环氧沥青混凝土在下面层及应力吸收层的应用研究.pdf
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1、一 环氧 沥青混凝土在下面层及应 力吸收层 的应 用研 究 王 鹏 ,黄 明 ,黄 卫 东 ( 同 济大 学 交通 运 输 学 院 , 上 海 2 0 1 8 0 4 ) 摘要 : 环氧 沥青 因其 黏结性 良好 、 强 度高等诸 多优点被广 泛应用 于桥面铺 装 , 而这些特点 同样 符合 应力 吸收层 的要求 。可 以根据经验 沿用 Z 2类 酸酐环 氧在 钢桥 面铺装 时用 的测 评 级配 , 通 过 马歇 尔方 法确 定油 石 比。接 着对 其抗 水 损害 性 能、 高温 性 能 、 疲 劳性能 、 抗压 回弹模量进行 检测 , 并 与 C h e mC o环 氧沥青 的 高温 性 能
2、和 AC 一 2 5下面 层普 通 沥青 混合 料 的疲 劳性 能 进行 对 比 ; 最后 根据我 国路面设计 规范计算 出 z 2下 面层在给定情 况 下 的最佳 铺筑 厚 度 , 并 与同种 情 况下 的 AC类 下 面层作 对 比 , 分 析 环 氧沥青用 作应力 吸收层的经 济性 。 关键词 : 环氧沥青混凝土 ; 应力吸收层 ;性能测试 ;下面层 ; 应用研究 自 2 0世 纪 6 0年 代 S a n Ma t e o Ha y wa r d钢 桥 第 一 次采用环氧 沥青作 为桥 面铺装 以来 , 环氧 沥青 以 其 优 异 的性 能 赢 得 了广 泛 的关 注 。然 而 环 氧
3、 树 脂 固 化 剂 种类 众 多 , 固化 条 件 各 不 相 同 , 与 沥 青 搅 拌 之 后 的反应效果也更不相 同。要得到环 氧沥青优异 的路 用 性 能 , 就 需 要 对 固 化 剂 进 行 深 入 研 究 和试 验 , 从 化 学和道路 应用 两个方 面综合 分析 , 找 准相对 于使 用 条 件 的 固化 体 系 , 满 足 各种 施 工 用 途 。 1 材 料 选 取 与设 计 思 路 沥青是结 合料 中分 量最 多 的一部 分 , 与环 氧树 脂 拌 和需 考 虑 其 相 容 性 问题 。各 种 沥青 的 极 性 相 差 不 大 , 鉴 于 研 发 产 品 中 要 加 入
4、 介 质 与 一 些 活 性 稀 释 剂作为 中间材料 , 并 为 了维持 成本 与保证 试验 的一 般性 , 本 次试 验采 用 了较 为 常用 的加 德 士 7 0号 沥 青 。具 体 结果 见 表 1 。 本 文 根 据 前期 研 究 和 工程 实 践 将 Z 2酸 酐类 环 氧 沥 青 作 为 应 力 吸 收 层 或 下 面 层 环 氧 沥 青 ; 根 据 经 验 法 , 采用 适 于 钢 桥 面 铺 装 的测 评 级 配 ; 通 过 马 歇 尔 方 法确定 了油 石 比之 后 , 对 其抗 水 损 害性 能 、 高温 性 能 、 疲 劳 性 能 、 抗 压 回 弹 模 量 进 行 检
5、 测 , 并 对 比 了 C h e mC o环氧沥青 的高温 性能和 AC 一 2 5中面层普 通 沥青混合 料 的疲劳 性能 。根据 我 国路 面 设计 规范 , 通过 HP DS 2 0 0 3软 件计算 出 Z 2下面层 在 给定情 况 收 稿 日期 : 2 01 1 0 4 2 4 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 3 0 8 0 2 1 ) 下的最佳铺筑厚度 , 并与同种情况下 的“ AC类 ” 下 面 层做了对 比。具体结果见表 2 、 表 3 。 表 1试验用加德士 7 0号各项指标检测 项 目 技术指标 检测 结果 针入度 ( 2 5 、 1 0 0 g
6、、 5 s ) 0 1 mm 6 0 8 0 6 7 针人度指数 P I 一1 5 +1 0 1 0 4 延度 1 5 c m 1 0 0 1 7 0 延度 1 O c m l 5 1 9 2 软化点 4 7 4 6 7 6 O动力黏度 P a S 1 8 0 1 8 3 密度 ( 1 5) g c m 实测记录 蜡 含量( 蒸馏 法) 2 2 闪点 2 6 o 溶解度 9 9 5 薄膜加 质 量损失 士0 8 0 1 4 热试验 残留针人度 比 6 1 9 1 1 6 3( 5 h ) 残 留延度 ( 1 0) c m 6 7 8 表 2测评级配 粒 径 mm 1 3 2 9 5 4 7 5
