加纤维沥青混凝土性能及应用

加纤维沥青混凝土性能及应用

2011-08-12 中国公路网

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作者：张金奎廊坊市交通局

摘要：本文根据2003年廊坊市102国道大修工程，对掺加德兰尼特纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土的大量对比试验，阐述了加纤维沥青混凝土的优良力学性能。

关键词：试验；沥青混凝土；纤维；德兰尼特

1 前言

伴随着我国经济建设的高速的发展，道路车流量越来越大，尤其在一些国省干线上超载车辆更是严重，由此对路面的使用性能也提出了更高的要求，传统的沥青混合料技术已往往不能满足工程建设的需要。近几年来，越来越多的新材料不断投入到沥青路面技术领域。纤维作为一种沥青混合料添加材料，已开始应用于沥青路面工程中。

德兰尼特道路专用纤维（后简称“德兰纤维”）化学名称为聚丙稀氰纶纤维，其由英国Acordis公司在德国Kelheim的工厂生产，属人工合成有机纤维。与其它种类纤维相比，其具有化学性质稳定、耐高温、不溶解、无毒等优点，在沥青路面中不仅能起到很好的吸油作用，更能够对路面起到明显加筋作用，提高路面柔韧性，减少高温车辙低温开裂等情况的发生，从而延长路面使用寿命。目前，一些欧洲国家已将其列为沥青路面指定添加剂。2003年在我市102国道大修工程中，进行了德兰尼特纤维沥青混凝土试验段的铺设，取得良好效果，并对此类沥青混凝土进行了大量的试验数据采集工作，对其路用性能进行了一定的分析总结，供同行借鉴。

2 德兰尼特纤维作用及技术性能

德兰纤维可用于沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、密级配沥青混凝土（AC）、及沥青碎石（AM）等结构中。其在沥青混合料中的主要作用如下：（1）加筋作用，其三维分布状态，犹如传统建筑抹灰过程中，在灰浆中加入麻刀等草筋一样，可以有效防止温度变化的开裂和

反射裂缝的发生；（2）分散作用，如果没有纤维，沥青矿料可能成为胶团，纤维可使胶团分散，改善沥青胶体结构；（3）稳定作用，纤维可使沥青混合料中处于比较稳定状态，减少自由沥青流动，从而提高混合料高温稳定性。

对于掺加到沥青混合料中的纤维，必须具有耐高温（200℃以上）不融化不变质，抗拉强度高，单位重量纤维数多，以及不膨胀、不溶解化学性质稳定等特点。德兰纤维主要技术指标见表1。

3 室内试验数据分析

在本工程中采用的沥青混合料为AC-16Ⅰ型沥青混凝土，沥青为秦皇岛中油石化生产的鹿牌重交通道路石油沥青AH-70，石料为三河当地产石灰岩石料。为确定最佳纤维用量和最佳沥青用量，即找出最佳成本效益比方案，在试验室在采用相同沥青，相同集料和相同级配的情况下，对纤维用量0.2%，0.3%，0.4%的沥青混凝土分别进行了标准马歇尔试验，试验结果见表2。从表2中可以看出掺加不同用量的德兰纤维后，对沥青混凝土的影响主要表现在稳定度大小上，稳定度也是衡量沥青混凝土性能的重要指标。

由表2可以分析得出：

(1)在一定的相同沥青用量的情况下，随着纤维用量的增加马歇尔稳定度也会逐步增加。在沥青用量4.6%时，0.4%纤维用量的混凝土稳定度明显小于其它两组，是因为此时的沥青用量偏小造成的。

(2)随着纤维用量的增加，沥青混合料的最佳沥青用量也要相应增大。

(3)纤维用量达到0.4%后，沥青混合料的稳定度增加比其它两组并不十分明显，而此时的最佳沥青用量明显要比其它两组增大很多。

通过以上比较分析可以认为，纤维用量在0.2%-0.3%比较合理，此时成本效益比最高。由此确定，在本工程中实际纤维用量采用0.3%的纤维用量为实际施工用量。

4 试验路段沥青混合料实际性能检测

在工程建设中，为增加德兰纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土的比较性，将试验路段设置在了正常施工段落的中间，长度为一公里。此试验路段及前后各600米普通沥青混凝土路段，由同一拌和设备和施工设备在同一天施工完成。在施工中分别对试验路段及普通沥青混凝土段进行了抽样检测，试验采用了三组沥青混凝土试件，即试验段前、试验段、试验段后沥青混凝土各一组。

4.1 常规试验对比

4.1.1 矿料级配对比

表3中列出了试验段前、试验段、及试验段后的沥青混凝土矿料筛分结果。从试验结果中可以看出，沥青混合料在试验段前后及试验段中这段时间的级配变化很小，说明在此期间沥青混合料拌和均匀稳定，原材料没有变化，设备运转正常。可以肯定掺加德兰纤维的沥青

混凝土与此前及此后的普通沥青混凝土具有相同的级配，因此对其进行的以后相关试验具有可比性。

4.1.2 马歇尔试验结果

注：A组为掺加纤维前拌和的沥青混凝土试件；B组为加0.3%纤维沥青混凝土试件；C 组为掺加纤维后拌和的沥青混凝土试件。

从表4三组试件的试验结果可以看出，在空隙率、饱和度、流值等指标相差无几的情况下，加纤维沥青混合料稳定度较普通沥青混凝土大幅度提高，明显优于普通沥青混凝土，对沥青混凝土的力学性能改善明显。

4.2 高温稳定性

高温稳定性检验采用车辙试验，试验温度60℃，轮压为0.7Mp。试验结果见表5。

4.3 低温性能

评价沥青混凝土低温性能，本试验采用了小梁低温弯曲试验，具体试验方法参见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T075-2000）。试验温度-10℃，加载速率50mm/min，试件尺寸为长250mm，宽30mm，高35mm棱柱体小梁。制作普通沥青混凝土和加纤维混凝土试件两组，试验结果见下表6。

从表中我们可以看出加纤维的沥青混凝土抗弯拉强度、劲度摸量均明显大于普通沥青混凝土。

4.4 水稳定性

沥青混凝土抗水害能力检测采用了两种试验方法，一是浸水马歇尔试验，二是冻融劈裂试验。浸水马歇尔试验方法为，将试件在60℃水中恒温浸泡48小时，然后测定其稳定度，与标准马歇尔试验稳定度进行比较。冻融劈裂试验方法为，在98.3-98.7KPa的真空条件下饱水15分钟，然后放入冰箱中在-18℃的环境中保持16小时，将试件再立即投入60℃的恒温水槽中，浸泡24小时，完成冻融循环，再在25℃的水中浸泡2小时后测定其劈裂强度，与未经冻融循环试件的劈裂强度进行对比。试验数据见表7

综上所述，通过对试验路段的加0.3%德兰纤维沥青混凝土与同级配普通沥青混凝土的试验对比可以看出，无论是普通马歇尔试验指标，还是高温稳定性能、低温稳定性能及抗水害能力，掺加纤维的沥青混凝土均远远优于普通沥青混凝土，性能提高明显。

5 总结

德兰纤维掺加简单，无须任何外部设备，沥青温度、石料温度等均与普通沥青混凝土拌和相同，也不用增加其它拌和步骤，只须在拌和过程中人工将计算封装好的纤维投掷至拌锅中，增加5-10秒拌和时间，便能保证拌和均匀，在实际施工中尚未发现结团结块现象。摊