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1、S H A N GHAI HI GH W AY S 温拌 环氧 沥青 的研 究与应 用 柴冲 冲 黄 明 李 彦伟 黄卫 东 同济大 学 道路 与交 通工 程 教育 部重 点 实验 室 石家 庄 市交 通运 输局 摘 要 一 般 的温 拌沥 青虽 能 够 降低 一定 的排 放 减小 一定 的 能耗 但却 不 能带 来 与传 统热 拌 沥 青 混合 料 同样 的性 能 其 摊 铺 路 面 通 常 存 在 黏 结 力 不 足 高 温 易 产 生 车 辙 水 损 害 严 重 等 隐 患 为 了 解 决 温 拌 沥 青 的 这 个 难 题 利 用 环 氧 树 脂 作 为 改 性 材料 研 发 出了一
2、种 Y1环 氧沥 青 这种 环 氧沥 青 混合 料 能将 施 工温 度 较 传 统 热 拌沥 青 混 合 料 下 降 5 0 6 0 并且 在施 工 过程 中无 浓 烟和 毒性 气 体 并 在此 基 础上 保证 了混合 料很 好 的 马 歇尔 强 度 水 稳 定 性 和 高温 抗 车 辙等 路 用性 能 具 有很 好 的 实 践 意 义 关键词 温拌沥青 环氧沥青 马歇尔稳定 度 水稳定 性 高温性 能 0 引 言 传统 的 热拌 沥青 混合 料 HMA 是 一 种 热拌 热 铺 材料 在 拌 和 摊 铺 及 碾 压 时需 要 较 高 的温 度 且 生 产 和施 工 的过程 需 消耗 大 量
3、能 源 同时 沥 青 热 老 化 会 排 放 出大量 的废 气 和粉 尘 影 响 环 境 和 施 工 人 员 的 身 体 健康 由此 温 拌 沥 青 应 运 而 生 温拌 沥青 混合 料 是 一种 低排 放 低 能耗 的新 型环 保 材 料 与传 统 热 拌 沥 青相 比 其燃 料 消 耗 量 降 低 约 2 O 3 O 摊 铺 碾 压过程 中烟尘 等气 体 排 放 可减 少 5 0 以上 因 而 大 大 降低对 环 境 的 污 染及 对 施 工 人 员 的 损 害 同时 温 拌沥 青 的施 工温 度 比热 拌 沥 青 低 有 效 减 轻 了拌 和 过 程 中沥青 的 老化 延 长 了沥青 路
4、 面 的使 用 寿命 1 温 拌沥 青 的特 点 温 拌 沥青 主要 具有 以下特 点 1 沥 青 混 合 料 生 产 和 施 工 温 度 约 降 低 3 O 5 0 可 以节 约 能耗 2 0 以上 减 少 振 动 压路 机 使 用 时对 桥梁 和 沿线 建 筑结 构 的影 响 2 排放 量 少 温拌 沥青 混 合 料 可 以 大 幅度 减 少 沥青 混合 料拌 和 过 程 中 的气 体 排 放 物 种 类 和 排 放 量 一 般 拌和 温度 每 降低 1 0 沥 青烟 雾 和 C O 的排 放量 会 随 之减 半 由于 有 效 控 制 了气 体 的 排 放 一 般 可 以 节省 沥青 拌和
5、 楼 3 O 5 0 的 间接 成 本 并 大 大 减 小 有 害气 体对 施 工人 员 身体健 康 的危 害 见 图 1 3 延 长沥 青路 面施 工 期 扩大 应用 范 围 由于 温 拌 沥青 混合 料施 工 温度 比热 拌 沥 青 混 合 料 低 因 此 在 收 稿 日期 2 0 1 0 1 1 1 5 基 金 项 目 国 家 自然 科 学 基 金 资 助项 目 5 0 3 0 8 0 2 1 环境 温 度较 低 和 温 度损 失 较 快 时 温拌 沥 青 混 合 料 具 有很 大 的应 用 优势 从 而大 大延 长沥 青路 面 的施 工期 甚 至可 以进 行冬 季施 工 温拌 沥青 混
