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沥青混凝土路面在北方应用比较广泛,但多数都寿命不长,原因很多,如交通量增加、重载超载车辆的增多、温度湿度变化,设计、施工、采用材料和养护管理等因素,都直接影响着路面的使用期限。在沥青混凝土中加和纤维,改善沥青混凝土的技术性能,有效地提高沥青混凝土路面的使用年限,在经济上合理,技术上可行,在公路沥青路面建设工程中具有广阔应用前景。而且施工工艺容易掌握,又不需要更新設备,也不需增加人力,简便易行,更便于推广应用。
1.加强纤维沥青混凝土的材料组成、基本性能及施工工艺
1.1加强纤维沥青混凝土的材料组成
加强纤维沥青混凝土是在普通沥青混凝土中加入0.3%成品聚酯纤维经拌和均匀而成的沥青混合料,其施工工艺与普通沥青混合料没有差异,聚酯纤维材料右直接加入沥青混合料中拌和。下面将加聚酯纤维沥青混合料与不加聚酯纤维沥青混合料做了马歇尔试验。目的是为了考察加聚酯纤维后沥青混合料的强度特性、变形特性及疲劳特性。
1.2聚酯纤维的基本性能指标
聚酯纤维沥青混凝土加强筋,是从石油中提炼出来的100%原聚酯材料,在温度为249℃之下不会收缩、变形、软化和失去强度。其主要技术指标:长度为(6.00±1)mm;直径为(0.02±0.0025)mm;熔点温度为249℃;抗拉强度为>500Mpa;断裂延伸率为(33±mm;9)%;比重为1.36±0.04;颜色为自然色(白色);燃点温度为556℃;无卷曲性。
根据矿料的筛分结果进行试配,确定出各种矿料用量的百分比,一种加入聚酯纤维,另外一种不加聚酯纤维,分别成型马歇尔试件,测试其物理指标及稳定度和流值。具体试验结果如下图。
沥青混合料马歇尔试验结果
1.3加强纤维沥青混凝土的施工工艺
确定适宜的拌和时间。对于普通的沥青混合料,间歇式拌和设备每盘拌和时间为30-60秒,加入纤维后,会使拌和时间延长10-15秒,推荐的拌和时间为干拌25-30秒,湿拌30秒,以混合料拌和均匀,纤维和沥青混合料裹附良好为准。
2.掺加“加强纤维”后的路面高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性的改善
通过沥青混凝土掺加加强纤维的一些工程实例和试验结果的分析,显示“加强纤维”对改善路面路用性能有其良好的效果。现将有关试验结果分析汇总如下:
2.1高温性能提高
①以马歇尔试验的稳定度可在一定程度上反映出沥青混合料的高温稳定有。把掺“纤维”和未掺“纤维”两种沥青混合料取样做成试件,试件成型前将冷混合料烘至150—160℃,以试验结果看,加入“纤维”后,沥青混合料的稳定度提高了7%左右,表明高温性能有所改善。
马歇尔试验室内试验结果并结合实际经验,综合确定掺加纤维沥青混合料的最佳石油比:
掺加纤维沥青混合料的最佳石油石比
纤维种类 未掺纤维 A B C D E F G
最佳油石比(%) 5.2 5.4 5.4 5.3 5.5 5.3 5.3 5.2
2.2低温抗裂性、弯拉强度和弯拉应变有所提高
按照我国1999年颁布实施的《改性沥青路面施工技术规范》(JTJ036—98)提出的沥青混合料低温性能评价方法——低温弯曲破坏应变试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。采用美国的MTS材料试验机,它是一套精密的闭环伺服液压系统,可通过微程度板对试验过程进行控制,试验结果是由计算机自动采集。先进行低温(-℃)弯曲破坏应变试验。由试验结果可知掺加“纤维”的极限拉应变为966.8με,抗拉强度为11.0430MPа,而未掺“纤维”者分别为940.8με和9.54795MPа,掺加“纤维”后,极限拉应变约增大2.8%,抗拉强度约增大15%。
