纖維瀝青混凝土應(yīng)用技術(shù)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(zhì)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?yàn)榻煌看? 沒有替代的其他疏散道路而使得維護(hù)較為困難, 所以,需要橋面鋪裝有較長的使用壽命。
    為了適應(yīng)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(shù)[1～4 ]。雖然它們具有較好的性能, 但或者需要采用特殊設(shè)備, 或者是有一定的施工難度, 或者造價(jià)比較高, 一時(shí)還難以大面積推廣。針對揚(yáng)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(yáng)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(yàn)[6 ] , 來綜合評價(jià)瀝青混合料的各項(xiàng)性能以及纖維的增強(qiáng)作用。
    1.1　瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)
    由于瀝青混凝土路面的強(qiáng)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(fù)作用下,不至于產(chǎn)生諸如波浪、推移、車轍和擁包等病害, 鋪裝層應(yīng)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(yàn)因能較好地反映車轍的形成過程,得到世界各國的廣泛認(rèn)可與采用,本研究即采用車轍試驗(yàn)來評價(jià)纖維瀝青混凝土的高溫抗車轍能力,試驗(yàn)結(jié)果。
    試驗(yàn)結(jié)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?yàn)檐囖H的形成主要是由于試驗(yàn)初期瀝青混合料本身的壓密,以及隨后瀝青混合料的側(cè)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(cè)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(shí)由于縱橫交錯(cuò)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(qiáng)。從動穩(wěn)定度結(jié)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(yàn)
    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(qiáng)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(qiáng)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(yàn)測定瀝青混合料在-10 ℃時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)來評價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能。
    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 纖維的加入有效地提高了鋪裝層材料低溫時(shí)的柔韌性, 這樣使得鋪裝層在低溫季節(jié)能更好地適應(yīng)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(shí)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(yàn)
    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(jìn)入路面空隙中的水會不斷產(chǎn)生動水壓力及真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用,使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)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(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn), 結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范要求。雖然該試驗(yàn)方法操作比較簡單,但不能較好地反映實(shí)際瀝青混凝土路面早期的水損情況。為了更有效地評價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能, 本研究又進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)。
    試驗(yàn)結(jié)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?yàn)槔w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(jié)構(gòu)瀝青膜變厚, 降低了水對瀝青膠漿的侵蝕破壞作用, 增強(qiáng)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(qiáng)。而改性瀝青混合料本身就具有較強(qiáng)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(zhì)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(xì), 細(xì)礦料比表面積越大,與瀝青及纖維的相互作用越強(qiáng), 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(xué)性能研究
    橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層瀝青混凝土力學(xué)性能計(jì)算參數(shù), 包括劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓回彈模量。本研究測得了揚(yáng)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(xué)性能。
    2.1　瀝青混合料劈裂試驗(yàn)
    本試驗(yàn)測定熱拌瀝青混合料在15 ℃下的劈裂抗拉強(qiáng)度和破壞勁度模量。
    由試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 在A K213A 中摻加增強(qiáng)纖維, 增加了瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。這主要是由于在劈裂的條件下,試件內(nèi)部呈受拉狀態(tài), 試件的破壞主要是由于內(nèi)部的粘結(jié)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(jié)力, 進(jìn)而提高了瀝青混合料的抗劈裂能力。