6、 合料 较低 的拌 和 摊铺 和 碾压 温度 特别 适 合于 沥青 混凝 土在 隧 道路 面 中 的应 用 图 1 H MA 左 和 W MA 右 混 合 料 对 环 境 影 响 对 比 但一 般 的温 拌沥 青也 会存 在 以下 问题 l 2 黏结 强度 不 高 抗 剪 切性 能不 强 容 易诱 发 高 温 车 辙 国 内温 拌 沥青 不 够 成 熟 许 多技 术 都 是 国外 专 利 温 拌 沥青 混合 料 制 备 过 程 中石料 加 热 温度 较 低 这 样 石 料 中水分 不 能 完 全排 除 滞 留在 石 料 中 的水 分 容 易 聚 集在 石料 与 沥青 表 面 诱 发水 损 害
7、2温拌 环 氧沥 青 的适 用性 环 氧沥 青通 常 用 在 钢 桥 面铺 装 有 着 很 好 的 强 度 和耐 疲 劳性 能 环 氧 沥青 分为 A B两种 组 分 通 常 称 环氧 树脂 为 A 组 分 环 氧 沥青 中沥 青 与 固化 体 系 的 混 合物 为 B组 分 在实 验 室 或 者 施 工 拌 和 过程 中 在拌 入石 料之 前将 A B两 组 分 混 合 是 环 氧 沥青 不 同 于其 N o 4 2 0 1 0上冯 么魄 1 9 s一 G一 它改性 沥青 的特 点 由于 固化 体 系 的不 同 B组 分达 到施工可 拌和黏 度 的温度 不 同 这 就决 定 了不 同 的环
8、氧沥青有 着不 同的一 系列 的施 工温 度 结合 上述温 拌 沥青 的特 点 本次 试 验 发 现有 一 种 Y1固化 体 系有 如下 的特 点 Y1固化 剂 和其 增韧 剂 一 道 与沥青搅 拌后 B组 分 常温有很 微 弱 的流动 性 各 个 温度 下 的黏 度见 表 1 根据 拌 和最 佳 黏度 1 7 0 MP a S l 3 就 可 以推 算 出 Y1最 佳 拌 和 温度 在 1 0 o 左 右 考虑 到将要加 入冷环 氧树 脂 最优 拌 和温度 为 l O 5 这就满 足 了温拌 的要 求 较 HMA 降低 了 5 0 6 O 左 右 而 且 在 试 验 过 程 中 烟 雾 很
9、小 亦 没 有 难 闻 的 气 味 Y1 初 步 的常 温胶 凝 时 间 为 4 8 h 进 一 步 需 用 在 0 以上的温 度都 可 以缓 慢 固化 9 0 1 2 0 d Y1为 胺 类 固化剂 吸湿性 不如酸 酐类 这 样 使得 Y1环 氧沥 青 既可在 低湿度 环境 下施工 也 可在高湿 度环 境下 施 工 而且 Y1环氧 沥青 不 含 水 有 效 地 减 少 了水 对 混 合 料 的损害 而且 Y1混 合 料 拌 和 时基 本 无废 烟产 生 这 说 明 Y1 既 满 足上 述 温 拌 沥青 的特 点 又 能解 决 上述 一 般 温拌 沥青 的不足 表 1 B组 分 黏 度 温度
10、黏度 MP a S 6 O 1 05 0 7 0 5 3 5 6 l O 0 l 2 3 1 3配 合 比设 计 按 常见 的 温拌 沥 青 技 术 Y1采 用 马 歇 尔 设 计 方 法 根 据 J TG F4 0 2 0 0 4规 范要 求 取 AC一1 3 采 用 较 细 的级 配 表 2为本文 选取 一种 AC一1 3的级 配 表 2 A C一1 3混合 料 配合 比 粒 径l 1 6 1 3 2 l s 1 s l z s e l s l o e 1 0 s l o 1 5 0 0 7 5 通 过 率 l f 9 2 f f s l s s f z l f f 5 石 料采 用市场
11、上较 为常 见 的几 种路 用材 料 粗集 料 2 3 6 ram 与 细 集 料 0 0 7 5 1 1 8 ram 都 采 用 玄 武 岩 均 来 自江苏 溧 阳 矿粉 用 石 灰石 研磨 来 自浙 江 吉安 其基 本性 能 的测 试结 果见 表 3 表 4 表 3集 料 密 度 粒 径 mm 矿 粉 0 3 3 5 5 1 0 1 0 l 3 密 度 g C lT I 2 7 5 2 2 8 4 5 2 8 6 3 2 8 7 1 2 8 8 7 表 4集 料 性 能 指 标 试验项 目 指标 检测值 石 料 压 碎 值 2 8 2 0 2 洛杉矶磨耗值 3 0 2 3 7 针片状含量
