 |
    |
沥青混凝土加强筋性能的研究
一、立题依据
随着新疆公路建设的迅猛发展，特别是高速公路的开发和重型汽车的广泛采用，提高沥青路面的耐久性、高强度和稳定性显的十分重要和迫切。传统筑路材料修筑的路面存在的病害及现代公路高质量、长寿命的要求，为新材料的开发提出了期望；新疆地区夏季燥热昼夜温差大，冬季酷冷冰雪期长，春季冻溶破坏力强，这些自然条件使沥青路面的抗弯拉强度低的薄弱环节显的尤为突出，沥青路面由拉裂或滑移开始破坏并逐渐扩展，公路路面病害多是由此原因造成，如裂缝、龟裂直至松散破坏的现象随处可见。又如沥青路面对春溶期抵抗力差每年春溶后路面破坏严重，社会对此短寿命的路面常常是怨声载道，这些病害都是原来传统路面材料难以解决的。这就要求我们开发或引进先进的路面材料及技术进行改进。因此在高等级公路管理局的委托和支持下，由新疆路桥总公司承担了用钢纤维及博尼维加强沥青混凝土路面的试验及试铺研究。
二、指导思想及主要研究内容
本课题的指导思想是通过对钢纤维沥青混凝土及博尼维沥青混凝土与一般沥青混凝土的路用性能的试验性能对比，结合"吐－乌－大"公路水溪沟被交线试验路段的路用性能观察比较，明确例纤维及博尼维这两种沥青混凝土加强筋对沥青路面技术性能的改善的程度。主要研究内容：
1．通过对钢纤维沥青混凝土及博尼维沥青混凝土与普通沥青混凝土的热稳定度的试验对比，确定对沥青混凝土热稳定性的改善。
2．通过浸水马歇尔试验及试验路观察对比，确定沥青混凝土受水损害时抵抗剥落的能力。
3．通过低温抗裂性能的试验对比，确定对沥青混凝土低温抗裂性能的改善。
4．通过修筑试验路验证试验成果。
三、研究过程
(一).钢纤维及博尼维加强沥青混凝土的室内试验报告
A.钢纤维加强沥青混凝土试验报告
试验选用的路面结构为4cm中粒式沥青混凝土面层，采用配比类型为AC-16Ⅰ型，设计配合比为（10－25）mm，碎石25%，（5-10）mm碎石27%，水洗砂38％，矿粉10％，最佳沥青用量4.6％。
1.材料：试验来用的主要材料有克拉玛依90井重交通沥青，碎石采用玄武岩机制碎石，矿粉采用石灰石石粉，钢纤维采用武汉东洲钢纤维发展公司生产的波钢纤维，主要材料的技术指标见下表：
2.混合料的制备
在试验室内沥青采用导热油加热致170℃，碎石及砂按级配混合后烘箱加热到175℃，先将加热成品干料放进已预热好的拌合设备，近计量加入筛散后的钢纤维干拌60秒钏，干拌均匀后按计量加入沥青湿拌60秒至均匀后，装盘备用。
3.试验成果及分析
4.混合料经抽提观察，钢纤维分布均匀，呈非连续乱向分布。
从试验成果可以看出在沥青混凝土中加入钢纤维加强筋可以提高稳定度和抗拉强度，改善沥青砼的热稳定性和低温抗裂性；但加入钢纤维后流值有所增大，浸水稳定度相对也有所降低，抗剥落能力下降。
B．博尼维加强沥青混合料试验根合
试验选用的赂面结构为4cm中粒式沥青混凝土面层；采用级配类型为AC一16Ⅰ型；设计配合比（10-25）mm碎石25%，（5-10）mm碎石27%，水洗砂38％，矿粉10%，最佳沥青用量5.07%。
1.材料：试验采用的主要材料有克拉玛依90#重交通沥青，碎石采用玄武岩机制碎石，矿粉采用石灰石石粉，博尼维采用美国卡佩雅公司生产的聚脂博尼维纤维。90#沥青及碎石的主要技术性能见前述。
2.试验混合料的制备
在试验室内沥青采用导热油加热致170℃，碎石及砂按级配混合后用烘箱加热到175℃；先将加热成品混合料放进已预热好的搅拌设备，按计量加入筛散的博尼维；干拌60秒钟至均匀后，按计量加入沥青湿拌60秒至均匀后，装盘备用。
3．试验成果及分析
