KTL聚酯纤维复式加筋微表处混合料性能试验研究

2012-01-21苏霍然李子祥马敬坤

中国港湾建设 2012年2期

苏霍然，李子祥，马敬坤

（1.河北工业大学土木工程学院，河北省土木工程技术研究中心，天津 300401；2.河北交通职业技术学院，河北石家庄 050091）

1 概述

目前，我国高速公路已进入建设与养护并重的时期。据统计，截至2009年底，我国沥青混凝土公路里程已达48.89万km[1]。并且在未来的道路交通发展中，沥青路面仍将在我国高等级公路中占有绝对优势，而沥青路面受使用状况和寿命制约，预防性养护必不可少。美国SHRP计划的重要成果也指出，在整个路面使用周期内进行3～4次的预防性养护，可节约养护费用45%～50%[2]。预防性养护是将改性沥青、水、适当级配的集料、填料、添加剂等按照一定比例配合并通过专用的机械设备进行拌和，分两层迅速地摊铺在路面上，形成15 mm左右厚的薄层，并能在短时间内开放交通。复式加筋微表处的表层采用较粗集料，主要做磨耗层使用，在表层加入特定的纤维，可以提高其抗剪强度和弹性恢复能力，从而提高抗裂性能；底层采用较细集料，主要用于提高路表的抗滑性能和平整度，改善行车舒适性。复式加筋微表处不仅具有普通微表处开放交通时间短、施工方便易行、成本低等优点，还因其加入了纤维，使得微表处的各项指标及使用寿命得到提高，更适应公路养护工作的发展需求。

2 原材料性能

2.1 纤维

1）纤维种类的选择。本试验采用KTL聚酯纤维。KTL聚酯纤维是以聚酯为原料采用特殊工艺生产出来的沥青混凝土加强抗裂纤维。聚酯纤维在-40～250℃的温度内不脆化、不软化变形，与沥青有良好的吸附性且不缠绕，在正常的掺量下每1 kg沥青混合料中有将近200万根纤维多向分布对混合料进行加强，使混合料的高温抗车辙能力、低温抗裂能力、耐久性等技术指标明显提高，从而延长微表处寿命。KTL聚酯纤维的基本性能如表1所示。

KTL复合改性纤维是北京天成垦特莱科技有限公司开发生产的专利产品（专利号：2006101112404），它基本成粉末状，与混合料拌和均匀，基本没有结团现象。

表1 KTL聚酯纤维的物理性能

2）掺加量选择。根据国内外试验的经验与试验结果，选用掺加量为0.05%、0.18%、0.20%、0.25%和0.30%进行对比试验。

2.2 改性乳化沥青

本试验所用的改性乳化沥青的乳化剂为慢裂快凝MQK-1M。胶乳为进口1468，它能显著提高沥青低温变形能力，改善沥青温感性和黏弹性[3]。基质沥青为AH-70，试验所用改性乳化沥青质量检测结果如表2所示。

表2 改性乳化沥青检测结果

2.3 集料

集料作为微表处的重要组成部分，对微表处的性能影响很大，它占微表处混合料总质量的90%以上。在欧美发达国家，微表处所用的矿料均采用100%的轧制碎石，并要求专业化生产，矿料级配十分稳定[4]。本试验集料选自河北省易县玄武岩，选用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥作为填料。级配采用MS-3型稀浆封层混合料配比，具体筛分结果及配合比确定见表3。

表3 表层矿料级配标准及配比

2.4 水

水的用量是否适宜直接决定了稀浆的稠度以及摊铺效果。微表处所用的水不应含有害的可溶性盐、能引起化学反应的物质和其他污染物，一般可采用饮用水[5]。

3 复式加筋微表处混合料试验

3.1 纤维的添加方法及分散性能

纤维在混合料中的分散情况直接影响纤维微表处混合料的性能[6]。如果纤维分散不均匀，出现结团现象将导致沥青乳液在混合料中分布不均匀，结团的纤维会吸收较多的沥青，摊铺碾压等施工和易性变差，且造成微表处耐久性下降，纤维结团也不利于纤维性能的发挥。

试验中发现，若将沥青乳液和水先与石料拌和，再加入纤维，纤维较易结团。故应先将纤维加入石料中进行预拌和，待纤维分散较为均匀后，再加入沥青乳液和水进行拌和。在实际施工中，由于要先进行预拌和，故应当延长拌和时间，以确保纤维在混合料中混合均匀。

3.2 可拌和时间试验

拌和试验的目的是确定稀浆混合料的可拌和时间和成浆状态[7]。试验表明在微表处混合料中加入纤维，会增加用水量。为判断KTL纤维对混合料用水量的影响，选择6.5%的油石比，石料100 g，用水量均为7.5 g，对不同添加量进行拌和试验，结果见表4。从结果中分析得出对于KTL纤维当纤维掺量超过0.22%时，拌和时间不再满足要求。采用0.20%的纤维掺量进行下面的混合料试验。

表4 纤维掺量对拌和时间的影响

3.3 纤维掺加量及油石比对混合料黏聚力的影响

在其他试验条件不变的情况下，根据文献 [7]中的方法，变化不同的油石比，考察纤维用量和不同油石比对混合料黏聚力性能的影响。具体试验结果见表5。通过试验得出随着油石比的增大，黏聚力值逐渐增加。通过对比发现，KTL纤维的黏聚力指标要好于普通微表处。

表5 纤维掺量0.20%时的黏聚力试验结果

3.4 混合料湿轮磨耗、黏砂量、车辙试验分析

1 h湿轮磨耗试验主要用来控制混合料的最小沥青用量，评价混合料的耐磨耗能力和沥青与集料的裹附能力。混合料的耐磨耗能力越强，磨耗值越小。黏砂量试验是用来控制沥青用量的上限值。通常，油石比越大，试件表面所黏附的砂量也就越多。负荷车轮试验主要用于测试混合料的抗车辙能力。它是将条形试样放在负荷车辙试验仪碾压1 000次后，得到单位宽度上的侧向变形率和单位厚度的车辙深度率来评价混合料的抗车辙能力，规范中规定的宽度变化率限值为5%。试验仪器采用LWT-65型负荷轮试验仪，加载重量40 kg，行程300 mm。混合料的侧向变形率和车辙深度率越小，表示混合料的抗车辙能力越好。1 h湿轮磨耗试验可与黏砂量试验一起确定混合料的最佳沥青含量，见表6。

通过试验得出，随着油石比的增大，KTL复式加筋微表处的磨耗值逐渐减小，黏附砂量逐渐增大，宽度变化率先减小后增大。

表6 纤维掺量0.20%时的湿轮磨耗和车辙变形试验结果

在相同油石比的情况下，KTL复式加筋微表处的磨耗值小于普通微表处，说明纤维的增加能改善微表处的抗磨耗能力。KTL复式加筋微表处的抗变形能力优于普通微表处，说明纤维在混合料中起到了加筋的作用。纤维在混合料中形成了纵横交错的纤维网，使微表处的黏结力提高，将减少路面因松散发生破坏的情况，减少车辙的产生。沥青依附在纤维表面，形成了结构沥青，减少了混合料中自由沥青的数量，降低了出现油斑的可能性，使沥青的黏性增大，软化点提高，提高了其高温稳定性。