一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法

摘要

本发明涉及一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法，该方法是将集料预先加热，同时将美国环氧沥青的A、B组分分别加热并保持一定温度，然后将加热的A、B组分按比例混合，加入集料搅拌得到混合物料，将拌好的混合料放入托盘，然后放入烘箱中养生一段时间，养生后的混合料制成马歇尔试件，将马歇尔试件在烘箱中养生一段时间，然后确定沥青用量及油石比；采用该方法研制的环氧沥青混合料病害少，克服了传统环氧沥青混合料的缺陷，为今后对环氧沥青的研究开发奠定了一定的基础。

权利要求

1.一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法，包括如下步骤：（1）将集料放在130-150℃以上的烘箱里烘干6-10小时；

（2）预先加热美国环氧沥青A及B组分,其中组分A是由双酚A和表氯醇经反应得到的液态双环氧树脂，组分B是一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物：将A加热至

80-95℃，B加热至120-140℃，并始终保持这个温度；

（3）把马歇尔试件的模具放入120℃烘箱中加热30-50分钟；

（4）将加热的A及B组分按比例混合后倒入拌和环氧沥青所用的试验杯里，并用玻璃棒搅拌3-6分钟，得到环氧沥青结合料；

（5）将加热和保温的集料投入搅拌锅里，同时把搅拌后的环氧沥青结合料称取所需要的量投入到搅拌锅里，拌和1-3分钟，得到混合物料；

（6）称取加热过的矿粉投入到拌和后的混合物料里面，再继续搅拌1-3分钟，制成环氧沥青混合料，混合料的目标温度为120℃； （7）把拌和好的环氧沥青混合料从拌和锅里盛到试验用的托盘里，测量拌和好的沥青混合料，使其温度达到120℃；

（8）把托盘里的环氧沥青混合料放入 120℃的烘箱里养生30～40分钟，养生时间从在拌和锅里拌和开始的时间计算；

（9）养生后，拿出托盘里的沥青混合料双面击实各50次，尽快制成马歇尔试件；

（10）将制好的马歇尔试件放入120℃烘箱里养生6个小时；

（11）养生后的试件在常温下冷却后计算密度，进行稳定度试验，通过密度、空隙率、稳定度和流值以及沥青饱和度的关系确定沥青用量及油石比；

其中测定空隙率的试验过程如下：

A试验用托盘，规格为300mm×300mm×55mm，除锈处理后均匀抹涂粘层油，盘中位置预留150mm×150mm抹涂植物油以便钻孔取芯；

B托盘中间滴水，后加试验用混合料；

C测定不同空隙率混合料碾压后试件的效果；

D固化后60℃恒温烘箱，测定24h后“鼓泡”效果；

E测定“鼓泡”放气后效果；

F取无“鼓泡”试件做渗水试验；

G取芯测实际空隙率。

说明书

一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种环氧沥青混合料的研究方法，具体涉及一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法，属于环氧沥青研究技术领域。

背景技术

[0002] 由于正交异性钢桥面具有节省钢材、易预制和安装的优点，因此在大跨径桥梁方面应用较为广泛，但其桥面柔度大，在行车荷载、温度变化、风载、地震等自然因素共同影响下，特别是受到桥梁自身结构变形的影响，其受力和变形情况非常复杂，如果在重型车辆的荷载作用下，其复杂的受力情况就更为突出和不利了。同时，钢桥面的夏季温度高，防水防锈和层间结合问题都决定了钢桥面铺装具有独特的特点。

[0003] 桥面铺装是大跨径钢桥建设中的一个技术难点，其使用条件和使用要求都远高于道路路面, 随着桥梁技术的不断发展，我国大跨径桥梁的大规模建设，大跨径桥梁的跨径在不断地刷新，主跨钢箱梁的重量也有轻型化的趋势，这就需要有很好的钢桥面铺装材料与之相配合。

[0004] 目前，国内钢桥面铺装类型基本形式有：改性沥青SMA，浇注式沥青混凝土，环氧沥青混凝土，其中改性沥青SMA在国内应用较多，浇注式沥青混凝土以英国的沥青和日本的浇注式沥青混凝土为代表，环氧沥青混凝土在美国应用最为广泛。

