1、纖維瀝青混凝土應用技術研究            摘要：通過研究普通及纖維瀝青混合料各項路用性能及力學性能, 表明添加纖維能顯著改善瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性能, 并且能有效增加混合料的整體性與柔韌性, 適于作為橋面鋪裝材料。同時針對揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝, 研究了纖維瀝青混合料的施工控制。 關鍵詞：纖維瀝青混凝土 路用性能 力學性能 橋面鋪裝 施工   隨著我國公路交通事業的發展, 大跨徑橋梁逐漸增多, 鋪裝層的質量好壞和使用耐久性直接影響

2、到行車的安全性、舒適性、橋梁的耐久性及投資效益。大跨徑橋梁的橋面鋪裝, 往往因為交通量大, 沒有替代的其他疏散道路而使得維護較為困難, 所以,需要橋面鋪裝有較長的使用壽命。 為了適應現代交通對瀝青混凝土橋面鋪裝提出的越來越高的要求, 出現了諸如改性瀝青SMA、環氧瀝青混凝土、瀝青瑪碲脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝材料和技術 14 。雖然它們具有較好的性能, 但或者需要采用特殊設備, 或者是有一定的施工難度, 或者造價比較高, 一時還難以大面積推廣。針對揚州西北繞城高速公路的具體工程情況, 本文選擇了纖維瀝青混合料作為橋面鋪裝材料 5 。1纖維瀝青混合料的路用性能研究 本研究首先通過揚州西

3、北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2 種級配類型瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等路用性能試驗 6 , 來綜合評價瀝青混合料的各項性能以及纖維的增強作用。1.1瀝青混合料的高溫穩定性試驗 由于瀝青混凝土路面的強度和剛度(模量) 隨溫度升高而顯著下降, 為了保證瀝青混凝土鋪裝層在高溫季節行車荷載反復作用下, 不至于產生諸如波浪、推移、車轍和擁包等病害, 鋪裝層應具有良好的高溫穩定性, 即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車轍試驗因能較好地反映車轍的形成過程,得到世界各國的廣泛認可與采用, 本研究即采用車轍試驗來評價纖維瀝青混凝土的高溫抗車轍能力,試驗結果。 試驗結果表明: 加入纖維

4、后, 瀝青混合料的抗車轍性能得到改善。這是因為車轍的形成主要是由于試驗初期瀝青混合料本身的壓密, 以及隨后瀝青混合料的側向流動變形。加入纖維與未加纖維對混合料的初期壓密變形影響不大, 但是對后期的側向流動變形有較大的影響。加入纖維后, 纖維吸附及穩定瀝青, 使瀝青的粘稠度和粘聚力增大, 同時由于縱橫交錯的纖維加筋作用, 使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強。從動穩定度結果可以看出, 纖維可顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能。1.2瀝青混合料低溫性能試驗 2007-04-21 瀝青混合料是一種溫度敏感性材料, 環境溫度的變化會使其使用性能發生很大的變化。隨著溫度的降低, 瀝青混合料的強度

5、和勁度都會明顯增大, 但其變形能力卻會顯著下降, 并可能會出現脆性破壞。 低溫主要是影響瀝青混合料的抗拉強度和變形能力, 從而造成瀝青混合料的低溫開裂。本研究通過試驗測定瀝青混合料在- 10 時彎曲破壞的力學性質來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。 從試驗結果可以看出, 纖維的加入有效地提高了鋪裝層材料低溫時的柔韌性, 這樣使得鋪裝層在低溫季節能更好地適應橋面板的變形, 減少在低溫季節容易出現的橋面溫縮裂縫和疲勞裂縫。這對于改善橋面鋪裝低溫時的使用性能具有重要意義。1.3瀝青混合料水穩定性試驗 瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在, 則在汽車車輪動態荷載的作用下, 進入路面空隙中的水會不斷產生動水壓力及

6、真空負壓抽吸的反復循環作用,使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結力。繼而, 瀝青膜從集料表面脫落, 瀝青混合料出現掉粒、松散, 形成瀝青混凝土路面的坑槽、松散等損壞現象。因而, 必須重視瀝青混合料自身抗水損壞能力的好壞。 本文首先進行了浸水馬歇爾試驗, 結果表明不同級配、不同瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度都遠遠高于規范要求。雖然該試驗方法操作比較簡單, 但不能較好地反映實際瀝青混凝土路面早期的水損情況。為了更有效地評價瀝青混合料的水穩定性能, 本研究又進行了凍融劈裂試驗。 試驗結果表明, 加入纖維對瀝青混合料的水穩性有改善作用, 且纖維對普通瀝青混合料的改善作用相對較大。這主要是因為纖維可以吸附部

7、分瀝青,從而增大瀝青用量, 提高瀝青飽和度; 并且使粘附在礦料上的結構瀝青膜變厚, 降低了水對瀝青膠漿的侵蝕破壞作用, 增強了瀝青膠漿抵抗自然環境破壞的能力, 使混合料抗水損害能力增強。而改性瀝青混合料本身就具有較強的水穩定性, 所以, 纖維對其的改善作用并不明顯。 另外, 對于采用相同瀝青基質的混合料, 纖維對A K213A 型改性瀝青混合料水穩定性的改善作用要優于AC220 I 型改性瀝青混合料。這是由于礦料級配越細, 細礦料比表面積越大, 與瀝青及纖維的相互作用越強, 瀝青混合料水穩性的改善幅度就越大。    2纖維瀝青混合料的力學性能研究 橋面鋪

