # &*!#$ & %!1!)&#%" - %) %!!%!% %! %' $)%1!)$!%!%&,. $&#!% $&,!"%&' 1#! 1)$!% # ) #$ & % $& " - %) %!!%&'!."% -%!%' &%.%!% ". -.' )% $#%.")$!%#& %# &!#%' " -%) %!!%# &'$$ & 1(!% %! %' %) %!!%( $ " &,%!% %! %' $)%$ )$& &' &$".%1$&"!%&,. $!%#.%'.%!%&,. 1' )% $#%.")$!%$&#!% % -$. $)%&' $!%&,. $&#!% * $&, $ )$&" 1%#%' %) %!!% % %!#.!% ". % %%& %!$1$%'.% "$#$ & 1' * )% $#%.")$!% ' )% $#" &, &!$',% %%"'%#2!1#$&, $. -&. # &!#$ & %!1!)&#% 1' )% $#%.")$!%" -%) %!!%$, ' $!% %! %' $)%!&,%$ " &, &'!%&,. 1' )% $#%.")$!%$&#!% % -$. #!$&, $)%&' %) %!!% % " & ' )% $#%." %%"'%#2!1#$&, " - %) %!!%# &!#$ &!% %! %' $)%!%&,. $&#!% $&, 环氧沥青混凝土是由环氧沥青结合料和级配集料拌合而成的一种强度高刚性大的沥青混凝土具有良好的耐腐蚀性高温稳定性水稳定性和抗疲劳特性由于其优异的使用性能从南京长江二桥开始环氧沥青混凝土被引入到国内的大跨径钢桥面铺装工程中并相继在国内多座大跨径钢桥铺面工程中得到成功应用目前国内钢桥面铺装所使用的环氧沥青材料多为美国环氧沥青材料该材料对施工温度条件的要求极为苛刻规定施工期间环境温度需不低于 ( 且由于关键技术保密该材料的容留时间强度发展规律等施工关键控制因素要求严格难以收稿日期 ** 作者简介王建伟男工程师钱振东联系人女博士教授博士生导师 3$&4' % %' #& 基金项目教育部新世纪人才计划资助项目引文格式王建伟沈家林钱振东国产环氧沥青混合料施工控制东南大学学报自然科学版 ' $ $ &

2 第期王建伟等国产环氧沥青混合料施工控制从材料机理改变施工控制要素以适应特定铺装使用条件本文选取自主研发的国产环氧沥青材料进行了试验研究重点研究了环氧沥青混合料的低温施工性能容留时间范围混合料强度发展规律及影响因素并在此基础上总结了国产环氧沥青混凝土的施工控制关键指标最后通过国产环氧沥青铺装材料在国内某大跨径钢箱梁桥面上的应用情况进行了工程验证 ' 试验 ' ' 试验材料优质的原材料是保证桥面铺装性能的先决条件为满足钢桥面混凝土铺装的性能要求确保钢桥面混凝土铺装的成功实施必须做好集料与沥青这种关键材料的选择并在此基础上优化设计混合料与结构组合环氧沥青混凝土对集料的要求较高集料应采用洁净干燥坚硬耐磨的非酸性矿料表面为破碎面形状以近似立方体为主同时为减小高温季节太阳辐射对铺装层的升温作用宜选用浅色集料本文使用的国产环氧沥青为型国产环氧沥青结合料环氧沥青由种组分组成组分环氧树脂和组分 5 由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物组分和组分 5 在约 ( 情况下进行混合混合后国产环氧沥青的技术指标如表所示表 ' 国产环氧沥青的技术指标技术指标技术要求试验方法质量比与 5 抗拉强度 ( 6 75 断裂延伸率 ( 8 75 热固性 ( 不熔化小试件放在热钢板上黏度增至 6 的时间 ( )$& 