簡(jiǎn)介：隨著(zhù)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(chē)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(méi)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(cháng)的使用壽命。 


關(guān)鍵字：纖維瀝青混凝土,路用性能,力學(xué)性能,橋面鋪裝,施工 
 隨著(zhù)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(chē)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(méi)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(cháng)的使用壽命。

　　 為了適應現代交通對瀝青混凝土橋面鋪裝提出的越來(lái)越高的要求, 出現了諸如改性瀝青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(guò)揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2 種級配類(lèi)型瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等路用性能試驗[ 6 ] , 來(lái)綜合評價(jià)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(zhù)下降, 為了保證瀝青混凝土鋪裝層在高溫季節行車(chē)荷載反復作用下, 不至于產(chǎn)生諸如波浪、推移、車(chē)轍和擁包等病害, 鋪裝層應具有良好的高溫穩定性, 即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車(chē)轍試驗因能較好地反映車(chē)轍的形成過(guò)程,得到世界各國的廣泛認可與采用, 本研究即采用車(chē)轍試驗來(lái)評價(jià)纖維瀝青混凝土的高溫抗車(chē)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(chē)轍性能得到改善。這是因為車(chē)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(dòng)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(dòng)變形有較大的影響。加入纖維后, 纖維吸附及穩定瀝青, 使瀝青的粘稠度和粘聚力增大, 同時(shí)由于縱橫交錯的纖維加筋作用, 使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車(chē)轍能力增強。從動(dòng)穩定度結果可以看出, 纖維可顯著(zhù)改善瀝青混合料的高溫抗車(chē)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(huì )使其使用性能發(fā)生很大的變化。隨著(zhù)溫度的降低, 瀝青混合料的強度和勁度都會(huì )明顯增大, 但其變形能力卻會(huì )顯著(zhù)下降, 并可能會(huì )出現脆性破壞。

　　 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(kāi)裂。本研究通過(guò)試驗測定瀝青混合料在- 10 ℃時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)來(lái)評價(jià)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(shí)的柔韌性, 這樣使得鋪裝層在低溫季節能更好地適應橋面板的變形, 減少在低溫季節容易出現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　瀝青混合料水穩定性試驗

　　 瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在, 則在汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)態(tài)荷載的作用下, 進(jìn)入路面空隙中的水會(huì )不斷產(chǎn)生動(dòng)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, 瀝青混合料出現掉粒、松散, 形成瀝青混凝土路面的坑槽、松散等損壞現象。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, 結果表明不同級配、不同瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度都遠遠高于規范要求。雖然該試驗方法操作比較簡(jiǎn)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)瀝青混合料的水穩定性能, 本研究又進(jìn)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定性的改善作用要優(yōu)于A(yíng)C220 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

　　 橋面鋪裝結構層瀝青混凝土力學(xué)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(lèi)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

　　 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(yíng) 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(jìn)而提高了瀝青混合料的抗劈裂能力。


　　 同時(shí), 當瀝青混合料中摻加增強纖維后, 瀝青混合料的破壞勁度模量也有所增大。但破壞勁度模量增大速率較緩慢, 說(shuō)明纖維增強瀝青混合料具有更大變形能力(柔韌性) , 更能適應橋面板的變形。

　　 另外, 纖維對普通瀝青混合料的增強作用較之改性瀝青混合料更為明顯。這主要是由于改性瀝青本身就具有較強的粘結性, 纖維的作用無(wú)法充分體現。

　　2.2　瀝青混合料單軸壓縮試驗

　　 本文測定瀝青混合料在15 ℃條件下的抗壓強度和抗壓回彈模量。

　　 試驗結果表明:

　　 (1) 鋪裝上層瀝青混合料的抗壓強度有了明顯提高, 而抗壓回彈模量卻降低了, 說(shuō)明加入聚合物有機纖維后, 瀝青混合料的柔韌性增加了;

　　 (2) 瀝青混合料中摻加纖維后, 無(wú)論是普通瀝青混合料還是改性瀝青混合料, 抗壓性能都有所改善,但對普通瀝青混合料抗壓性能的改善作用更明顯;

　　 (3) 纖維對A K213A 型瀝青混合料抗壓性能的改善作用要優(yōu)于A(yíng)C220 I 型瀝青混合料。

3　纖維瀝青混合料的應用

　　3.1　纖維瀝青混合料的施工

　　 纖維瀝青混合料的施工須注意的是其拌和與碾壓。在本次施工中, 纖維采用專(zhuān)用添加設備投入到瀝青混合料拌和機。為了保證纖維在瀝青混合料中分布均勻, 同時(shí)避免干拌時(shí)間過(guò)長(cháng)造成集料過(guò)多磨損,本研究對混合料進(jìn)行了試拌: 選擇干拌的時(shí)間分別為14 s、17 s及20 s, 觀(guān)察纖維在混合料中的拌和效果; 對混合料做抽提試驗, 驗證油石比、級配; 比較不同拌和時(shí)間下集料中粒徑小于0.075 mm 的顆粒含量。通過(guò)試拌, 得到了以下結論。