7、 2 3 6 0 6 0 0 7 5 通过率 1 O O 9 7 7 0 6 2 3 5 1 1 表 3测评级配性能 实验 项目 马歇尔稳定度 k N l T S R V M A 数据 3 6 4 4 f 9 2 7 l 4 4 2 N o 2 2 0 1 1上踢么 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m G s 由于半刚 性基层 沥青 路 面或水 泥路 面加铺 罩层 后 普遍存在反射裂缝, 会导致路面抗车辙能力不足和耐 久性 差 , 影响 沥 青路 面 的使 用 寿命 。为 了减 少此 种 病 害 的发 生 , 通 常在 基 层 与 面层 之 间设 置 一 层
8、 过 渡性 结 构一一 即应 力吸收 层 。 1 1 应 力 吸收层 应具 备的特 点 根据 大 量 的工 程 实践 经 验 , 好 的应 力 吸 收层 应当同时具备以下几个特点 : ( 1 )应 力 吸收 的功能 。即应 力 吸收 层 结构 具 有 良 好 应力 吸收 功能 , 可 以将 裂缝 处 产 生 的抗 拉 与 剪 切 应 力 有效 吸收 , 以减 少拉应 力 与剪应 力对 沥青层 的破 坏 。 ( 2 )抗 疲 劳性能 。南于应 力 吸收层 长 年 反复 承 受 拉应力或剪应力 , 应力吸收层 自身应具 备优异 的抗疲 劳性能 , 即要 求 应 力 吸收 层 能够 承 受 拉 应
9、力或 剪 应 力 的反复 作用 , 长 年反 复 承 受 拉应 力或 剪 应 力不 会 出 现 破 坏 。 ( 3 )粘结 功 能 。一 般 半 刚 性 基 层 、 刚 性 路 面 或 桥 面铺 装上 加铺沥 青 层 时 , 均 存 在 刚性 层 与 沥青 层 粘 结 性 较差 的问题 , 理论分 析 与工程实 践均 证 明 , 层 问粘 结 不足将会导致路 面结构易出现破坏 , 而好 的应力吸收 层结构 具有 良好 的粘 结 功 能 , 可 以将 刚 性 层 与沥 青 层 粘结 为整 体 。 ( 4 )防水 功能 。好 的应 力吸 收层 在 完成 应 力 吸收 功能 的 同时 , 还 可 以
10、起 到 防水层 的作 用 , 防止 水渗入 到 基层 , 减 少水对 基层 的破 坏 。 1 2环 氧沥 青应 力吸收 层 的优点 目前 常用 的应 力 吸 收层 存 在 的 问题 主要 有 : 模量低 、 厚度较薄、 高温性能差 、 抗疲劳效果不好 , 而如 果 用环 氧沥青 混凝 土作 为应 力吸 收层 , 会 有 以下优 点 : ( 1 ) 与一 般应 力 吸收 层相 比 , 模 量 更 大 , 可 以 降低 层 底 的拉应 力或 拉应变 。 ( 2 ) 层厚可以大于普通的应力吸收层 , 从力学计算 上说 , 抗 裂缝 效果 更好 。 ( 3 ) 抗 车 辙 性 能 好 , 可 以 用
11、在 靠 近 路 面表 面 的地 方, 而不必用在较深处 , 可以实现面层较薄的效果 。 除加铺 应力 吸 收层 之 外 , 还 可 以采 用 强 基 强 面 的 设计方法 - _ _ - 常见的方法是把面层加厚。但我 国的半 刚性 路面 或水 泥加 罩 路 面 都是 强 调 强 基薄 面 的特 点 , 并且面层加厚一方 面导致施工和养护难度加大 , 而且 增加 了建设成本。我们检测 z 2环氧沥青马歇尔试件 的马歇尔稳定度高达 4 3 k N, 流值仅仅才 2 4 mm左 右 , 环氧沥青在固化阶段粘结 力异常优异 , 而且 z 2环 5 0 上踢么咯 N 。 2 2 0 1 1 氧沥青 混合
12、 料疲 劳性 能 、 抗压 模量 等都 十分优 异 , 故 本 文拟将 Z 2 作为衔接半刚性基层 的下面层或是衔接水 泥混凝 土板 的应力 吸收层 。这一 方面 可以起 到很 好 的 抗 疲 劳效果 ; 另 一 方 面可 能 实 现强 基薄 面 的 设计 。 时考虑 Z 2环 氧沥青 劣势 在 于耐候性 差 , 如果将 环 氧沥 青 层放 在下 面 ( 即下 面 层 或 应 力吸 收 层 ) , 则 可 以 l 1 避 其 劣 势 J 。本 文 的 思 路 是 利 用 环 氧 沥 青 的 高模 量 性 质 , 将 Z 2环 氧沥青 开发 成为一 种适 用 于抗反射 裂缝 的 应力 吸收层 或
13、 下 面 层 , L面 加 铺 一 层 沥 青 碎 石 掣 面 。 采用 这样 的路 面结构 能在满 足各 种施 工性 能 的同 时 可 以大 大节约 铺筑 成本 。 2配合 比设计 验证 常 的 应 力 吸 收 层 级 配 为 AC 5或 是 更 细 的 级 配 。本文 采用 的测 评 级 配 符合 这 种 设 计 思 路 , H 与 Z 2这种 酸酐类 环 氧沥青 配合 使用 的效 果 尚佳 , 故 推荐 采用 这种 级配 , 见表 2 。 接下 来确 定油石 比 , 考虑 到作 为应 力吸收 层 , 比面 层 要有更 加 密 实 的 效果 , 目标 空 隙 率 定 为 2 5 。根 据热