采用较细的级配可以延长钢桥面铺装层的疲劳寿命但偏细的级配将减小路面的宏观粗糙度从而减小潮湿状态下路面的抗滑性能综合考虑抗疲劳及抗滑的要求并且兼顾铺装厚度的要求本文采用的钢桥面环氧沥青铺装混凝土的级配曲线同南京长江二桥混合料马歇尔试件空隙率及稳定度是环氧沥青混合料组成设计的重要控制指标根据环氧沥青混合料的特性要求固化试件空隙率需小于等于 8 稳定度大于等于 2 通过马歇尔试验同时考虑到在实桥铺装过程中环氧沥青混合料不同于实验室的固化过程综合考查固化及未固化试件的性能后确定最佳油石比质量比为 8 ' 施工环境温度本文以混合料空隙率及初期强度作为控制指标研究国产环氧沥青混合料的低温施工性能采用轮碾法并控制环境温度模拟实际施工中混合料在低温情况下的碾压效果同时在此环境温度下采用马歇尔试验法研究国产环氧沥青混合料的初期强度本文研究温度分别为和 ( 试验温度偏差不超过 ( 在种试验温度条件下采用轮碾法成型 )) )) )) 的板块状试件模拟现场施工的要求当混合料温度降至 ( 以下时停止碾压将成型的试件放入 ( 的烘箱中固化. 随后取出冷却并钻取直径为 )) 的圆柱体芯样测定其空隙率为保证取芯试样充分反映所成型试件的碾压效果每个试验温度条件下成型块板块状试件每块试件钻取个芯样个边角及中心各一个同时在相应环境条件下成型马歇尔试件自然养生. 后测定其强度测试结果如表所示表国产环氧沥青混合料施工环境温度试验温度 ( 空隙率 8 稳定度 2 技术标准由取芯试件空隙率可知除试验温度 ( 外试验温度及 ( 条件下成型试件的空隙率均满足技术指标的要求同时在种温度条件下成型的马歇尔试件均具有较高的初期强度其平均稳定度均超过了控制指标 2 综合考虑空隙率及稳定度的要求国产环氧沥青混合料在环境温度 ( 情况下进行施工虽然其稳定度满足要求但无法保证空隙率的要求并不能达到预期的碾压密实度当环境温度为 ( 时成型的国产环氧沥青混合料试件能同时满足空隙率及稳定度的要求故以 ( 作为国产环氧沥青混合料的最低施工控制温度能同时保证混凝土具有良好的碾压效果及较高的初期强度保证铺装层的施工质量

3 东南大学学报自然科学版第卷 ' 混合料容留时间当环氧沥青两组分混合后化学反应就随之开始体系黏度随着时间的增长逐步增加反应达到一定阶段后其黏度突然增加同时形成了不熔的凝胶体因此施工中从拌和到摊铺环氧沥青的黏度随时间不断变化在该变化过程中如果过早地进行卸料摊铺和碾压此时结合料黏度较低则容易导致混合料出现离析等现象反之如较晚进行施工此时结合料的黏度过大又会导致摊铺困难和碾压不密实因此通过试验研究国产环氧沥青混合料的容留时间即施工时间显得尤为重要环氧沥青混合料的温度一般控制在 ( 左右本文通过马歇尔试验来研究此容留温度下国产环氧沥青混合料的容留时间并将固化试件空隙率小于等于 8 稳定度大于等于 2 作为确定混合料容留时间的控制指标根据实际施工的要求试验混合料的容留时间范围为 )$& 将拌合好的沥青混合料放入 ( 的烘箱中保温不同的时间后进行击实成型成型后的试件放入 ( 的烘箱中固化. 马歇尔试验结果如图所示件空隙率小于等于 8 的最长容留时间为 )$& 稳定度大于等于 2 的最长容留时间为 )$& 故当容留时间不超过 )$& 时成型的国产环氧沥青混合料试件同时满足空隙率及稳定度的要求由此可知国产环氧沥青混合料 ( 温度条件下的容留时间最长可达 )$& 故当混合料温度为 ( 时容留时间在 )$& 之内可以进行国产环氧沥青混合料的施工 ' 混合料强度发展规律环氧沥青混合料的强度增长规律不同于普通沥青及一般的改性沥青混合料有必要研究其强度增长规律来确定环氧沥青混凝土铺装的养护时间通过对放置不同时间后的未固化国产环氧沥青混合料试件室温约为 ( 与固化试件的试验结果进行对比发现未固化试件的稳定度是随时间的增加而增长的如图所示且温度条件对试件强度增长的影响很大若采用烘箱进行高温养生环氧沥青混合料在几个小时内就能达到最终强度且温度越高其达到最终强度所需的时间越短如图所示 ( 条件下养生试件达到最终强度的时间为. 而 ( 条件下仅需. 图国产环氧沥青混合料强度发展规律图 ' 国产环氧沥青混合料容留时间由图可知在 ( 容留温度下对应于试在室温约 ( 条件下养生的国产环氧沥青混合料试件强度达到通车要求的 2 需要时间为 ' 左右由于实桥铺装混凝土施工期间的温度条

