[分享]机场道面环氧沥青混合料加铺施工技术

由于沥青混凝土道面具有热塑性，在高温下抗剪切性能较差，因此在用于机场道面时，飞机大的轮胎压使其很容易产生剪切推移病害。尤其是飞机转弯时，水平荷载与垂直荷载同时作用，往往使道面病害更为严重，因此沥青混凝土道面在中国民用机场中的应用非常有限，现有民用机场道面类型基本以水泥混凝土为主。随着中国机场的建设迅速发展，为避免影响正常的运营，机场道面改扩建工程普遍采用不停航施工，而沥青混凝土道面优良的使用性能以及可快速施工的特点，使其在机场道面中逐渐得到青睐［1－2］。鉴于此，本文针对沥青道面抗剪切性能上的不足，拟采用环氧沥青混合料来改善机场道面沥青混凝土的抗剪性能。

本文以咸阳国际机场北飞行区道面改造与新建滑行道工程为依托，对环氧沥青混合料进行配合比设计、试验段的铺筑及质量检测。

西安咸阳国际机场飞行区等级为4E级，目前北飞行区跑道全长为3000ｍ，道肩为2×7.5ｍ。为满足日益增长的航空业务量需求，避免道面出现结构性破坏和超载使用，改善跑道运行条件，提高道面的整体强度，对北飞行区跑道、平行滑行道及跑滑之间的联络道实施结构性补强改造工程。施工范围如图1所示。

本次道面加铺结构下面层为7ｃｍＡＣ－20普通沥青混合料，中面层为6ｃｍＡＣ－20环氧沥青混合料，上面层为5ｃｍＡＣ－13环氧沥青混合料。本文主要针对中上面层的环氧沥青混合料进行配合比设计、试验段铺筑及施工质量控制。

(1)矿料

粗集料要求均匀、洁净、无风化、质地坚硬，且有较高的耐磨耗性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光性、抗破碎性以及与沥青的良好黏附性，颗粒形状好且均匀［３］。本研究中粗集料采用玄武岩，细集料采用泾阳四星友谊的石屑，矿粉选用渭南富平憎水性石料磨细得到的矿粉，相关力学指标分别见表1～3。

(1)环氧剂

本研究将主剂与固化剂按61∶39的比例掺配。主剂与固化剂的技术指标分别见表4、5。

(3)SBS改性沥青

试验中环氧沥青中的沥青采用SBS改性沥青，SBS改性剂掺量为5％，各项技术指标见表6。

根据试验段结构方案，确定ＡＣ－20、ＡＣ－13合成级配，如图2、3所示。

为了研究不同环氧剂掺量对沥青混合料抗剪性能的影响，上面层混合料采用ＡＣ－13级配，分别选取环氧剂掺量为0％、15％、25％、35％（环氧剂质量占环氧沥青质量的百分比）［4］，然后进行沥青混合料试验。经马歇尔试验发现，环氧剂掺量的变化对马歇尔试件的体积指标影响较小，因此不同环氧剂掺量混合料的最佳油石比相同，均为5.1％，具体结果见表7。

在最佳油石比下，对不同环氧剂掺量的混合料试件进行单轴贯入剪切试验、直接剪切试验和车辙试验，最终确定环氧剂的最佳掺量以指导施工［5］。

(1)贯入剪切试验

本文对环氧沥青混合料进行常温和高温抗剪性能研究，在25℃和60℃下进行贯入剪切试验，结果如图4～6所示。

由图4可知，在常温和高温下，随着环氧剂掺量的增大，沥青混合料的抗剪强度均有明显提高。在25℃时，掺35％环氧剂的混合料抗剪强度是没有掺环氧剂时的4倍多，由此可知，环氧剂掺量越高，混合料抗剪强度越好。在60℃时，抗剪强度虽然都有所下降，但整体趋势不变，高温下掺加环氧剂对沥青混合料的抗剪性能有明显提高。考虑到工程造价，建议道面上面层环氧剂的掺量不宜低于25％，中下面层环氧剂的掺量可适当降低。

一般认为混合料的内摩擦角主要取决于集料自身的棱角性［6］、混合料的级配以及设计方法，温度变化对其影响较小。但由图5可知，温度从25℃增长到60℃时，不同环氧剂掺量的沥青混合料的内摩擦角均有所降低，其中不掺环氧剂的混合料降幅最大，且随着环氧剂掺量提高，降幅逐渐减小。由此分析认为，普通沥青混合料中的沥青随着温度的升高逐渐变软，自由沥青增多，自由沥青起到一定的润滑作用，导致内摩擦角减小，而环氧剂具有热固性，在沥青中起到固结作用，改变了沥青的热塑性，且此种改善作用随着环氧剂掺量的增加而提高。

