礦物纖維改性瀝青在粵贛高速公路路面上的應(yīng)用

1、 文章編號(hào):0451-0712(2006 04-0212-04中圖分類號(hào):U 414175文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B礦物纖維改性瀝青在粵贛高速公路路面上的應(yīng)用舒翔, 邱志雄, 張國(guó)炳(廣東粵贛高速公路有限公司河源市517000摘要:由于重載交通的作用, 、青混凝土路面鋪筑了礦物纖維改性瀝青混凝土試驗(yàn)段, , 。介。關(guān)鍵詞:高速公路; ; 近年來(lái), , 加, 特別是超重交通的日益增長(zhǎng), 瀝青混凝土路面即使采用改性瀝青仍抵抗不了超重交通的作用, 一些高速公路局部路段通車運(yùn)營(yíng)不到一年就出現(xiàn)車轍、坑槽等早期病害1。有些高速公路在長(zhǎng)陡坡采用水泥混凝土路面以避免出現(xiàn)車轍, 瀝青混凝土路面是否就不能抵抗目前的超重交通呢

2、? 為此, 廣東省交通集團(tuán)有限公司提出了山嶺重丘陡坡路段瀝青混凝土路面性能研究課題。從目前我國(guó)交通發(fā)展?fàn)顩r看, 瀝青混凝土路面由于其行車安全、舒適、噪音低、維護(hù)迅速便利等特點(diǎn), 今后仍將是高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式。眾所周知, 瀝青混凝土路面受瀝青基本性質(zhì)影響, 如不改善瀝青的物理化學(xué)性質(zhì), 要提高瀝青混凝土的性能是非常不易的。瀝青作為一種溫感性很強(qiáng)的高分子化學(xué)材料, 在溫度的影響下其力學(xué)性能差別很大, 隨溫度的降低, 瀝青會(huì)逐步脆化, 導(dǎo)致瀝青混凝土低溫收縮裂縫及早期水損壞; 隨溫度的升高, 瀝青粘度呈指數(shù)下降, 抗變形能力大大降低而形成高溫車轍變形。另一方面, 瀝青隨時(shí)間的增長(zhǎng)而老化, 其

3、老化結(jié)果是瀝青精含量越來(lái)越高, 而油性成份越來(lái)越低, 瀝青因此失去粘聚力而愈來(lái)愈脆, 將形成疲勞裂縫, 并造成水損壞2。如何提高瀝青混合料的抗高、低溫穩(wěn)定性, 以及抗老化、耐疲勞, 成為眾多路面工程師、材料工程師共同努力的方向。過(guò)去, 木質(zhì)素纖維、聚酯纖維因種種問(wèn)題而不能大面積地推廣和使用。20世紀(jì)90年代, 美國(guó)在喬治亞州鋪筑了第一條摻加礦物纖維的瀝青混凝土路面, 取得了良好的路用性能。在國(guó)內(nèi), 2004年同濟(jì)大學(xué)對(duì)礦物纖維、木質(zhì)素纖維和聚酯纖維在S M A 中的應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn), 試驗(yàn)證明:(1 礦物纖維作為一種無(wú)機(jī)纖維, 與其他纖維明顯不同, 具有良好的抗老化性能, 利于再生利用, 在

4、集料中具有良好的分散性和很高的吸油能力, 具有良好的耐熱性, 是其他纖維所不能比擬的; (2 礦物纖維能顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫性能, 并增加動(dòng)穩(wěn)定性, 提高抵抗車轍的能力; (3 在瀝青混合料中與瀝青有良好的親和性, 增強(qiáng)抗水害能力; (4 礦物纖維具有優(yōu)異的抗酸、抗堿和抗鹽等抗腐蝕的能力3。1試驗(yàn)段情況簡(jiǎn)介由于礦物纖維摻入瀝青混合料后, 能顯著提高瀝青混合料的性能, 粵贛高速公路選擇3段陡坡路段, 鋪筑了摻礦物纖維SB S 改性瀝青混凝土路面試驗(yàn)段(詳見(jiàn)表1 。本文對(duì)摻礦物纖維SB S 改性瀝青混凝土路面的室內(nèi)試驗(yàn)和施工情況作一介紹。表1試驗(yàn)段基本情況序號(hào)樁號(hào)單幅長(zhǎng)度m 坡度%

