纖維瀝青混凝土應用技術研究

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隨著我國公路交通事業(yè)的發(fā)展, 大跨徑橋梁逐漸增多, 鋪裝層的質量好壞和使用耐久性直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁的耐久性及投資效益。大跨徑橋梁的橋面鋪裝,往往因為交通量大, 沒有替代的其他疏散道路而使得維護較為困難, 所以,需要橋面鋪裝有較長的使用壽命。
    為了適應現(xiàn)代交通對瀝青混凝土橋面鋪裝提出的越來越高的要求, 出現(xiàn)了諸如改性瀝青SMA、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪碲脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝材料和技術[1～4 ]。雖然它們具有較好的性能, 但或者需要采用特殊設備, 或者是有一定的施工難度, 或者造價比較高, 一時還難以大面積推廣。針對揚州西北繞城高速公路的具體工程情況,本文選擇了纖維瀝青混合料作為橋面鋪裝材料[ 5 ]。
    1、纖維瀝青混合料的路用性能研究
    本研究首先通過揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2 種級配類型瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等路用性能試驗[6 ] , 來綜合評價瀝青混合料的各項性能以及纖維的增強作用。
    1.1　瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗
    由于瀝青混凝土路面的強度和剛度(模量) 隨溫度升高而顯著下降, 為了保證瀝青混凝土鋪裝層在高溫季節(jié)行車荷載反復作用下,不至于產生諸如波浪、推移、車轍和擁包等病害, 鋪裝層應具有良好的高溫穩(wěn)定性, 即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車轍試驗因能較好地反映車轍的形成過程,得到世界各國的廣泛認可與采用,本研究即采用車轍試驗來評價纖維瀝青混凝土的高溫抗車轍能力,試驗結果。
    試驗結果表明: 加入纖維后, 瀝青混合料的抗車轍性能得到改善。這是因為車轍的形成主要是由于試驗初期瀝青混合料本身的壓密,以及隨后瀝青混合料的側向流動變形。加入纖維與未加纖維對混合料的初期壓密變形影響不大, 但是對后期的側向流動變形有較大的影響。加入纖維后, 纖維吸附及穩(wěn)定瀝青,使瀝青的粘稠度和粘聚力增大, 同時由于縱橫交錯的纖維加筋作用, 使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強。從動穩(wěn)定度結果可以看出, 纖維可顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能。
    1.2　瀝青混合料低溫性能試驗
    瀝青混合料是一種溫度敏感性材料, 環(huán)境溫度的變化會使其使用性能發(fā)生很大的變化。隨著溫度的降低, 瀝青混合料的強度和勁度都會明顯增大,但其變形能力卻會顯著下降, 并可能會出現(xiàn)脆性破壞。
    低溫主要是影響瀝青混合料的抗拉強度和變形能力, 從而造成瀝青混合料的低溫開裂。本研究通過試驗測定瀝青混合料在-10 ℃時彎曲破壞的力學性質來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。
    從試驗結果可以看出, 纖維的加入有效地提高了鋪裝層材料低溫時的柔韌性, 這樣使得鋪裝層在低溫季節(jié)能更好地適應橋面板的變形,減少在低溫季節(jié)容易出現(xiàn)的橋面溫縮裂縫和疲勞裂縫。這對于改善橋面鋪裝低溫時的使用性能具有重要意義。
    1.3　瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗
    瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在, 則在汽車車輪動態(tài)荷載的作用下, 進入路面空隙中的水會不斷產生動水壓力及真空負壓抽吸的反復循環(huán)作用,使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結力。繼而,瀝青膜從集料表面脫落, 瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散, 形成瀝青混凝土路面的坑槽、松散等損壞現(xiàn)象。因而, 必須重視瀝青混合料自身抗水損壞能力的好壞。
    本文首先進行了浸水馬歇爾試驗, 結果表明不同級配、不同瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度都遠遠高于規(guī)范要求。雖然該試驗方法操作比較簡單,但不能較好地反映實際瀝青混凝土路面早期的水損情況。為了更有效地評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能, 本研究又進行了凍融劈裂試驗。
    試驗結果表明, 加入纖維對瀝青混合料的水穩(wěn)性有改善作用, 且纖維對普通瀝青混合料的改善作用相對較大。這主要是因為纖維可以吸附部分瀝青,從而增大瀝青用量,提高瀝青飽和度; 并且使粘附在礦料上的結構瀝青膜變厚, 降低了水對瀝青膠漿的侵蝕破壞作用, 增強了瀝青膠漿抵抗自然環(huán)境破壞的能力, 使混合料抗水損害能力增強。而改性瀝青混合料本身就具有較強的水穩(wěn)定性,所以, 纖維對其的改善作用并不明顯。
    另外,對于采用相同瀝青基質的混合料, 纖維對A K213A 型改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善作用要優(yōu)于AC220 I 型改性瀝青混合料。這是由于礦料級配越細, 細礦料比表面積越大,與瀝青及纖維的相互作用越強, 瀝青混合料水穩(wěn)性的改善幅度就越大。
    2、纖維瀝青混合料的力學性能研究
    橋面鋪裝結構層瀝青混凝土力學性能計算參數, 包括劈裂抗拉強度和抗壓回彈模量。本研究測得了揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2種級配類型條件下, 各鋪裝層材料的力學性能。
    2.1　瀝青混合料劈裂試驗
    本試驗測定熱拌瀝青混合料在15 ℃下的劈裂抗拉強度和破壞勁度模量。
    由試驗結果可以看出, 在A K213A 中摻加增強纖維, 增加了瀝青混合料的劈裂抗拉強度。這主要是由于在劈裂的條件下,試件內部呈受拉狀態(tài), 試件的破壞主要是由于內部的粘結力不足以抵抗外荷載的作用, 而纖維增加了瀝青與礦料間的粘附性, 提高了集料之間的粘結力, 進而提高了瀝青混合料的抗劈裂能力。