白云石作为沥青裂缝修补材料的性能探索

2021-04-03

中国公路 2021年5期

（湖北交投智能检测股份有限公司，湖北武汉 430050）

高速公路的发展速度在一定程度上反映了交通运输业的发展水平。我国高速公路发展至今，不但早期修建的路面开始陆续发生病害，而且许多新建或大修的国省道路面也面临着诸多损毁，与设计使用年限相差甚远。造成这些问题的原因是多方面的，如超限超载、设计原因和施工原因等。

一、裂缝病害路段路面性能分析

（一）路面裂缝程度

据现场勘察，被调研的湖北省某高速公路路面整体状况欠佳。根据路面的实际情况和病害特点，调研组选用了新的计算公式，如式（1）所示。

式中：C—裂隙度，m/(1000m2)

L—裂缝的长度，m

A—研究路段的路面面积，取1000m2

调查结果表明，部分路段裂缝度大于20m/(1000m2)，横向裂缝较密集，部分路段裂缝大于30条。相对而言，该高速公路路面向上的裂缝比向下的裂缝多。

（二）现场调研取样状况

根据现场调研在路面裂缝密集地段进行了现场取芯，并展开了综合分析。

1.横向裂缝：从取样结果看，取样段的横向裂缝主要为反射裂缝，且大部分的裂纹下部较宽，上部较窄。后期雨水渗入后，在驱动荷载作用下，雨水侵蚀表面与基层之间的黏结层，导致表层与基层脱落。

2.纵向裂缝：从所取样品可以看出，纵向裂缝产生的主要原因是表面混合材料的抗剪强度较差造成的。纵向裂纹边缘有明显的损伤现象，但主要集中在上层，其中部分位置向上层发展，底层与基层相对完整，表面与基层结合较好。

3.网状裂纹：取样发现部分裂纹是由表层磨损裂纹引起的。裂缝主要集中在中上层，大部分在上层，少部分在中层，下层和基层状况良好；少量裂缝已发展到基层，表层和基层均出现严重松动。

二、白云石纤维修补材料的性能研究

纤维混合材料是通过纤维材料的纺织加工工艺形成的一种混合结构材料。纤维的长径比较大，易发生弯曲变形，对形状具有很好的适应性，可以有效防止混合物开裂。大量研究表明，纤维的种类、长度、细度和含量对纤维沥青混合料具有明显影响。本文研究了不同纤维掺量下，马歇尔指数的变化及纤维掺合对低温抗裂效果的影响，为类似工程的纤维选择和纤维混合料的设计及施工提供相关依据。

（一）纤维剂量效应

随着纤维混合料中纤维掺量的不同，纤维在混合料中的分散度、有效比表面积及对混合料的增强效果也发生了变化。为了分析纤维用量的影响，本文采用白云石纤维作为研究对象进行了对比试验。纤维用量分别为0%、0.20%、0.35%和0.50%，试验结果如表1所示。

由试验结果可知，混合料的密度随着沥青含量的不断增加而减小，随着纤维含量的增加，孔隙率和矿料间隙率（VMA）不断增大。马歇尔稳定性取决于纤维的增强程度和纤维的分散性，其流动性有增加的趋势。

表1 不同白云石纤维含量试验结果

表2 混合料弯曲破坏试验结果

混合料中不同纤维掺量直接影响最佳沥青用量，纤维掺量的增加提高了混合料中最佳沥青含量。混合料由于纤维含量的增加，提高了沥青与混合料的接触面积，需要更多的沥青将纤维包裹，并且纤维直径越小，纤维的含量越高，相对应的比表面积越大，从而吸附了更大量的沥青，最佳沥青含量相应增加。然而，随着纤维的不断增加，纤维的分散性使总比表面积不再持续加大，相对应的沥青含量也不会增加。由此可知，纤维的加入会对沥青含量产生影响，当纤维掺量过多时该影响会减小，因此在使用中应合理选择纤维的用量。

由于纤维的相对密度和体积较小，因此与无纤维的混合料相比，有纤维掺量的混合料密度较小，且纤维含量越大密度越小。因此，在纤维沥青混合料的施工中，为保证混合料得到良好的压实效果，需要进一步把控沥青混合料的纤维掺量。

研究结果表明，当混合料内纤维分散得较为均匀时，在一定程度内，随着纤维掺量越大，混合料的稳定性及抗损伤性明显提高；当纤维掺量过大时，混合料的稳定性开始降低，主要由于纤维的分散性造成。在试验中体现为马歇尔稳定值随着纤维掺量的不断增加呈现先增长、后减小的趋势。另一方面，由于纤维含量的增加使得最佳沥青含量增加，从而加大了沥青混合料的流动性。

纤维用量、空隙率和VMA纤维用量较小且混合均匀时，纤维的加入占据一定的空间。纤维的弹性模量大于沥青及其他的混合料，因此随着纤维含量的增加混合料的孔隙率变大增加了混合料的压实难度。同时，纤维掺量的增加同样引起VMA的增大。虽然VMA增加，但沥青饱和度(VFA)没有明显变化表明，沥青有效薄层厚度随纤维掺量的增加而增大，有利于混合料的低温耐久性。