14、拌沥青混合料配合 比的设计方法 , 我们 已经确定 了级 配 , 现 选 取 四 种 油 石 比 : 6 0 、 6 5 、 7 0 、 7 5 , 然后 用马歇 尔 方 法击 实 成 型 , 空 隙 率 计 算 结 果 如表 4所 示 。 表 4马歇 尔方法确定 z 2沥青最佳 沥青用量 沥青用 干重 水中蘑 表干霞 毛体积密度 最大理论密度 空隙率 量 g g g C n i (!lf l l l 2 0 5 1 7 4 5 6 l 2 1 ( ) 9 2 6 0 8 2 7 4 1 6 0 l 2 0 9 6 7 4 5 0 l 2 1 0 7 2 6 l 0 2 7 4l 1 7 l
15、2 0 7 8 7 4 4 4 1 2 1 1 j 2 6 l ( ) 2 7 4 1 均值 2 6 l 2 l 2 1 () 2 7 4 9 1 l 2 1 5 2 2 6 2 6 2 7 6 5 1 2 l 1 9 7 5 0 2 1 2 1 7 4 2 6 2 5 2 7 : 5 1 ( ) 1 2 1 2 6 7 5 0 5 l 2 l 6 3 2 6 2 I 2 7 3 5 均值 2 6 2 5 l 2 1 7 7 5 4 1 l 2 2 0 7 2 61 0 2 7 0 6 7 0 l 2 1 6 2 7 5 4 0 1 2 2 0 9 2 6 2 2 2 7 0 6 l 2 l
16、7 2 7 5 6 2 l 2 2 1 0 2 6l 【 j 2 7 0 6 均值 2 6 1 7 7 5 l 2 2 2 9 7 5 6 2 1 2 2 6 7 2 “1 9 2 6 8 8 2j l 2 2 3 3 7 5 7 5 1 2 2 5 5 2 6 l 7 2 G fi 8 1 2 2 4 2 7 5 7 8 1 2 2 5 9 2 6 2 4 2 6 8 8 均值 2 (j 2 0 根 据空 隙率 2 5 的原 则 , 选 取油 石 比 7 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3路 用性 能检 测 3 1 抗水 损 害 抗水 损害采用 冻融劈
17、裂试 验 , 成 型 马歇尔试 件 双面 击实 5 O次 , 空隙率测得为 5 6 , 试验结果如表 5 所示 。 表 5 Z 2环氧沥青混合料 冻融劈裂值 沥青类型 未冻 融循环 k N 均值 k N 冻融循环 k N 均值 k N TS R 4 3 4 1 3 8 6 4 4 2 7 6 3 7 8 1 Z2 41 1 1 3 8 9 l 9 4 6 4 4 5 1 3 9 2 8 4 5 7 7 3 9 9 1 可 以看 出, 9 4 6 的 TS R值表明了 Z 2环氧沥青 作为应力 吸收层是合格的, 具有高密实度 , 有着很好的 防水 性 能 。 3 2高温性能检测 环氧沥青面层的高
18、温稳定性往往较好 , 但 作为减 薄路面的应力吸收层 , 路 面减薄后沥青 的黏弹性是否 还足 以抵抗 之前水平下 的剪切荷 载, 是值得 关注 的。 Z 1 类混合料车辙性能相对于 C h e mC o沥青较差 , 可以 看到 C h e mC o环氧沥青混合料有超高的高温稳定性 。 由于 Ch e mC o环 氧沥 青 也 用 于铺 装 钢桥 面 的下 面层 , 这里仍然用 C h e mC o环氧沥青混合料 与 Z 2类 酸酐环 氧沥青混合料作对 比, 试验结果见表 6 。 表 6 两种环氧沥青混合料车辙试 验结果 混合料 名称 动稳定度 0 : mm 永久变形 mm 相对 变形 Che
19、 mCo 2 7 2 2 0 0 5 7 3 0 7 Z2 1 4 7 7 5 0 7 4 8 1 5 根据工程经验, 应力吸收层 的防水性对其使用性 能有很大的影 响。这里设计 了浸水车辙试验 , 方法与 之前 一 样 , 不再 赘述 , 表 7 、 表 8为试 验结 果 。 表 7两种级 配混合料浸水车辙试验结 果 混合料名称 动稳定度 次 mm 永 久变形 mm 相对变形 Ch e mCo 1 6 2 l 9 1 O 3 5 1 9 Z2 9 2 9 O 1 3 O 6 3 6 表 8两种混合料常规与浸水车辙试验 结果对比 混合料 普通车辙 浸水车辙 两个 动稳定 名称 次 mm 次 m
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- 关 键 词:
- 沥青 混凝土 在下 面层 应力 吸收 应用 研究
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