由图6可知，2种温度下沥青混合料的黏聚力都随环氧剂掺量的增加而增大，尤其是在高温时黏聚力增大明显，因此环氧剂的加入可显著改善沥青的热塑性，提高混合料的抗剪强度。

(2)直接剪切试验

利用MTS试验仪对不同环氧剂掺量的4种沥青混合料进行常温（25℃）与高温（60℃）条件下的直剪试验，结果见表8。

由表8可知，随着环氧剂掺量的增大，混合料的抗剪性能显著提高，当环氧剂掺量在25％以上时，改善效果显著。

(3)车辙试验

考虑到机场道面的特殊性，对不同环氧剂掺量的沥青混合料标准车辙板（长300ｍｍ、宽30ｍｍ、厚50ｍｍ）进行60℃和80℃的车辙试验，并采用动稳定度比值DR来评价混合料高温性能的衰变规律，试验结果见表9。

在60℃和80℃时，掺加环氧剂后沥青混合料的动稳定度均显著提高，60℃时动稳定度呈指数形式增长，当环氧剂掺量为25％时，动稳定度可达10000次·ｍｍ－1以上。同时，环氧剂的增加不仅提高了混合料的动稳定度，而且提高了其抵抗高温衰变的能力。掺量为25％时，2个温度下的动稳定度均在10000次·ｍｍ^－1以上而且衰变较小；掺量为35％时，混合料的动稳定度衰变几乎为0，性能已非常好。

(4)不同试验方法的结果相关性分析

由于贯入试验和直剪试验在加载方式、加载速率及试件受力模式上均有所差异，因此将两者的结果进行回归分析，发现在25℃和60℃下，相关系数均大于0.95，相关性良好，如图7、8所示。不管在哪个温度下，直剪试验的抗剪强度均小于贯入剪切结果，分析原因可能是直剪试验没有对试件施加垂直压力，几乎为纯剪作用，所以强度较小。

图9、10为车辙试验和贯入剪切试验相关性分析结果，2种情况下相关性均较差，而且试验中也发现，当混合料的动稳定度大于10000次·ｍｍ^－1时，车辙试验结果误差较大，所以仅可作为参考，不能作为结论性指标。

综合以上试验分析，确定试验段上面层ＡＣ－13环氧沥青混合料中环氧剂掺量为25％（内掺），并通过抗剪试验验证了环氧沥青混合料具有良好的抗剪性能，为进一步的施工设计提供指导依据。为简化施工，中面层ＡＣ－20也采用内掺25％的环氧沥青混合料。

本次试验段中上面层均为环氧沥青混合料，上面层ＡＣ－13采用图3确定的级配和表7确定的油石比；中面层ＡＣ－20采用图2确定的合成级配以及采用马歇尔试验确定的混合料最佳油石比4.8％。相关技术指标及混合料性能见表10。

由表10可见，在环氧剂掺量为25％时，环氧沥青混合料的水稳定性及高温稳定性能均表现优良，动稳定度都超过了10000次·ｍｍ^－1，远远大于SBS改性沥青混合料以及普通的SMA沥青混合料，可以更好地抵抗飞机起降及转弯过程中产生的较大的剪切力，非常适用于机场道面沥青铺装层。

环氧沥青混合料制备中关键的操作在于环氧剂两组分的混合及投放，由于环氧剂两组分一旦相遇固化速度非常快，因此不能提前与沥青混合。施工过程中，需在集料拌合时将环氧剂两组分混合，然后与沥青同时投放，只有严格控制各施工过程的温度和时间，才能保证施工质量，达到预期的效果［7－8］。

试验段位于机场东端（Ａ1）联络道中心线以东、等待线以南，道路结构见表11。上面层与中面层采用环氧沥青混合料，环氧剂掺量（内掺）采用25％。由于中上面层施工工艺相同，以下不再分别论述。

（1）旧路清理

为保证面层与基层的良好结合，在进行道面加铺前15ｄ，根据原水泥混凝土道面状况进行处治，防止加铺沥青混凝土后产生反射裂缝。原水泥混凝土道面病害主要包括裂缝、掉边掉角、表面脱落、接缝及基础脱空［9－10］。