4 第期王建伟等国产环氧沥青混合料施工控制件与室内试验期间并非一致故在国产环氧沥青混凝土铺装的施工期间需每天取样成型试件并进行自然条件下的养生以模拟实桥混凝土铺装的强度增长过程养护期间需封闭交通以避免对铺装造成早期损害待其强度达到要求的范围后方可开放交通工程实例 ' 工程条件国内某大跨径斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁公路桥面主梁中部 ) 正交异性钢桥面板为铺装范围铺装结构为 ) 环氧沥青防水黏结层! 下面层 #) 环氧沥青混凝土! ) 环氧沥青黏结层! 上面层 #) 环氧沥青混凝土大桥钢桥面环氧沥青混凝土铺装的施工时间为月下旬至月中旬根据对此期间历年天气情况的调查发现每日最高气温基本不超过 ( 故桥址地区气候条件不适合美国环氧沥青混凝土的施工环境温度的要求并且钢桥面环氧沥青混凝土铺装一般不设置施工横缝单层一幅混凝土需一次作业完成故每天的施工时间必须保证足够完成这一工作量根据对摊铺长度及摊铺速度的计算需要. 施工时间选取每天气温最高的. 进行施工环境温度一般在 ( 以下 ( 以上故可采用国产环氧沥青混凝土作为铺装材料本次钢桥面混凝土铺装的施工是国内首次在引桥未开通的情况下进行主桥铺装混凝土的施工其通过架设在南岸引桥处的龙门塔吊将装载沥青混合料的运料斗运送至停靠于引桥的装载车上再由装载车运送至摊铺机进行摊铺经计算由拌合楼出料至混合料摊铺完毕需要 )$& 左右的时间混合料温度为 ( 时国产环氧沥青混合料容留时间可达 )$& 故其可满足大桥混凝土铺装施工时间的要求同时给施工提供了更加充裕的时间解决施工中的突发事件减少了废料的产生为施工提供了延续性得以保证工程质量降低工程浪费工程验证通过大桥混凝土桥面国产环氧沥青铺装混凝土试验段取芯试件测试结果显示芯样的平均空隙率为 8 故将环境温度不低于 ( 混合料 ( 最长容留时间 )$& 作为国产环氧沥青混凝土的控制指标进行施工达到了预期的施工效果为了确定大桥环氧沥青混凝土铺装的强度增长规律及养护时间施工期间每天成型马歇尔试件进行实桥环境条件养生以模拟桥面混凝土铺装的强度增长规律养生试件的强度发展规律如图所示由图可知在达到最终强度前试件强度随时间的增加不断增长同时试件养生期间随着季节转换冬季至春季气温条件发生了变化故 ' 后随着气温上升试件的强度增长速率明显加快环氧沥青混凝土铺装达到通车要求的强度指标为稳定度大于等于 2 故大桥国产环氧沥青混凝土铺装达到通车要求的时间为 ' 左右且在 ' 后铺装混凝土试件强度趋于稳定达到最终强度图大桥国产环氧沥青铺装混凝土自然养生强度发展规律结论美国环氧沥青混凝土对施工环境温度的要求过于苛刻其规定施工环境温度需高于 ( 经验证国产环氧沥青混凝土具有更加宽泛的施工环境温度范围当环境温度不低于 ( 时进行国产环氧沥青混凝土的施工既能达到良好的碾压效果也能保证铺装的初期强度国产环氧沥青混合料在 ( 条件下的最长容留时间可达 )$& 在满足施工时间的同时也能为施工提供更加充裕的时间解决施工中的突发事件提高工程延续性保证工程质量通过对不同温度的烘箱养生试件及自然养生试件强度增长规律研究表明养生温度及时间是环氧沥青强度增长的主要影响因素未固化试件的稳定度是随时间的增加而增长的因此在国产环氧沥青混凝土铺装铺设完毕后必须对施工期间成型的试件进行实桥环境条件下的养护养护期间需封闭交通待其强度达到通车要求后再开放交通通过国内某大跨径桥梁钢桥面国产环氧沥青混凝土铺装工程应用可知按最低施工温度