再进行低温(0℃)弯曲蠕变试验。按照我国2000年颁布实施的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ—052—2000)中T0728—2000方法进行。试验前,试件在0℃环境箱中保温1h。由验结果可得掺加“纤维”的蠕变速率平均为100.391(E—8),而未掺加者平均为66.6763(E—8),即掺加“纤维”后,其蠕变速率约可增大50%,试验结果表明,掺加“纤维”后的沥青混凝土路面不易产生温缩裂缝,低温抗裂性能增强。
2.3抗疲劳性能的改善
可采用MTS材料试验机,控制方法采用控制应力的加载模式,从试验结果证明。可见,掺加“纤维”后,其疲劳寿命可提高50%左右。
3.加强纤维沥青混凝土路面的应用
1998年河南、河北、山东、江苏、新疆等地区都应用了加强纤维沥青混凝土路面,经调研应用效果良好。如河北石黄高速公路、内蒙210国道新建工程中也采用了这种材料。据业主介绍,应用效果均达到了技术要求,而且施工工艺简单,施工单位均可达到施工技术要求。还有在南京长江二桥21公里的道路、引桥的路面面层中全部加入了加强纤维。南京二桥的业主是在经方多考察调研后慎重选择使用加强纤维的,业主对承包商提出的质量要求是保证在正常使用条件下可使用15年不大修。新疆地区昼夜温差大,在沥青混凝土中掺加了加强纤维后抗高温、低温性能明显加强。经过“马歇尔试验”、“车辙试验”、“低温弯曲试验”等结果表明,掺和“加强纤维”后,确实大大提高了高温稳定性,低温抗裂性、水稳性等路用性能。
从以上各项分析可看出:“加强纤维”经搅拌均匀后,分布于沥青混合料中,由于纤维的吸附,沥青混凝土的沥青最佳用量会有所增加,而密度会有所降低,变化量随纤维类型而变。由于纤维在沥青混凝土中的纵横交错的分布和加筋作用,使沥青混凝土的路用性能改善,其中聚合物纤维沥青混凝土性能改善幅度也较大。
1.加强纤维沥青混凝土的材料组成、基本性能及施工工艺
1.1加强纤维沥青混凝土的材料组成
加强纤维沥青混凝土是在普通沥青混凝土中加入0.3%成品聚酯纤维经拌和均匀而成的沥青混合料,其施工工艺与普通沥青混合料没有差异,聚酯纤维材料右直接加入沥青混合料中拌和。下面将加聚酯纤维沥青混合料与不加聚酯纤维沥青混合料做了马歇尔试验。目的是为了考察加聚酯纤维后沥青混合料的强度特性、变形特性及疲劳特性。
1.2聚酯纤维的基本性能指标
聚酯纤维沥青混凝土加强筋,是从石油中提炼出来的100%原聚酯材料,在温度为249℃之下不会收缩、变形、软化和失去强度。其主要技术指标:长度为(6.00±1)mm;直径为(0.02±0.0025)mm;熔点温度为249℃;抗拉强度为>500Mpa;断裂延伸率为(33±mm;9)%;比重为1.36±0.04;颜色为自然色(白色);燃点温度为556℃;无卷曲性。
根据矿料的筛分结果进行试配,确定出各种矿料用量的百分比,一种加入聚酯纤维,另外一种不加聚酯纤维,分别成型马歇尔试件,测试其物理指标及稳定度和流值。具体试验结果如下图。
沥青混合料马歇尔试验结果
1.3加强纤维沥青混凝土的施工工艺
确定适宜的拌和时间。对于普通的沥青混合料,间歇式拌和设备每盘拌和时间为30-60秒,加入纤维后,会使拌和时间延长10-15秒,推荐的拌和时间为干拌25-30秒,湿拌30秒,以混合料拌和均匀,纤维和沥青混合料裹附良好为准。