[0005] 随着国内各大跨径钢桥的陆续建成投入使用，不同铺装材料与结构之类的路用性能表现出较大的差别，环氧沥青混凝土铺装的卓越性能逐渐在国内受到高度重视，其总体使用状况优于浇注式沥青与改性沥青SMA等铺装，已成为我国大跨径钢桥首选的铺装材料。环氧沥青混凝土作为一种高性能的钢桥面铺装材料，较好的适应了桥梁技术发展的需要，由于环氧沥青价格昂贵，这项技术在国内普遍推广还受到了一定的限制，还有许多未知领域需要我们继续探索。环氧沥青混凝土铺装虽然总体状况优于其它材料，但在国内钢桥中仍出现不少问题，这些都受到国内研究者的关注。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种大跨径钢桥面无病害环氧沥青混合料配方的研究方法，克服传统环氧沥青混合料的缺陷，为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是： [0007] 1、无病害（鼓泡）环氧沥青混合料配方开发

[0008] 通过马歇尔试验确定最佳油石比，并自行开发的试验设备，在可控范围内通过调整用油量加大孔隙率，在项目部试验室进不同孔隙率混合料进行“密水通气”性试验，以找出能达到“密水通气”效果的混合料空隙率。

[0009] 2、配合比设计

[0010] （1）原材料性能

[0011] a. 沥青

[0012] 组分A是由双酚A和表氯醇经反应得到的液态双环氧树脂，不含稀释剂、软化剂或增塑剂。也不含无机填料、色素或其他污染物或不溶物质。其技术指标如表1-1所示。

[0013]

[0014] 组分B是一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物。它不含不可溶物质（比如无机填料或色素等）和污染物。其技术指标与要求如表1-2所示。

[0015]

[0016] b、集料

[0017] 采用江苏镇江句容茅迪实业有限公司出产的桥面铺装专用玄武岩碎石。环氧沥青混凝土用集料质量满足表1-3、1-4的要求。

[0018]

[0019]

[0020] 矿粉采用袋装石灰岩矿粉，其技术指标满足表1-5的要求。

[0021]

[0022] （2）、配合比

[0023] a、各档材料准备情况

[0024] 各料仓筛分结果见下表：

[0025]

[0026] 各料仓材料密度见下表

[0027]

[0028] 根据各档料的材料筛分结果，结合所要求矿料合成级配范围，当材料1#：2#：3#：4#：5#：6#：矿粉=2.5：22.5：20：22.5：24.5：4：4时，合成级配见下表。

[0029]

[0030] b、试件制作

[0031] 环氧沥青混合料在配合比设计方法上采用普通的马歇尔设计方法，其主要技术指标较普通马歇尔技术指标要高很多，但是关键是在于虽然采用同样的设计方法，其制作试件的程序是不同的。国产环氧沥青混合料制作程序如下：

[0032] （1）将集料放在130-150℃以上的烘箱里烘干6-10小时；

[0033] （2）预先加热美国环氧沥青A及B组分,其中组分A是由双酚A和表氯醇经反应得到的液态双环氧树脂，组分B是一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物：将A加热至80-95℃，B加热至120-140℃，并始终保持这个温度；

