纖維加筋瀝青混凝土應(yīng)用技術(shù)研究

李澤林

(山西省公路局呂梁分局)

0 引言

隨著公路運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，交通量以及交通荷載的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)于路面質(zhì)量提出了更高的要求。因此必須通過新材料以及新工藝，逐步提高瀝青路面的使用品質(zhì)，延長(zhǎng)路面的使用壽命。為了提高瀝青混凝土的整體力學(xué)性能，在瀝青混合料中加入纖維加筋材料的新技術(shù)得到研究應(yīng)用，而且以SMA為代表的纖維加筋瀝青混合料技術(shù)已經(jīng)在我國推廣應(yīng)用，表現(xiàn)出了較好的路用性能。纖維加筋瀝青混凝土，其對(duì)于瀝青混凝土性能的改善主要體現(xiàn)在通過纖維的加入，降低瀝青的溫度敏感性，增強(qiáng)了瀝青混合料增粘、穩(wěn)定以及阻滯瀝青材料裂紋擴(kuò)展等方面性能，纖維加筋瀝青混凝土對(duì)于提高現(xiàn)有瀝青混合料的各項(xiàng)性能，延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命起到了重要的作用。

1 纖維的物化性能指標(biāo)要求

現(xiàn)階段，在公路建設(shè)領(lǐng)域使用的纖維主要包括腈綸纖維、木質(zhì)素纖維、有機(jī)纖維以及礦物纖維等幾種形式。對(duì)于纖維加筋瀝青混凝土中使用的纖維，其技術(shù)要求主要包括纖維耐熱性與吸水性好，纖維與瀝青的粘附性好，生產(chǎn)拌和的分散性以及形成的纖維瀝青膠漿對(duì)集料的粘附性能較好等幾方面。

(1)抗拉強(qiáng)度高，斷裂延伸性能好。由于纖維加筋混凝土中，纖維需要起到承受溫度變化以及荷載應(yīng)力變化所產(chǎn)生的拉伸力，因此應(yīng)該具有一定的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)該具有較好的斷裂延伸率，以免生產(chǎn)拌和過程中纖維過早斷裂，失去加筋作用。

(2)耐熱性能好。由于瀝青混合料在生產(chǎn)拌和過程中，集料以及瀝青均被加熱至較高溫度，因此要求纖維必須具有較好的耐熱性。將纖維材料在200℃的條件下將纖維加熱恒溫3 h，確保纖維在高溫條件下沒有發(fā)生卷曲或者結(jié)團(tuán)融化的情況，方可用于加筋瀝青纖維混凝土的生產(chǎn)。

(3)與瀝青的吸附性能好。纖維與瀝青的吸附性能主要通過吸油率與比表面積評(píng)價(jià)，吸油率是表征纖維對(duì)瀝青的吸附能力高低的重要技術(shù)指標(biāo)，而纖維的比表面積關(guān)系到其吸附能力的大小，而纖維的密度則是纖維比表面積的側(cè)面反映。

2 纖維加筋瀝青混凝土的路用性能研究

(1)纖維加筋混凝土的礦料級(jí)配設(shè)計(jì)。礦質(zhì)混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)主要是確定粗集料、細(xì)集料以及礦粉的比例關(guān)系，將各種粒徑不同的礦料以一定的比例混合，使瀝青混凝土形成懸浮密實(shí)或者骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)形式，發(fā)揮其應(yīng)有的結(jié)構(gòu)功能。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究表明，纖維加筋瀝青混凝土在采用連續(xù)型密級(jí)配或者4.75 mm篩孔通過率接近上限的情況下，纖維可以有效的發(fā)揮其加筋作用。

(2)最佳瀝青用量以及最佳纖維摻量的確定。最佳瀝青用量以及纖維產(chǎn)量應(yīng)該通過馬歇爾試驗(yàn)方法，進(jìn)行正交試驗(yàn)配合來確定其最佳值。即首先按照纖維使用量建議，固定纖維摻量，按照0.5%的間隔調(diào)整瀝青用量成型三組試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，之后按照0.1%纖維用量間隔上下浮動(dòng)，成型不同瀝青用量的幾組馬歇爾試件。之后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總，并通過以實(shí)測(cè)密度、空隙率、飽和度、穩(wěn)定度、流值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別確定纖維低、中、高三個(gè)摻量情況下的最佳瀝青用量，然后通過路用性能試驗(yàn)研究確定最佳的纖維產(chǎn)量以及瀝青用量。