（2）作业时间安排

夜间不停航施工的时间安排见表12。

（3）原材料准备

施工前应根据每次拌合的混合料质量计算环氧剂的用量，并将主剂与固化剂分别预热至少2ｈ，以保证环氧剂主剂与固化剂及沥青能混合均匀。

（1）施工前首先将环氧剂的主剂与固化剂按需要量在施工现场进行预热。

（2）将集料加热至190℃并按生产配合比进行拌合，同时将预热好的主剂与固化剂按61∶39的比例进行掺配并搅拌均匀。因此次试验段面积较小，主剂与固化剂采用现场人工拌合。

（3）根据现场施工指令，待沥青投放时，将拌制好的环氧剂由拌和设备投放口投放。

（4）放入环氧剂后，拌合45～50ｓ即可出料，拌合温度为170℃～180℃（根据施工温度及运距调整拌合温度）。拌合好的沥青混合料应均匀一致，无花白或焦黄色料，无粗细集料分离、结团以及干散等现象。

为保证施工的连续性，本次施工采用北方奔驰自卸车15辆、解放141自卸车25辆，根据施工进度安排运输沥青混合料，每台摊铺机前有2辆自卸运料车等待。运输车辆在接料过程中要保持移动，接料时先放车头，后放车尾，再放中间，尽量避免放料过程中的离析。运送沥青混合料时车顶加盖保温布，自卸车车厢内涂抹比例1∶3的油水混合物，防止混合料黏结在底板上［11］。

根据夜间施工时间安排提前预热熨平板至100℃，摊铺机的行走速度控制在2～3ｍ·ｍｉｎ^－1，并保证摊铺的连续性，安排人员对边角缺陷进行修理。试验段与其他道面采用摊铺机梯队式全道面一次性摊铺成型作业，施工现场根据道面宽度组织6台摊铺机同时施工，摊铺宽度组合顺序为9ｍ、6ｍ、7.5ｍ、7.5ｍ、6ｍ、9ｍ，相邻摊铺机前后间隔5～10ｍ，作业方法如图11所示。厚度、高程和平整度控制采用双侧架设基准梁架，双侧采用5ｍ长铝合金方管基准梁，沥青混合料松铺系数为1.2，施工摊铺设备及摊铺工艺参数见表13［12］。

碾压过程分为初压、复压及终压，每台摊铺机后有8台压路机碾压，碾压工作在沥青混合料摊铺后按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。碾压机械包括宝马BW202双钢振动压路机、25ｔ轮胎式压路机和单钢轮压路机，另有4台压路机横向碾压以消除轮迹。

初压用单钢轮压路机前静后振碾压2遍，速度为1.5～2.0ｋｍ·ｈ^－1；复压用胶轮压路机碾压4～6遍，再用双钢轮振动压路机振压2～3遍，速度为2.5～3.5ｋｍ·ｈ^－1；终压用双轮钢轮式压路机静压2～3遍至无轮迹，速度为3.0～4.ｋｍ·ｈ^－1。

为防止漏压和过压，最后采用3ｍ直尺监控平整度，控制指标为连续纵向检测十尺，最大间隙不大于3ｍｍ。

从混合料的拌合到碾压成型的时间应控制在1.5ｈ内，以防混合料固化及温度降低影响碾压效果。环氧沥青混合料施工过程的温度控制见表14。

施工完毕养生12ｈ后，对上面层ＡＣ－13环氧沥青混合料试验段的质量进行检测，结果如表15所示。

检测结果表明，环氧剂的加入能显著提高沥青混合料的高温、低温及水稳定性能。由于环氧剂改善了沥青的热塑性，因此降低了混合料的温度敏感性，显著提高了沥青混合料的高温性能。环氧剂的加入增强了沥青与集料的黏附性，显著提高沥青混合料的水稳定性及低温性能。试验路段的检测结果表明，采用合理的施工技术，机场道面使用性能可达到相应的技术要求。

针对机场道面剪切推移病害，以咸阳国际机场北飞行区道面改造与新建滑行道工程为依托，在试验段铺筑环氧沥青混合料，并提出了环氧剂的合理掺量，介绍了试验段混合料配合比设计与施工质量控制的关键技术。按照本研究设计的配合比，严格控制施工质量，尽量缩短环氧沥青混合料从出料至碾压完成的时间，防止沥青混合料提前固化，则试验段可具备良好的施工质量；且根据目前的使用情况看，道面具有较好的路用性能，在高温高压作用下抗剪效果好。