纤维加筋沥青混凝土应用技术研究

2012-08-15李泽林

黑龙江交通科技 2012年2期

李泽林

(山西省公路局吕梁分局)

0 引言

随着公路运输事业的不断发展，交通量以及交通荷载的持续增长，对于路面质量提出了更高的要求。因此必须通过新材料以及新工艺，逐步提高沥青路面的使用品质，延长路面的使用寿命。为了提高沥青混凝土的整体力学性能，在沥青混合料中加入纤维加筋材料的新技术得到研究应用，而且以SMA为代表的纤维加筋沥青混合料技术已经在我国推广应用，表现出了较好的路用性能。纤维加筋沥青混凝土，其对于沥青混凝土性能的改善主要体现在通过纤维的加入，降低沥青的温度敏感性，增强了沥青混合料增粘、稳定以及阻滞沥青材料裂纹扩展等方面性能，纤维加筋沥青混凝土对于提高现有沥青混合料的各项性能，延长沥青路面使用寿命起到了重要的作用。

1 纤维的物化性能指标要求

现阶段，在公路建设领域使用的纤维主要包括腈纶纤维、木质素纤维、有机纤维以及矿物纤维等几种形式。对于纤维加筋沥青混凝土中使用的纤维，其技术要求主要包括纤维耐热性与吸水性好，纤维与沥青的粘附性好，生产拌和的分散性以及形成的纤维沥青胶浆对集料的粘附性能较好等几方面。

(1)抗拉强度高，断裂延伸性能好。由于纤维加筋混凝土中，纤维需要起到承受温度变化以及荷载应力变化所产生的拉伸力，因此应该具有一定的抗拉强度，同时应该具有较好的断裂延伸率，以免生产拌和过程中纤维过早断裂，失去加筋作用。

(2)耐热性能好。由于沥青混合料在生产拌和过程中，集料以及沥青均被加热至较高温度，因此要求纤维必须具有较好的耐热性。将纤维材料在200℃的条件下将纤维加热恒温3 h，确保纤维在高温条件下没有发生卷曲或者结团融化的情况，方可用于加筋沥青纤维混凝土的生产。

(3)与沥青的吸附性能好。纤维与沥青的吸附性能主要通过吸油率与比表面积评价，吸油率是表征纤维对沥青的吸附能力高低的重要技术指标，而纤维的比表面积关系到其吸附能力的大小，而纤维的密度则是纤维比表面积的侧面反映。

2 纤维加筋沥青混凝土的路用性能研究

(1)纤维加筋混凝土的矿料级配设计。矿质混合料的级配设计主要是确定粗集料、细集料以及矿粉的比例关系，将各种粒径不同的矿料以一定的比例混合，使沥青混凝土形成悬浮密实或者骨架密实结构形式，发挥其应有的结构功能。根据相关试验研究表明，纤维加筋沥青混凝土在采用连续型密级配或者4.75 mm筛孔通过率接近上限的情况下，纤维可以有效的发挥其加筋作用。

(2)最佳沥青用量以及最佳纤维掺量的确定。最佳沥青用量以及纤维产量应该通过马歇尔试验方法，进行正交试验配合来确定其最佳值。即首先按照纤维使用量建议，固定纤维掺量，按照0.5%的间隔调整沥青用量成型三组试件进行马歇尔试验，之后按照0.1%纤维用量间隔上下浮动，成型不同沥青用量的几组马歇尔试件。之后将试验数据汇总，并通过以实测密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值作为评价指标，分别确定纤维低、中、高三个掺量情况下的最佳沥青用量，然后通过路用性能试验研究确定最佳的纤维产量以及沥青用量。

(3)路用性能试验研究，路用性能试验主要包括高温稳定性、水稳定性以及低温抗裂性能试验。纤维加筋混凝土高温稳定性一般情况下通过动稳定度试验结果来表征，将成型好的车辙板试件在盘在60℃下养护5 h，在0.7 MPa的车辙小轮压力作用条件下进行车辙试验，以45～60 min之间沥青混凝土试件产生1 mm变形车轮行走次数作为动稳定度，来表征纤维加筋混凝土的高温稳定性。纤维加筋混凝土的低温性能主要通过低温弯曲小梁的试验结果表征，利用车辙试件成型机制备车辙板试件，将其切割成长250 mm，宽30 mm，高35 mm的棱柱体试件，并按规定温度恒温保温1 h候进行低温弯曲试验，并以破坏应变作为评价指标。纤维加筋混凝土水稳定性的评价指标主要通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验结果表征，其试验表征结果分别为残留稳定度与劈裂强度比。将路用性能试验数据整理分析，最终得到最佳的纤维掺量及其对应的沥青用量。

3 纤维加筋沥青混凝土生产施工注意事项

3.1 纤维加筋沥青混凝土拌和生产

(1)拌合站沥青混凝土生产中纤维的添加。沥青混凝土生产过程中纤维的加入，可以采取投料设备或者人工投料的方式。对拌和设备进行增加专门的纤维添加设备改造时，需要注意由于纤维在加筋沥青混凝土中的比例较小，通常情况下在0.2%～0.5%之间，因此为了确保纤维加筋沥青混凝土的质量，必须控制纤维投料设备的精度以及投料速度，避免出现投入量不足或者纤维掺加不均匀结团的现象。

(2)纤维加筋沥青混凝土的拌和。根据目标配比确定纤维混凝土的生产配比以及纤维的最佳投入量，并进行沥青混凝土生产的试拌。对于普通的沥青混合料其拌和时间在30～60 s之间，而纤维加筋混凝土的拌和，首先干拌25～30 s左右，之后湿拌30 s左右，以确保纤维加筋混凝土的拌和均匀性以及纤维与沥青良好裹覆。拌和温度应该根据使用沥青的情况确定，如沥青的加热温度控制在130～160℃，砂石料加热温度控制在140～170℃之间，改性沥青的加热温度在此基础上提高10～15℃。

3.2 纤维加筋沥青混凝土摊铺压实

(1)纤维加筋沥青混凝土的现场摊铺施工。纤维沥青混凝土的摊铺施工作业与普通沥青混合料施工作业方式完全相同。纤维沥青混凝土的施工气温应不低于10℃，沥青混凝土到达施工作业现场时料温应在110～130℃之间，以确保沥青混凝土的工作性。在摊铺过程中，应该合理控制摊铺机的行走速度，避免过快或过慢，造成表面拉沟或者碾压温度过低的现象发生。

(2)纤维加筋沥青路面碾压。由于加入纤维后沥青混凝土的粘性增大碾压难度增加，因此为了确保纤维加筋路面的压实，应适当增加压路机的行走遍数以及压路机的吨位，以达到预期的压实效果。碾压分为初压、复压以及终压三道施工工序。初压的目的在于将沥青混凝土整平，为复压压实提供基础，因此初压一般跟在摊铺机后较短的距离内，一般采用6～18 t的双轮压路机或者6～10 t振动压路机静压1～2遍，压路机行走速度一般在2～3 km/h左右，以免碾压过程中发生推移或者开裂的现象。复压一般采用10～12 t的三轮压路机或者10 t以上的振动压路机进行碾压，需要确保碾压区域重叠1/3以上，使路面达到设计要求的压实度。终压利用双钢轮碾压2～4遍左右，以消除轮迹。