5、1K 80+750K 83+000(右 225021282K 100+600K 101+600(左 1000-3153K 115+050K 116+050(左 1000-217收稿日期:2005-12-28公路2006年4月第4期H IGHWA Y A p r 12006N o 14 考慮到粵贛高速公路是廣東省連接江西省的一條出省大通道, 重載交通大, 為提高抵抗車轍和水損害的能力, 試驗(yàn)段中上面層采用了礦物纖維, 試驗(yàn)段典型路面結(jié)構(gòu)形式如圖1。礦物纖維改性瀝青A K 213A 4c m 礦物纖維改性瀝青A C 220I 6c m 普通重交瀝青A C 225I 8c m 熱瀝青瓜米石下封層水泥

6、穩(wěn)定級(jí)配碎石基層38c m 水泥穩(wěn)定粒料底基層20c m土質(zhì)路基(一般情況圖1礦物纖維改性瀝青試驗(yàn)段典型路面結(jié)構(gòu)形式2礦物纖維介紹選的玄武巖為原料, 。2。表2技術(shù)指標(biāo)測(cè)試值纖維長(zhǎng)度 mm 平均6纖維厚度 mm平均01005篩分 %通過(guò)0125mm 篩95通過(guò)01063mm 篩65顏色灰白色密度 ( 32155熔點(diǎn) 15003礦物纖維瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)情況為確定不同摻量的礦物纖維對(duì)改性瀝青混合料性能的影響, 在室內(nèi)對(duì)不同摻量下的礦物纖維改性瀝青混合料進(jìn)行了馬歇爾、凍融劈裂、低溫小梁彎曲和車轍試驗(yàn)。首先試驗(yàn)中瀝青混合料類型選用A K 213A 密級(jí)配瀝青混合料, 原材料分別為:瀝青為佛山科氏SB

7、 S 改性瀝青(I 2D , 集料為粵贛高速公路沿線產(chǎn)變質(zhì)輝長(zhǎng)巖, 填料為石灰?guī)r礦粉和水泥。311A K 213A 礦物纖維改性瀝青混合料級(jí)配A K 213A 3。、4。從表4可, 摻礦物纖維改性瀝青大, 說(shuō)明礦物纖維具有一定的吸油性。表3AK -13A 瀝青混合料級(jí)配組成級(jí)配類型通過(guò)下列方孔篩(mm 的質(zhì)量百分率 %161013129150417521361118016013011501075合成級(jí)配1009717741248113310231418101217914614級(jí)配下限100906030201510754級(jí)配上限100100805340302318128表4瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)

8、果混合料類型最佳瀝青用量%密度g c m 3最大理論密度g c m 3空隙率%飽和度%穩(wěn)定度kN 流值011mm未摻礦物纖維的混合料41721672217894127119141882510摻013%礦物纖維的混合料41821654217854176917151312415摻014%礦物纖維的混合料41921640217754137310161002913摻015%礦物纖維的混合料51021649217714147119161742119312A K 213A 礦物纖維改性瀝青混合料低溫水穩(wěn)性檢驗(yàn)從表5可知, 礦物纖維改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度比隨礦物纖維摻量的增加而增大, 說(shuō)明礦

9、物纖維改性瀝青混合料具有良好的抗水損害能力。表5凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果混合料類型最佳瀝青用量%凍融后劈裂強(qiáng)度M Pa 未凍融劈裂強(qiáng)度M Pa 劈裂強(qiáng)度比%要求%與未摻礦物纖維比較 %未摻礦物纖維的混合料417018701998811摻013%礦物纖維的混合料418019311019213摻014%礦物纖維的混合料419110311089514摻015%礦物纖維的混合料510111911239618801001051081103122006年第4期舒翔等:礦物纖維改性瀝青在粵贛高速公路路面上的應(yīng)用 313A K 213A 礦物纖維改性瀝青混合料低溫抗裂性檢驗(yàn)對(duì)不同摻量的礦物纖維改性瀝青混合料在溫度-1