2.掺加“加强纤维”后的路面高温稳定性能、低温抗裂性能、抗疲劳性的改善
通过沥青混凝土掺加加强纤维的一些工程实例和试验结果的分析,显示“加强纤维”对改善路面路用性能有其良好的效果。现将有关试验结果分析汇总如下:
2.1高温性能提高
①以马歇尔试验的稳定度可在一定程度上反映出沥青混合料的高温稳定有。把掺“纤维”和未掺“纤维”两种沥青混合料取样做成试件,试件成型前将冷混合料烘至150—160℃,以试验结果看,加入“纤维”后,沥青混合料的稳定度提高了7%左右,表明高温性能有所改善。
马歇尔试验室内试验结果并结合实际经验,综合确定掺加纤维沥青混合料的最佳石油比:
掺加纤维沥青混合料的最佳石油石比
纤维种类 未掺纤维 A B C D E F G
最佳油石比(%) 5.2 5.4 5.4 5.3 5.5 5.3 5.3 5.2
2.2低温抗裂性、弯拉强度和弯拉应变有所提高
按照我国1999年颁布实施的《改性沥青路面施工技术规范》(JTJ036—98)提出的沥青混合料低温性能评价方法——低温弯曲破坏应变试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。采用美国的MTS材料试验机,它是一套精密的闭环伺服液压系统,可通过微程度板对试验过程进行控制,试验结果是由计算机自动采集。先进行低温(-℃)弯曲破坏应变试验。由试验结果可知掺加“纤维”的极限拉应变为966.8με,抗拉强度为11.0430MPа,而未掺“纤维”者分别为940.8με和9.54795MPа,掺加“纤维”后,极限拉应变约增大2.8%,抗拉强度约增大15%。
再进行低温(0℃)弯曲蠕变试验。按照我国2000年颁布实施的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ—052—2000)中T0728—2000方法进行。试验前,试件在0℃环境箱中保温1h。由验结果可得掺加“纤维”的蠕变速率平均为100.391(E—8),而未掺加者平均为66.6763(E—8),即掺加“纤维”后,其蠕变速率约可增大50%,试验结果表明,掺加“纤维”后的沥青混凝土路面不易产生温缩裂缝,低温抗裂性能增强。
2.3抗疲劳性能的改善
可采用MTS材料试验机,控制方法采用控制应力的加载模式,从试验结果证明。可见,掺加“纤维”后,其疲劳寿命可提高50%左右。
3.加强纤维沥青混凝土路面的应用
1998年河南、河北、山东、江苏、新疆等地区都应用了加强纤维沥青混凝土路面,经调研应用效果良好。如河北石黄高速公路、内蒙210国道新建工程中也采用了这种材料。据业主介绍,应用效果均达到了技术要求,而且施工工艺简单,施工单位均可达到施工技术要求。还有在南京长江二桥21公里的道路、引桥的路面面层中全部加入了加强纤维。南京二桥的业主是在经方多考察调研后慎重选择使用加强纤维的,业主对承包商提出的质量要求是保证在正常使用条件下可使用15年不大修。新疆地区昼夜温差大,在沥青混凝土中掺加了加强纤维后抗高温、低温性能明显加强。经过“马歇尔试验”、“车辙试验”、“低温弯曲试验”等结果表明,掺和“加强纤维”后,确实大大提高了高温稳定性,低温抗裂性、水稳性等路用性能。
从以上各项分析可看出:“加强纤维”经搅拌均匀后,分布于沥青混合料中,由于纤维的吸附,沥青混凝土的沥青最佳用量会有所增加,而密度会有所降低,变化量随纤维类型而变。由于纤维在沥青混凝土中的纵横交错的分布和加筋作用,使沥青混凝土的路用性能改善,其中聚合物纤维沥青混凝土性能改善幅度也较大。