[0034] （3）把马歇尔试件的模具放入120℃烘箱中加热30-50分钟；

[0035] （4）将加热的A及B组分按比例混合后倒入拌和环氧沥青所用的试验杯里，并用玻璃棒搅拌3-6分钟，得到环氧沥青结合料；

[0036] （5）将加热和保温的集料投入搅拌锅里，同时把搅拌后的环氧沥青结合料称取所需要的量投入到搅拌锅里，拌和1-3分钟，得到混合物料；

[0037] （6）称取加热过的矿粉投入到拌和后的混合物料里面，再继续搅拌1-3分钟，制成环氧沥青混合料，混合料的目标温度为120℃；

[0038] （7）把拌和好的环氧沥青混合料从拌和锅里盛到试验用的托盘里，测量拌和好的沥青混合料，使其温度达到120℃；

[0039] （8）把托盘里的环氧沥青混合料放入 120℃的烘箱里养生30～40分钟，养生时间从在拌和锅里拌和开始的时间计算；

[0040] （9）养生后，拿出托盘里的沥青混合料双面击实各50次，尽快制成马歇尔试件；

[0041] （10）将制好的马歇尔试件放入120℃烘箱里养生6个小时；

[0042] （11）养生后的试件在常温下冷却后计算密度，进行稳定度试验，通过密度、空隙率、稳定度和流值以及沥青饱和度的关系确定沥青用量及油石比；

[0043] 其中测定空隙率的试验过程如下：

[0044] A试验用托盘，规格为300mm×300mm×55mm，除锈处理后均匀抹涂粘层油，盘中位置预留150mm×150mm抹涂植物油以便钻孔取芯；

[0045] B托盘中间滴水，后加试验用混合料；

[0046] C测定不同空隙率混合料碾压后试件的效果；

[0047] D固化后60℃恒温烘箱，测定24h后“鼓泡”效果；

[0048] E测定“鼓泡”放气后效果；

[0049] F取无“鼓泡”试件做渗水试验；

[0050] G取芯测实际空隙率。

[0051] [0013] 本发明的有益效果是：通过马歇尔试验确定出环氧沥青混合料的最佳油石比，在该比例下，在可控范围内通过调整用油量加大孔隙率，通过该方法确定出来的混合料配方能达到“密水通气”效果，克服了目前施工过程中比例不合理而产生的多种不良的工程问题的缺陷，并且可以达到省工省料的目的，节约了施工成本。

具体实施方式

[0052] 为了更好地说明本发明，下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，这些实施只用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

[0053] 实施例1

[0054] 1、无病害（鼓泡）环氧沥青混合料配方开发

[0055] 通过马歇尔试验确定最佳油石比，并自行开发的试验设备，在可控范围内通过调整用油量加大孔隙率，在项目部试验室进不同孔隙率混合料进行“密水通气”性试验，以找出能达到“密水通气”效果的混合料空隙率。

[0056] 2、配合比设计

[0057] （1）原材料性能

[0058] a. 沥青

[0059] 组分A是由双酚A和表氯醇经反应得到的液态双环氧树脂，不含稀释剂、软化剂或增塑剂。也不含无机填料、色素或其他污染物或不溶物质。其技术指标如表1-1所示。

[0060]

[0061] 组分B是一种由石油沥青和固化剂组成的匀质合成物。它不含不可溶物质（比如无机填料或色素等）和污染物。其技术指标与要求如表1-2所示。

[0062]

[0063] b、集料

[0064] 采用江苏镇江句容茅迪实业有限公司出产的桥面铺装专用玄武岩碎石。环氧沥青混凝土用集料质量满足表1-3、1-4的要求。

[0065]

[0066]

[0067] 矿粉采用袋装石灰岩矿粉，其技术指标满足表1-5的要求。

[0068]

[0069] （2）、配合比

[0070] a、各档材料准备情况

[0071] 各料仓筛分结果见下表：

[0072]

[0073] 各料仓材料密度见下表

[0074]

[0075] 根据各档料的材料筛分结果，结合所要求矿料合成级配范围，当材料1#：2#：3#：4#：5#：6#：矿粉=2.5：22.5：20：22.5：24.5：4：4时，合成级配见下表。

[0076]

[0077] b、试件制作

[0078] 环氧沥青混合料在配合比设计方法上采用普通的马歇尔设计方法，其主要技术指标较普通马歇尔技术指标要高很多，但是关键是在于虽然采用同样的设计方法，其制作试件的程序是不同的。国产环氧沥青混合料制作程序如下：

