纤维沥青混凝土在旧路改造上的应用技术研究

摘要：通过比较普通及纤维沥青混合料各项路用性能及力学性能, 表明添加纤维能显著提高沥青混合料的高温稳定性、抗疲劳性能及水稳定性能, 并且能有效增加混合料的整体性与柔韧性, 适于作为旧路改造罩面加铺材料。同时针对东莞市S256国道水泥混凝土路面改造工程, 研究了纤维沥青混合料的施工控制。

关键词：纤维沥青混凝土 路用性能 力学性能 旧路改造 施工

中图分类号： U416 文献标识码： A 文章编号：

随着我国公路交通事业的发展及国民经济的高速发展，道路上交通流量的增大，轴载的加重以及渠化交通等成为现代交通的显著特点，也成为公路发展的必然趋势。这种趋势对路面性能提出了更高的要求，如高速、安全、舒适、耐久等。由于水泥混凝土路面结构与材料耐久性不足或施工与养护质量控制不佳，导致水泥面板容易开裂、断板、错台、沉陷等。为了满通运输日益发展的需要，提高道路服务水平，对旧水泥混凝土路面进行加铺改造已经成为我国公路建设面临的一项迫切任务!

由于我国高速公路起步较晚，直到20世纪如年代聚酯纤维才开始在我国运用，但由于其较好的使用性能，已受到我国交通工作者的高度重视。目前，聚酯纤维在我国主要应用于旧沥青路面、旧水泥路面罩面，机场跑道、停机坪加强，桥面铺装、新建高等级公路等。

纤维沥青混合料的路用性能研究

本研究首先通过东莞市S256国道水泥混凝土路面改造工程上面层及下面层2种级配类型沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、抗疲劳特性等路用性能试验, 来综合评价沥青混合料的各项性能以及纤维的增强作用。

沥青混合料的高温稳定性试验

沥青路面高温稳定性习惯是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。稳定性不足，一般表现为在高温、低加荷速率下，沥青路面抗剪切能力不足，也即沥青路面的劲度降低，导致矿料在外力作用下，发生滑移和错位，混合料进一步压密，细集料相对集中，并发生剪切破坏，形成高温变形，出现车辙、推移、拥包、搓板等。本次试验采用车辙试验来评价纤维沥青混凝土的高温稳定性。

试验结果表明:加入纤维后，纤维能够吸附及稳定沥青，特别是沥青中较轻的油分被纤维吸附后，沥青的软化点提高，粘稠度和粘聚力增大，导致沥青胶浆劲度的增加，从而提高了混合料的动稳定度。同时观察试验破坏后的试件，还可以发现在车辙两侧的擁包明显要比未加纤维的试件要小，这说明纤维对改善沥青混合料的抗剪切破坏能力也有一定的效果。

沥青混合料水稳定性试验

沥青混凝土铺装层中若有水分存在, 则在汽车车轮动态荷载的作用下, 进入路面空隙中的水会不断产生动水压力及真空负压抽吸的反复循环作用, 进入到沥青面层空隙里的水对沥青混合料引起冲刷和侵蚀，沥青的粘附性下降，使沥青膜从矿料表面脱落，从而使沥青路面产生坑槽、松散、推挤变形等损坏 。使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力。本次试验采用了浸水马歇尔试验。

试验结果表明：加入纤维对沥青混合料的水稳性有一定的改善作用, 且纤维对普通沥青混合料的改善作用相对较大。

沥青混合料疲劳性能试验 ：

沥青路面使用期间在气温环境影响下经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复超过一定次数后，在荷载的作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抵抗力，使路面出现裂纹，最终产生疲劳断裂破坏。本文采用控制应力的重复加载来作为试验手段, 首先对普通和纤维沥青混合料材料进行劈裂强度试验，在保持应力不变的情况下，重复加载相同的控制应力，以使沥青材料出现疲劳断裂为标准。

试验结果表明：使普通沥青材料试件破坏非常明显的控制应力并未使加入纤维的沥青混合料试件完全断裂, 加入纤维对普通沥青混合料的抗疲劳寿命明显增加。 

纤维沥青混合料的力学性能研究

旧路改造沥青混凝土罩面的力学性能计算参数, 包括抗剪强度和抗压回弹模量。本研究测得了东莞市S256国道水泥混凝土路面改造工程上面层及下面层2 种级配类型条件下, 各铺装层材料的力学性能。