5 东南大学学报自然科学版第卷 ( 及混合料 ( 最长容留时间 )$& 作为施工控制达到了良好的施工效果通过施工过程中每天取样试件强度发展可知国产环氧沥青混凝土强度随时间的增加而增长同时养生温度是其强度增长的重要影响因素大桥环氧沥青混凝土铺装达到通车要求的 2 需要 ' 左右且在 ' 后其达到最终强度参考文献黄卫大跨径桥梁钢桥面铺装设计理论与方法北京中国建筑工业出版社黄卫钱振东程刚等大跨径钢桥面环氧沥青混凝土铺装研究科学通报 &, +%$ /$& 0.%&' &,.%&, 7&, %" %* %!#. 1%."# &#!%%!1#$&, & " &, & %%"'%#2 ( $&.$&% % /$& 0.%&' &, &, +&, $&-%$!! % "$ & 1%!% $& ) '$1$%'.")$!%! "# $%& %' &, +&, $&-%$ /$& 0.%&' &, % %!#. &.% %!1!)&#% 1" #" '% %" %' %.")$ *!% '&!!! 6!%!$. 1!$# 朱义铭国产环氧沥青混合料性能研究 9 南京东南大学交通学院黄卫李淞泉南京长江第二大桥钢桥面铺装技术研究公路 &, +%$ $ &,3 & '& %%"'%#2 $&, %#.& ",1.% %# &' "!,%!$',% %!.% &,4%!$ %!$& & $&, &( $ $&.$&% % 艾长发邝习东陈炯等低温压实对沥青混合料路用性能的影响公路交通科技 $.&,1 : &, ;$' &,.%& $ &, %" &1"* %&#% 1# ) #$ & $& " - %) %!!% &.")$ *!% %!1!)&#%! &( $ ' ) ' *# + ) $&.$&% % 闵召辉黄卫环氧沥青的黏度与施工性能研究公路交通科技 $& 0.. $ &, +%$ '& $ # $ &' # &*!#$ &! %!1%."! &( $ ' ) ' *# + $&.$&% % 陈磊磊环氧沥青混合料动态参数试验研究 9 南京东南大学交通学院闵召辉张占军钱振东等环氧沥青混合料强度的时温依赖性中国公路学报 $& 0.. $ 0.&, 0.& & /$& 0.%&' &, %" 9% %&'%&#1$)%*%) %!!% 1%.")$ *!%!%&,.! &( $ ' * $&.$&% %

第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 741 同样采用黏温曲线确定拌和与压实温度, 则拌和温度有时会高于 190, 在此温度条件下, 沥青迅速老化, 严重影响沥青混合料路用性能 [2]. 目前, 改性沥青混合料配合比设计仍沿用马歇尔配合比设计方法, 施工温度是根据经验在普通沥青混合料

第 6 期张宜洛等 : 改性沥青混合料施工温度的确定 741 同样采用黏温曲线确定拌和与压实温度, 则拌和温度有时会高于 190, 在此温度条件下, 沥青迅速老化, 严重影响沥青混合料路用性能 [2]. 目前, 改性沥青混合料配合比设计仍沿用马歇尔配合比设计方法, 施工温度是根据经验在普通沥青混合料 2016 年 11 月 Nov.2016 第 37 卷第 6 期 Vol.37 No.6 doi:10.3969/j.isn.1671-7775.2016.06.021 改性沥青混合料施工温度的确定张宜洛, 郭科, 赵少宗, 李晨, 杨自广 ( 长安大学公路学院, 陕西西安 710064) 摘要 : 为了研究改性沥青温度与黏度的关系, 由扭矩代替黏度, 根据改性沥青混合料与基质沥青混合料达到相同的扭矩,