　　 (1) 通過(guò)觀(guān)測不同干拌時(shí)間下瀝青混合料外觀(guān)狀況, 發(fā)現干拌時(shí)間為17 s 及20 s 的瀝青混合料中纖維分散均勻, 未見(jiàn)纖維成團現象。在干拌時(shí)間為14 s的瀝青混合料中, 纖維分散比較均勻, 偶見(jiàn)纖維粘連現象。

　　 (2) 通過(guò)抽提試驗, 發(fā)現3 種干拌時(shí)間下瀝青混合料中粒徑小于01075 mm 的顆粒含量均接近于設計中值, 沒(méi)有因為干拌時(shí)間的增加而造成集料的過(guò)多磨損。3 種干拌時(shí)間下的瀝青混合料中2.36 mm顆粒含量與設計中值偏差較大, 但也在要求的范圍內。

　　 試拌混合料各項體積指標均能滿(mǎn)足我國規范規定的技術(shù)要求。通過(guò)目測纖維均勻度及抽提試驗, 同時(shí)考慮到施工產(chǎn)量等因素, 確定纖維AC- 20 混合料干拌時(shí)間為17 s, 濕拌時(shí)間與普通瀝青混合料濕拌時(shí)間相同。

　　 考慮到纖維瀝青混凝土壓實(shí)比較困難, 本研究在普通瀝青混凝土壓實(shí)方案的基礎上, 增加20 t 膠輪壓路機復壓2 遍的要求。

　　3.2　纖維瀝青混合料質(zhì)量檢測

　　 纖維瀝青混合料施工質(zhì)量檢測主要包括配合比檢測與馬歇爾試驗, 以及現場(chǎng)的壓實(shí)度與滲水系數試驗。

　　 混合料的配合比檢測主要是通過(guò)抽提試驗, 測定混合料的級配和瀝青用量。測試結果表明, 混合料級配未出現異常情況, 油石比接近設計的最佳油石比。取樣保溫, 到規定的馬歇爾成型溫度后成型馬歇爾試件, 并檢測其穩定度、流值、空隙率、飽和度等指標, 結果各指標都比較正常。


　　 橋面鋪裝施工結束后, 在橋面取芯, 檢測鋪裝層的壓實(shí)度, 同時(shí)進(jìn)行滲水試驗, 檢測滲水系數。從試驗結果看, 現場(chǎng)取芯試樣按理論最大密度計算得到的壓實(shí)度平均值為94.8% , 最小壓實(shí)度為94.1% ,按馬歇爾密度計算得到的壓實(shí)度平均值為98.9% ,皆滿(mǎn)足相應技術(shù)要求。從滲水系數上看, 揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝下層12 個(gè)點(diǎn)中有2 個(gè)點(diǎn)的滲水系數超過(guò)50 ml/min, 其中一個(gè)點(diǎn)在路邊緣, 一個(gè)點(diǎn)在2 臺攤鋪機接縫的位置, 都是瀝青混凝土路面攤鋪中不易被壓實(shí)的部位, 需特別注意。進(jìn)行橋面鋪裝上層纖維瀝青混合料鋪筑時(shí), 所有測點(diǎn)的滲水系數都不超過(guò)50 ml/min。
4　結語(yǔ)

　　 本文研究了纖維瀝青混合料的各項路用性能及力學(xué)性能, 并針對揚州西北繞城高速公路橋面特點(diǎn),考慮其施工及質(zhì)量檢測結果, 得出以下結論。

　　 (1) 添加纖維能顯著(zhù)提高瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能, 有效增加了鋪裝層材料低溫時(shí)的柔韌性,改善了瀝青混合料的水穩定性, 適用于南方多雨、重載地區的高等級公路橋面鋪裝層。

　　 (2) 纖維瀝青混凝土力學(xué)性能的研究表明, 在瀝青混合料中添加一定量的有機纖維, 可有效增加混合料的整體性與柔韌性, 提高其抗劈裂及抗壓縮強度。但其劈裂與抗壓模量增加緩慢, 使纖維瀝青混合料適應變形性能增強。

　　 (3) 結合揚州西北繞城高速公路橋面鋪裝, 研究了纖維瀝青混合料的拌和及壓實(shí)工藝。從鋪筑效果來(lái)看: 纖維瀝青混凝土路面級配合理, 技術(shù)指標滿(mǎn)足要求; 路面壓實(shí)度在要求的范圍之內; 路面滲水系數較小, 路面密水性好。