12、粒径在 4 7 5 1 3 2 mm 之间 6 0 8 7 棱 角 性 粒 径 在 2 3 6 4 7 5 mm 6 1 2 3 0 粒 径 在 小 于 2 3 6 mm 5 4 5 上述 儿 文 拟 粕环 氧 沥青 开 发成为 马歇 萎 主 燃 温 拌 沥 青 一 一一 一一 表 5 Y1油 石 比确 定 沥青用量 干重 g 水中重 g 表干重 g 毛体积密度 g c m 最大理论密度 g c l n 空隙率 1 2 0 3 6 7 0 2 5 1 2 0 7 8 2 5 31 2 6 4 8 6 0 1 2 0 4 9 7 0 3 3 1 2 0 8 7 2 5 3 8 2 6 4 8 4
13、 3 1 2 O 1 8 7 0 2 1 1 2 O 5 0 2 5 3 3 2 6 4 8 均 值 2 5 3 4 1 2 O 8 5 7 0 6 9 1 21 1 1 2 5 4 7 2 6 4 4 6 5 1 2 0 9 5 7 0 7 7 1 2 1 1 3 2 5 4 9 2 6 4 4 3 6 l 2 0 8 9 7 07 6 l 2 l 1 5 2 5 4 8 2 6 44 均值 2 5 4 8 1 21 5 6 7 0 9 2 1 2 1 8 6 2 5 6 1 2 6 4 0 7 0 1 21 8 2 7 11 2 1 2 2 1 3 2 5 6 5 2 6 4 0 2 9
14、1 2 1 5 4 7 0 8 0 1 2 1 9 1 2 5 6 4 2 6 4 0 均 值 2 5 6 3 2 0 上冯 么缘 N o 4 2 0 1 0 做空 隙率 沥青用 量 曲线 空 隙率 的 目标 为 4 试验 最终 选取 6 2 作 为最 佳油 石 比 4性能检 测 由于 常见 的温 拌沥 青混 合料 存 在强 度 黏 结力 抗 水 损 害性 能 以及抗 车辙 能 力不 足 的 问题 作 为 环 氧 沥 青 的应 用 其 高温 性 能 与 水 稳 定 性 较 为 重 要 4 综 合 考 虑之 后 为 了检测 本 次研 发 的温拌 环 氧沥 青 的性 能 本 文就 着重 从 马歇
15、尔 稳 定 度 水 稳 定 性 以及 高温 性 能 三 个方 面来 验证 4 1 马歇 尔稳 定度 作 为一 个整 体效 果 和我 国沥 青路 面设 计 中沥青 混 合 料 的主要 设计 指标 马 歇 尔 试验 可 以 在 一定 程 度 上 反 映 出沥青 混合 料 的力 学性 能 由于这 种方 法 使试 件 有 一定 的侧 限并 允 许 一 定 程 度 上 的流 动 部 分 的模 拟 了路 面 状 态 因 而 也 可 用 来 评 价 混 合 料 的 高 温 稳 定 性 试验 根据 之前 的马歇 尔设 计 方法 确定 的级 配与 油 石 比 成 型 了 1 2个 Y1混 合 料 的马 歇 尔
16、试 件 表 6是 本 次 试验 Y1 混 合料 的马歇 尔试 验结 果 表 6混 合 料 马 歇 尔试 验 值 试件个数 平均稳定度 k N 变异 系数 流值 0 1 mm 变异系数 I 1 2 1 2 2 5 3 1 2 2 1 2 3 2 5 由于 Y1完 全 固化 需 要 几 个 月 的 时 间 因时 间 有 限 所 以这 里测 得 的 马 歇 尔 稳定 度 以 及 下 面 的检 测 结 果 都是 在室 温下 固化 了 2 4 4 8 h的效 果 但 都 是 满 足 J TG F 4 0 2 0 0 4的要 求 故 未 测 其 完 全 固化 后 的稳 定 度 待下 一 步 的测试 可 以检 测其 完全 固化后 的效 果 4 2水 稳定 性 温拌 沥青 常用 在 隧道 路 面铺 面 难 免 会 遇 到 积 水 现象 再者 温拌 沥 青 由于温 度较 低 沥 青 的裹覆 性 能 没 有热 拌沥 青混 合 料 体 现 那 样 完 全 6 这 就有 必 要 检 测 其 抗水 损 害性 能 本文 采用 冻 融劈 裂试 验 作 为水 稳 定 性 检测 试 验 表 7是试 验结 果 表 7混
