浅析FAC在沥青路面工程中的应用

赵婧荟,赵慕晖

(1.哈尔滨交研交通工程有限责任公司;2.黑龙江省交通科学研究所)

随着沥青路面的普及,相关的短期病害、长期耐久性问题也突显出来,世界各国也根据自身的情况作了相应的研究,其中一个重点就是从沥青混合料的内在品质上提升其性能。

日益增长的经济建设对道路交通提出了越来越高的要求,围绕减少道路病害,提高道路寿命的研究为世界各国所重视。沥青路面的设计大修期为15年,而目前我国的沥青路面往往 8～10年就需要进行大修。以路面寿命 30年计,资料表明这期间用于道路的维修费用几乎等于新建道路的投资。可见提高公路寿命,延缓检修期至关重要。

一直以来,沥青混凝土路面的实际使用年限往往达不到设计使用年限,解决的关键手段就是努力提高混凝土路面的内存品质。诸如提高路面的耐久性(抗剥落性、水稳定性)、高温稳定性(抗车辙性)、低温抗裂性(抗疲劳性)、柔韧性、抗磨损性等,延长路面使用寿命。

近年来,我们采用了如SMA路面技术、SBS改性沥青、橡胶沥青等方法,这些技术措施的应用对提高路面品质具有一定成效,但也存在一些问题,如提高了施工工艺要求,增加了工程综合造价等。因此,还需要研究更符合我国国情及省情的路面新材料、新工艺、新技术,以保证提高沥青混凝土路面的品质,又不过多提高工程造价,而且施工工艺简单易行,又不需更换设备,便于推广应用。

在普通沥青混合料中添加适量纤维,就成了纤维沥青混凝土(Fiber Asphalt Concrete,简称FAC)。自 20世纪 80年代以来,欧美国家对FAC进行了广泛研究与应用,出现了很多纤维产品,如美国的 H i-T echFiber、Bonifiber、德国的 Dolanit等。将这些纤维加入沥青混合料中,其目的不是为了吸收沥青,而是为了发挥沥青纤维的加筋作用,以对沥青混合料予以加强,这是与S M A的本质区别。

合成微纤维是在路用纤维发展过程中的一种新趋势,其主要成分为改性聚丙烯及聚酯,在沥青混合料中加入后可大大改善沥青路面的性、高温稳定性、疲劳耐久性、并具有提高低温抗裂和防止反向裂缝的性能,有效提高抗拉、抗剪、抗压及抗冲击强度。减少温度对路面的影响,提高沥青混凝土的水稳定性。

将普通沥青混合料改成FAC,可提高沥青路面的耐久性及使用寿命,符合经济、技术发展的需要。

美国联邦公路局1996～2000年科研计划是以发展新技术、应用新材料、改善道路运输性能为原则的。其中就有两项科研项目是关于材料和路面结构的：(1)对加筋合成物(纤维强化聚合物复合材料)、高性能钢筋、高性能混凝土的研究。推动高性能材料在道路、桥梁中的应用。(2)路面结构研究主要集中在路面修筑、路面材料性能、路面长期使用性能、路面管理方面。在这些研究中,有一种新材料沥青混凝土聚酯合成纤维。将这种聚酯纤维掺入在沥青混凝土混合料中后,可提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性,对抵抗路面反向裂缝有独特功效,而且最大特点是施工工艺简单。它只是简单地“掺加”,而不用改变矿料级配设计,对矿料要求远低于S M A。也不需要增加设备和人力,施工单位也完全能达到施工技术要求。

我国自1998年以来开始从美国进口聚酯纤维,并在许多地方的公路建设中广泛应用,经查阅资料应用效果很好。如新疆地区昼夜温差大,在沥青混凝土中掺加了聚酯纤维后抗高温、低温性能明显加强;南京长江二桥的业主为了保证路面在正常使用条件下15年不大修,经多方考察后在21km的道路、引桥的路面面层中全部加入了聚酯纤维;湖南新建的耒宜高速公路、河北石黄高速公路、内蒙古 210国道新建工程、北京城市二环道路中阜内大街改造工程中应用了这种材料。据业主介绍,应用效果均达到了技术要求,而施工方法、施工工艺与不掺加纤维时基本相同。经过“马歇尔试验”、“车辙试验”、“低温弯曲试验”等试验结果表明,掺加纤维后,确实较大的提高了高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能,有效地提高了沥青混凝土路面质量。

经技术引进及改良,现在国内已经能够生产合格的聚酯纤维及合成纤维,品种也越趋多样。黑龙江省的工程技术人员已经逐步认识到在沥青混合料中加入纤维所带来的益处,但因多方面原因,黑龙江省的FAC还未得到大面积的应用,这与未能理解短期投入与长期效益的关系有关。

合成微纤维在沥青路面中的应用,可以明显改善混合料的各项技术性能,提高了路面的使用性能及耐久性,降低了公路的养护压力,减少了养护的费用,所以说其长期的效益是显著的。

以路基宽 26m的四车道的一级公路为例,沥青混凝土上面层为 4cm厚,路面双幅宽 22.5m,掺加合成微纤维的费用为 5元/m2。虽然增加了工程造价,但由于加强纤维沥青混凝土施工工艺方法简单,能更快地改善路面性能,延长路面使用年限,推迟路面大修时间,在正常使用条件下保证10～15年不大修,因此从长远利益看则更经济合理。

通过合成微纤维沥青混凝土的实际施工及后期观测,FAC设计性能的可行性,在微纤维的有效掺量、拌和工艺、施工工艺等方面初步体现了合成微纤维的经济使用价值,同时也发现了施工工艺上存在的不足,为未来黑龙江省高速公路广泛应用打下了良好基础。