沥青混合料抗剪试验

本试验采用沉锤法测定热拌沥青混合料在25 ℃下的抗剪强度和破坏劲度模量。

由试验结果可以看出, 纤维在沥青中更容易形成很强的桥接和加筋作用，同时沥青被纤维吸附后，使原沥青的粘度增大，故纤维沥青的抗剪强度增大。

沥青混合料单轴压缩试验

本文测定沥青混合料在25 ℃条件下的抗压强度和抗压回弹模量。

试验结果表明:

(1) 铺装上层沥青混合料的抗压强度有了明显提高, 而抗压回弹模量却降低了, 说明加入聚合物有机纤维后, 沥青混合料的柔韧性增加了；

(2) 沥青混合料中掺加纤维后, 无论是普通沥青混合料还是改性沥青混合料, 抗压性能都有所改善,但对普通沥青混合料抗压性能的改善作用更明显。

3纤维沥青混合料的应用

3.1纤维沥青混合料的施工

纤维沥青混合料配合比设计同普通密级配沥青混合料的设计方法基本相似，但必须考虑到纤维加入对混合料性能的影响特点，主要是注意以下几个阶段：纤维拌合和碾压成型阶段。

为了保证纤维在沥青混合料中分布均匀, 同时避免干拌时间过长造成集料过多磨损,本研究对混合料进行了试拌。通过试拌, 得到了以下结论：

(1) 通过观测纤维沥青混合料的拌和是比较方便的，除增加开始时的干拌时间外，不需要增加其它的拌和步骤，因此对拌和楼的生产能力没有太大的影响。干拌时间比平常情况延长5s～15s，而湿拌时间应比密级配沥青混合料所要求的适当延长5s～l0s。

（2）考虑到纤维沥青混凝土压实比较困难, 本研究在普通沥青混凝土压实方案的基础上, 增加20t胶轮压路机复压2 遍的要求。

3.2纤维沥青混合料质量检测

纤维沥青混合料施工质量检测主要包括配合比检测与马歇尔试验, 以及现场的压实度与渗水系数试验。

混合料的配合比检测主要是通过抽提试验, 测定混合料的级配和沥青用量。测试结果表明, 混合料级配未出现异常情况, 油石比接近设计的最佳油石比。取样保温, 到规定的马歇尔成型温度后成型马歇尔试件, 并检测其稳定度、流值、空隙率、饱和度等指标, 结果各指标都比较正常。

旧路改造施工结束后, 在路面取芯, 检测铺装层的压实度, 同时进行渗水试验, 检测渗水系数。从试验结果看, 现场取芯试样按理论最大密度计算得到的压实度平均值为94.8% , 最小压实度为94.1% ,按马歇尔密度计算得到的压实度平均值为98.9% ,皆满足相应技术要求。从渗水系数上看, 路面铺装下面层12个点中有2个点的渗水系数超过50ml/min, 其中一个点在路边缘, 一个点在2台摊铺机接缝的位置, 都是沥青混凝土路面摊铺中不易被压实的部位,因此需特别注意。

4结语

本文研究了纤维沥青混合料的各项路用性能及力学性能, 并针对本次旧路改造后的路面特点,考虑其施工及质量检测结果, 得出以下结论。

(1) 添加纤维能显著提高沥青混合料的高温抗车辙性能, 有效增加了铺装层材料低温时的柔韧性,改善了沥青混合料的水稳定性, 适用于南方多雨、重载地区的水泥混凝土旧路改造铺装层。

(2) 纤维沥青混凝土力学性能的研究表明, 在沥青混合料中添加一定量的有机纤维, 可有效增加混合料的整体性与柔韧性, 提高其抗劈裂及抗压缩强度。

(3) 结合本次旧路改造后的路面铺装，研究了纤维沥青混合料的拌和及压实工艺。从铺筑效果来看: 纤维沥青混凝土路面级配合理, 技术指标满足要求；路面回弹弯沉、路面渗水系数、路表抗滑性能等技术质量和路用性能指标均优于普通沥青混凝土路面。

参考文献：

刘中林等，高等级公路沥青混凝土路面新技术【M】。人民交通出版社，2002

鲁华英等，纤维沥青混凝土的作用及机理【J】。中外公路，2004，8：143—148

沈金安，沥青及沥青混合料路用性能【M】。北京：人民交通出版社，2001.5