8、裝結構層瀝青混凝土力學性能計算參數, 包括劈裂抗拉強度和抗壓回彈模量。本研究測得了揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2 種級配類型條件下, 各鋪裝層材料的力學性能。     2007-04-21        2.1瀝青混合料劈裂試驗 本試驗測定熱拌瀝青混合料在15 下的劈裂抗拉強度和破壞勁度模量。 由試驗結果可以看出, 在A K213A 中摻加增強纖維, 增加了瀝青混合料的劈裂抗拉強度。這主要是由于在劈裂的條件下, 試件內部呈受拉狀態, 試件的破壞主要是由于內

9、部的粘結力不足以抵抗外荷載的作用, 而纖維增加了瀝青與礦料間的粘附性, 提高了集料之間的粘結力, 進而提高了瀝青混合料的抗劈裂能力。 同時, 當瀝青混合料中摻加增強纖維后, 瀝青混合料的破壞勁度模量也有所增大。但破壞勁度模量增大速率較緩慢, 說明纖維增強瀝青混合料具有更大變形能力(柔韌性) , 更能適應橋面板的變形。 另外, 纖維對普通瀝青混合料的增強作用較之改性瀝青混合料更為明顯。這主要是由于改性瀝青本身就具有較強的粘結性, 纖維的作用無法充分體現。2.2瀝青混合料單軸壓縮試驗 本文測定瀝青混合料在15 條件下的抗壓強度和抗壓回彈模量。 試驗結果表明: (1) 鋪裝上層瀝青混合料的抗壓強度有

10、了明顯提高, 而抗壓回彈模量卻降低了, 說明加入聚合物有機纖維后, 瀝青混合料的柔韌性增加了; (2) 瀝青混合料中摻加纖維后, 無論是普通瀝青混合料還是改性瀝青混合料, 抗壓性能都有所改善,但對普通瀝青混合料抗壓性能的改善作用更明顯; (3) 纖維對A K213A 型瀝青混合料抗壓性能的改善作用要優于AC220 I 型瀝青混合料。3纖維瀝青混合料的應用3.1纖維瀝青混合料的施工    2007-04-21         纖維瀝青混合料的施工須注意的是其拌和與碾壓。在本次施

11、工中, 纖維采用專用添加設備投入到瀝青混合料拌和機。為了保證纖維在瀝青混合料中分布均勻, 同時避免干拌時間過長造成集料過多磨損,本研究對混合料進行了試拌: 選擇干拌的時間分別為14 s、17 s及20 s, 觀察纖維在混合料中的拌和效果; 對混合料做抽提試驗, 驗證油石比、級配; 比較不同拌和時間下集料中粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量。通過試拌, 得到了以下結論。 (1) 通過觀測不同干拌時間下瀝青混合料外觀狀況, 發現干拌時間為17 s 及20 s 的瀝青混合料中纖維分散均勻, 未見纖維成團現象。在干拌時間為14 s的瀝青混合料中, 纖維分散比較均勻, 偶見纖維粘連現象。 (2) 通過

12、抽提試驗, 發現3 種干拌時間下瀝青混合料中粒徑小于01075 mm 的顆粒含量均接近于設計中值, 沒有因為干拌時間的增加而造成集料的過多磨損。3 種干拌時間下的瀝青混合料中2.36 mm顆粒含量與設計中值偏差較大, 但也在要求的范圍內。 試拌混合料各項體積指標均能滿足我國規范規定的技術要求。通過目測纖維均勻度及抽提試驗, 同時考慮到施工產量等因素, 確定纖維AC- 20 混合料干拌時間為17 s, 濕拌時間與普通瀝青混合料濕拌時間相同。 考慮到纖維瀝青混凝土壓實比較困難, 本研究在普通瀝青混凝土壓實方案的基礎上, 增加20 t 膠輪壓路機復壓2 遍的要求。3.2纖維瀝青混合料質量檢測 纖維瀝青混合料施工質量檢測主要包括配合比檢測與馬歇爾試驗, 以及現場的壓實度與滲水系數試驗。 混合料的配合比檢測主要是通過抽提試驗, 測定混合料的級配和瀝青用量。測試結果表明, 混合料級配未出現異常情況, 油石比接近設計的最佳油石比。取樣保溫, 到規定的馬歇爾成型溫度后成型馬歇爾試件, 并檢測其穩定度、流值、空隙率、飽和度等指標, 結果各指標都比較正常。 橋面鋪裝施工結束后, 在橋面取芯, 檢測鋪裝層的壓實度, 同時進行滲水試驗, 檢測滲水系數。從試驗結果看, 現場取芯試樣按理論最大密度計算得到的壓實度平均值為94.8% , 最小壓實度為94.1% ,按馬歇爾密度計算得到的壓實度平均值為98