10、0、加載50mm m in 的條件下進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn), 從表6可知, 最大彎拉應(yīng)變隨礦物纖維摻量的增加而增大, 說(shuō)明礦物纖維改性瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能。表6小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果混合料類型最佳瀝青用量%最大彎拉應(yīng)變要求與未摻礦物纖維比較 %未摻礦物纖維的混合料4172844摻013%礦物纖維的混合料4182921摻014%礦物纖維的混合料4193摻015%礦物纖維的混合料3492100103114314A K 213A 為評(píng)價(jià)礦物纖維改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能, 對(duì)不同摻量的礦物纖維改性瀝青混合料進(jìn)行了車轍試驗(yàn), 具體結(jié)果見(jiàn)表7。從中可見(jiàn), 在礦物纖維摻量015%的范圍內(nèi), 動(dòng)穩(wěn)定度隨礦

11、物纖維摻量的增加而增大, 說(shuō)明礦物纖維改性瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性能。表7AK -13A 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果混合料類型動(dòng)穩(wěn)定度次 mm與未摻礦物纖維比較%未摻礦物纖維的混合料6707100摻013%礦物纖維的混合料7647114摻014%礦物纖維的混合料7848117摻015%礦物纖維的混合料812352, 在室內(nèi)對(duì)摻量分別為015%、016%的礦物纖維改性瀝青混合料和SB S 改性瀝青混合料及滿足PG -82要求的高模量瀝青混合料進(jìn)行車轍比對(duì)試驗(yàn)。試驗(yàn)中瀝青混合料類型選用A C 220密級(jí)配瀝青混合料, 原材料與上述A K 213A 混合料原材料相同。A C 220礦物纖維改性瀝青

12、混合料級(jí)配見(jiàn)表8。表8AC -20瀝青混合料級(jí)配組成級(jí)配類型通過(guò)下列方孔篩(mm 的質(zhì)量百分率 %1910161013129150417521361118016013011501075合成級(jí)配981788187517581336162612181914171014718517級(jí)配下限9010781062105010261016101210810510410310級(jí)配上限100921080107210561044103310241017101310710316A C 220礦物纖維改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)通過(guò)60條件下的車轍試驗(yàn)表明, 礦物纖維改性瀝青混合料和高模量改性瀝青混合料與普通的SB S

13、改性瀝青混合料相比, 動(dòng)穩(wěn)定度都有大幅度的提高。但摻加016%的礦物纖維改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度比摻加015%礦物纖維的動(dòng)穩(wěn)定度有所降低, 說(shuō)明礦物纖維改性瀝青混合料中, 礦物纖維的摻量應(yīng)確定在015%左右。具體結(jié)果見(jiàn)表9。表9AC -20瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果(60混合料類型動(dòng)穩(wěn)定度次 mm與未摻礦物纖維比較 %未摻礦物纖維的SBS 改性瀝青混合料57281007814136摻015%礦物纖維的混合料6883120摻016%礦物纖維的混合料6546114由于廣東省位于夏季高溫炎熱且高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū), 瀝青混凝土路面在夏季高溫炎熱時(shí)表面溫度已經(jīng)超過(guò)65, 因此對(duì)015%摻量的礦物纖維和高模

14、量改性瀝青混合料進(jìn)行了65條件下的車轍試驗(yàn)。具體結(jié)果見(jiàn)表10。從試驗(yàn)結(jié)果可知, 在65條件下, 015%摻量的礦物纖維改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)于60條件下的動(dòng)穩(wěn)定度下降率比高模量改性瀝青混合料小。說(shuō)明礦物纖維瀝青混合料在實(shí)際工作環(huán)境下抵抗車轍的能力比較突出。表10AC -20瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果(65混合料類型動(dòng)穩(wěn)定度次 mm 與60°C 車轍試驗(yàn)結(jié)果比較 %未摻礦物纖維的高模量改性瀝青混合料611878摻015%礦物纖維的混合料577184412公路2006年第4期 4礦物纖維改性瀝青混凝土路面施工方法與工藝礦物纖維能否均勻地分散在瀝青混合料中是礦物纖維能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。本工