(3)路用性能試驗(yàn)研究，路用性能試驗(yàn)主要包括高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及低溫抗裂性能試驗(yàn)。纖維加筋混凝土高溫穩(wěn)定性一般情況下通過動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果來表征，將成型好的車轍板試件在盤在60℃下養(yǎng)護(hù)5 h，在0.7 MPa的車轍小輪壓力作用條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，以45～60 min之間瀝青混凝土試件產(chǎn)生1 mm變形車輪行走次數(shù)作為動(dòng)穩(wěn)定度，來表征纖維加筋混凝土的高溫穩(wěn)定性。纖維加筋混凝土的低溫性能主要通過低溫彎曲小梁的試驗(yàn)結(jié)果表征，利用車轍試件成型機(jī)制備車轍板試件，將其切割成長(zhǎng)250 mm，寬30 mm，高35 mm的棱柱體試件，并按規(guī)定溫度恒溫保溫1 h候進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，并以破壞應(yīng)變作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。纖維加筋混凝土水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要通過浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表征，其試驗(yàn)表征結(jié)果分別為殘留穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度比。將路用性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理分析，最終得到最佳的纖維摻量及其對(duì)應(yīng)的瀝青用量。

3 纖維加筋瀝青混凝土生產(chǎn)施工注意事項(xiàng)

3.1 纖維加筋瀝青混凝土拌和生產(chǎn)

(1)拌合站瀝青混凝土生產(chǎn)中纖維的添加。瀝青混凝土生產(chǎn)過程中纖維的加入，可以采取投料設(shè)備或者人工投料的方式。對(duì)拌和設(shè)備進(jìn)行增加專門的纖維添加設(shè)備改造時(shí)，需要注意由于纖維在加筋瀝青混凝土中的比例較小，通常情況下在0.2%～0.5%之間，因此為了確保纖維加筋瀝青混凝土的質(zhì)量，必須控制纖維投料設(shè)備的精度以及投料速度，避免出現(xiàn)投入量不足或者纖維摻加不均勻結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象。

(2)纖維加筋瀝青混凝土的拌和。根據(jù)目標(biāo)配比確定纖維混凝土的生產(chǎn)配比以及纖維的最佳投入量，并進(jìn)行瀝青混凝土生產(chǎn)的試拌。對(duì)于普通的瀝青混合料其拌和時(shí)間在30～60 s之間，而纖維加筋混凝土的拌和，首先干拌25～30 s左右，之后濕拌30 s左右，以確保纖維加筋混凝土的拌和均勻性以及纖維與瀝青良好裹覆。拌和溫度應(yīng)該根據(jù)使用瀝青的情況確定，如瀝青的加熱溫度控制在130～160℃，砂石料加熱溫度控制在140～170℃之間，改性瀝青的加熱溫度在此基礎(chǔ)上提高10～15℃。

3.2 纖維加筋瀝青混凝土攤鋪壓實(shí)

(1)纖維加筋瀝青混凝土的現(xiàn)場(chǎng)攤鋪施工。纖維瀝青混凝土的攤鋪施工作業(yè)與普通瀝青混合料施工作業(yè)方式完全相同。纖維瀝青混凝土的施工氣溫應(yīng)不低于10℃，瀝青混凝土到達(dá)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)料溫應(yīng)在110～130℃之間，以確保瀝青混凝土的工作性。在攤鋪過程中，應(yīng)該合理控制攤鋪機(jī)的行走速度，避免過快或過慢，造成表面拉溝或者碾壓溫度過低的現(xiàn)象發(fā)生。

(2)纖維加筋瀝青路面碾壓。由于加入纖維后瀝青混凝土的粘性增大碾壓難度增加，因此為了確保纖維加筋路面的壓實(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加壓路機(jī)的行走遍數(shù)以及壓路機(jī)的噸位，以達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)效果。碾壓分為初壓、復(fù)壓以及終壓三道施工工序。初壓的目的在于將瀝青混凝土整平，為復(fù)壓壓實(shí)提供基礎(chǔ)，因此初壓一般跟在攤鋪機(jī)后較短的距離內(nèi)，一般采用6～18 t的雙輪壓路機(jī)或者6～10 t振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1～2遍，壓路機(jī)行走速度一般在2～3 km/h左右，以免碾壓過程中發(fā)生推移或者開裂的現(xiàn)象。復(fù)壓一般采用10～12 t的三輪壓路機(jī)或者10 t以上的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，需要確保碾壓區(qū)域重疊1/3以上，使路面達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。終壓利用雙鋼輪碾壓2～4遍左右，以消除輪跡。

4 結(jié)語

纖維加筋瀝青混凝土作為新型路面鋪筑材料，對(duì)于改善瀝青混凝土路面的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性，提高路面耐久性，延長(zhǎng)道路使用壽命具有重要的作用。而且纖維加筋瀝青混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益好，推廣應(yīng)用價(jià)值較高，因此在我國公路建設(shè)領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛的應(yīng)用。

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