[0079] （1）将集料放在130-150℃以上的烘箱里烘干6-10小时；

[0080] （2）预先加热美国环氧沥青A及B组分：将A加热至80-95℃，B加热至120-140℃，并始终保持这个温度；

[0081] （3）把马歇尔试件的模具放入120℃烘箱中加热30-50分钟；

[0082] （4）将加热的A及B组分按比例混合后倒入拌和环氧沥青所用的试验杯里，并用玻璃棒搅拌3-6分钟，得到环氧沥青结合料；

[0083] （5）将加热和保温的集料投入搅拌锅里，同时把搅拌后的环氧沥青结合料称取所需要的量投入到搅拌锅里，拌和1-3分钟，得到混合物料；

[0084] （6）称取加热过的矿粉投入到拌和后的混合物料里面，再继续搅拌1-3分钟，制成环氧沥青混合料，混合料的目标温度为120℃；

[0085] （7）把拌和好的环氧沥青混合料从拌和锅里盛到试验用的托盘里，测量拌和好的沥青混合料，使其温度达到120℃；

[0086] （8）把托盘里的环氧沥青混合料放入 120℃的烘箱里养生30～40分钟，养生时间从在拌和锅里拌和开始的时间计算；

[0087] （9）养生后，拿出托盘里的沥青混合料双面击实各50次，尽快制成马歇尔试件；

[0088] （10）将制好的马歇尔试件放入120℃烘箱里养生6个小时；

[0089] （11）养生后的试件在常温下冷却后计算密度，进行稳定度试验，按照我国规范推荐方法即通过密度、空隙率、稳定度和流值以及沥青饱和度的关系确定沥青用量。

[0090] c、实验结果

[0091] 经马歇尔试验结果如下：

[0092]油石比 最大理论密度 毛体积密度 空隙率 稳定度 流值 VMA VFA
(%) (g/cm3) (g/cm3) (%) (KN) (mm-1) (%) (%)
5.0 2.694 2.518 6.5 36.29 25.1 17.1 61.8
5.5 2.673 2.537 5.1 45.38 25.9 16.8 69.8
5.6 2.69 2.54 4.8 46.78 26.2 16.8 71.3
5.7 2.665 2.54 4.5 48.03 26.5 16.8 73.0
5.8 2.661 2.546 4.3 49.52 26.8 16.8 74.3
5.9 2.657 2.551 4.0 50.45 27.3 16.7 76.2
6.0 2.653 2.554 3.7 51.67 27.8 16.7 77.7
6.1 2.649 2.557 3.5 52.57 28.6 16.7 79.3
6.2 2.645 2.559 3.2 43.41 29.4 16.7 80.6
6.3 2.641 2.562 3.0 54.12 30.2 16.7 82.1
6.4 2.637 2.564 2.8 54.89 31.2 16.7 83.5
6.5 2.633 2.565 2.6 55.36 32.2 16.7 84.6
6.6 2.629 2.565 2.4 55.63 33.3 16.8 85.5
6.7 2.625 2.565 2.3 55.64 34.5 16.9 86.5
6.8 2.621 2.565 2.1 55.50 35.7 17.0 87.4
6.9 2.617 2.564 2.0 55.34 36.0 17.1 88.1
7.0 2.613 2.564 1.9 55.31 38.3 17.1 89.0

[0093] 3、寻找最佳孔隙率的试验过程

[0094] （1）试验用托盘，规格为300mm×300mm×55mm，除锈处理后均匀抹涂粘层油，盘中位置预留150mm×150mm抹涂植物油以便钻孔取芯；

[0095] （2）托盘中间滴水，后加试验用混合料；

[0096] （3）不同孔隙率混合料碾压后试件的效果；

[0097] （4）固化后60℃恒温烘箱，24h后“鼓泡”效果；

[0098] （6）“鼓泡”放气后效果；

[0099] （7）取无“鼓泡”试件做渗水试验；

[0100] （8）取芯测实际空隙率。

[0101] 4、最佳空隙率混合料路用性能研究

[0102] 通过通过劈裂试验、小梁弯曲试验、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、疲劳试验等来研究环氧混合料的技术性能。空隙率为3.0%、4.0%、5.0%的三组试件（分别命名为A、B、C组配方）的混合料性能在70℃（桥面极限温度）比较。

[0103] （1）、混合料强度性能研究

[0104] a、马歇尔稳定度

[0105] 马歇尔稳定度试验方法是评价沥青混合料强度指标的最重要的一个试验方法。也是确定最佳用油量的重要手段。

[0106]

[0107] 马歇尔稳定度的评价标准是大于40KN，从试验情况来看，三种配方的的稳定度均符合设计要求。

[0108] b、抗压强度

[0109] 试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中沥青混合料单轴压缩试验（圆柱体法）进行，试件为经过60℃高温固化的美国环氧沥青混合料试件。试验结果见下表。

[0110]

[0111] 抗压强度在环氧施工中不作为检测指标，三组试验结果只作参考性比较，美国ChemCo同条件下实验值约为18MPa。

[0112] （2）、环氧沥青混合料的温度稳定性研究

[0113] a、环氧沥青混合料高温稳定性研究

[0114] 试验时试件根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中车辙成型方法，通过试验研究，美国环氧沥青混合料车辙试验在60℃下均是几乎没有变形的。下表所示的为固化后的车辙板在60℃下的动稳定度。

[0115]

[0116] 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）规定动稳定度（次/mm）要求大于3000次/mm。

[0117] b、环氧沥青混合料低温抗裂性能研究

[0118] 试验采用三点加载法加载，加载速率为50mm/min。试验结果如下表所示。 [0119]

[0120] 从试验结果来看，配方A、B之间各项指标比较接近。表现出良好的低温性能和抗老化性能。

[0121] （3）.环氧沥青混合料水稳定性研究

[0122] a、浸水马歇尔性能研究

[0123] 试验结果如下表

[0124]

[0125] 根据上表中试验结果可得如下结论：