15、程試驗(yàn)段礦物纖維改性瀝青混合料分別采用西筑生產(chǎn)的H 4000型和LB 3000型間隙式拌和機(jī)進(jìn)行拌和。礦物纖維采用北京肯特萊公司生產(chǎn)的KEN T ELAL 型專用添加設(shè)備進(jìn)行添加。該設(shè)備具有破碎和風(fēng)送的功能, 且具有電子自動(dòng)計(jì)量控制系統(tǒng), 通過(guò)拌和機(jī)輸送信號(hào)到該設(shè)備中, 利用輸送管道連接到拌和機(jī)觀察口, 與拌和機(jī)熱礦料投料的同時(shí)將該設(shè)備已破碎的礦物纖維風(fēng)送到拌和鍋中。通過(guò)試拌, 兩臺(tái)拌和機(jī)分別在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了不同的干拌和濕拌時(shí)間, 都能將礦物纖維混合料拌和均勻。H 4000維混合料時(shí), s 原來(lái)的26s 增加到40; 纖維混合料時(shí), 5s 增加到10s , 增加到50s 。拌和后的礦物纖維

16、混合料通過(guò)強(qiáng)光直射觀察, 可見(jiàn)礦物纖維均勻地分布在瀝青混合料中, 在礦料瀝青膜表面可見(jiàn)一根根的礦物纖維均勻地分布, 不見(jiàn)纖維成團(tuán)。由此可見(jiàn), 礦物纖維具有良好的分散性能。礦物纖維改性瀝青混合料拌和及攤鋪溫度相對(duì)于普通改性瀝青混合料要高, 因此在拌和時(shí)適當(dāng)提高了礦料加熱溫度510, 使混合料出廠溫度、攤鋪和碾壓溫度也相應(yīng)地提高510, 同時(shí)碾壓時(shí)遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進(jìn)行。其他施工方法和工藝與普通改性瀝青混凝土施工方法和工藝相同。5礦物纖維改性瀝青混合料和施工質(zhì)量檢測(cè)施工過(guò)程中, 通過(guò)對(duì)礦物纖維改性瀝青混合料的抽提試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 級(jí)配在施工級(jí)配允許范圍之內(nèi), 瀝青含量也滿足規(guī)范所規(guī)定的

17、±013%的范圍。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn), 其空隙率、礦料間隙率等主要指標(biāo)也與配合比設(shè)計(jì)一致。通過(guò)對(duì)已施工完成的礦物纖維改性瀝青混凝土路面試驗(yàn)段采用無(wú)核密度法、激光紋理儀、滲水實(shí)驗(yàn)、鋪砂法、取芯等方法進(jìn)行均勻性和常規(guī)指標(biāo)檢測(cè), 發(fā)現(xiàn)均勻性良好, 各指標(biāo)滿足規(guī)范要求。外觀觀察表面均勻性良好, 與普通改性瀝青混凝土路面外觀無(wú)明顯差別, 造成影響路用性能最終還有待于實(shí)踐使用的檢驗(yàn), 但從上述有關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)段鋪筑可知, 礦物纖維運(yùn)用在改性瀝青混凝土路面上從技術(shù)指標(biāo)到實(shí)際施工都是可行的, 同時(shí)礦物纖維能顯著提高改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫性能、抗水損害和耐久性能, 可作為避免出現(xiàn)車轍和處置車轍問(wèn)題的一種方案選擇。參考文獻(xiàn):1廣東華路交通科技有限公司1廣東高速公路瀝青路面病害調(diào)查與分析R 1200512舒翔, 劉立新1瀝青改性與摻加礦物纖維的差別與比較J 1公路, 2005, (9 13同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院道路與機(jī)場(chǎng)工程系1我國(guó)公路路面S M A 采用纖維之性能比較試驗(yàn)研究R 120041殼牌推出新一代瀝青混合料添加劑SEAM殼牌(中國(guó) 有限公司最近在北京召開(kāi)了一次專業(yè)研討會(huì), 該研討會(huì)由殼牌(中國(guó) 有限公司與中國(guó)公路學(xué)會(huì)道路工程學(xué)會(huì)共同舉辦