4．加入博尼维的沥青混凝土经抽提观察，博尼维在拌合科中呈均匀网状分布；博尼维通过拌合在沥青混凝土中交织成网，分布包裹表面积极大，在沥青混凝土中形成了一个加强立体网。大约每立方米的面层中有超过9亿根分离的博尼纤维，吸附和稳定沥青；使沥青的粘稠度及粘聚力增大，同时由于纵横交错的加筋作用，提供了巨大的内聚力，从而保证了沥青砼面层，具有很好的强度与耐久性。
从试验的结果可以看出，在沥青混凝土中加入博尼维可以提高热稳定和浸水稳定性，增强柔韧性和弹性，博尼维在沥青混凝土中分布数量巨大，且均匀网状裹附，使沥青混凝土的劲度增加，改善耐久性，延长沥青路面的使用寿命。
（二）、试验赂的修筑
1．试验铺筑地点：吐一乌一大公路水溪沟被交路。
2．路面结构形式：底基层20cm天然级配砂砾垫层，基层为15cm，4%的水泥稳定砂砾，面层为 AC－16Ⅰ型4cm厚的中粒式沥青混凝土。
3．试验段划分：对比段即普通沥青混凝土面层，桩号k0+000－k0+740，长740米；博尼维沥青混凝土试验段桩号k0+740-k0+900，长160米；钢纤维沥青混凝土试验段桩号k0+950-k1450，长500米。
4．试验路施工日期：1998.9.3。
5．试验路采用的主要机械：拌合采用美国产160T/Ⅱ的ATEC型间隙式沥青混合料拌合机，摊铺采用一次成形的德国ABG一423型摊铺机，压路机采用双钢轮双双振幅的宝马202及16T的胶轮压路机。
6．试验路铺筑的主要工艺及控制方法：
（1）．主耍施工工艺及试验结果
A．钢纤维沥青混凝土
1．混合料拌制
①在冷料出料口处设计量点，将钢纤维按量通过振动筛均匀加入冷料。
②钢纤维随冷料进入烘干洞进行加热烘干及自落式干拌。
③热料进入分级振动筛，分筛计量后进入拌缸，
④干拌：30S（注：一般沥青混合料只干拌5s）后，加入沥青湿拌30s后，出料装车。（注：眼观沥青混合料，钢纤维里均匀纹形分布，达到了均匀分布的目的，观察钢纤维也无加热退火现象。）
2．其他施工工艺与一般沥青混凝土施工工艺相同。
3．钢纤维沥青混凝土常规试验结果
B二博尼维沥青混凝土
1．混合料拌制
①在拌缸上部设口加入博尼维
②按1吨拌合混合料加 1.134千克的计量从加料口筛散后按盘加入拌缸与干料混合。）
③干拌30s后，加入沥青湿拌30s出料装车。（注：眼观沥青混合科，博尼维呈均匀紊乱分布，达到了均匀分布的目的，博尼维无烧伤现象。）
2．其他施工工艺与一般沥青混凝土施施工工艺相同。
3．博尼维沥青混凝土常规试验结果
C．一般沥青混凝土常规试验结果
D．从生产试验成果可以看出，各种混合料的实际性能与试验结果相符。
（2）．试验路段使用观察
在使用3个月后（12月5日）进行了现场察看，①对比段：有轻微剥落现象，出现了两道收缩横缝。间距有250；②钢纤维沥青混凝土段：有轻微剥落现象，钢纤维有带出现象，（无收缩裂缝）；③博尼维沥青混凝土段：无剥落现象，整体感观稳定密实，无收缩横缝，（注：试验路还将跟踪观察取证）。
（三）．经济对比
1．普通AC-16Ⅰ型中粒式沥青混凝土出厂成本为207元/T。
2．钢纤维AC-16I型中粒式沥青混凝土的成本初算：按体积比1%添加钢纤维每吨混合料加钢纤维32.91公斤，每千克钢纤维单价为5.5元/kg，固其成本为207+32.
91×5.5=388.01元/T。钢纤维沥青混凝土比一般沥青混凝土成本增长率：388.01-207/207=87.44%
3．博尼维沥青混凝土的成本初算：
按重量比1.131‰添加博尼维，每吨混合料加博尼维1.134kg，每千克博尼维单价为138.89元／kg，固其成本为207+138.89×1.134=364.50元／T。
博尼维沥青混凝土比一般沥青混凝土成本增长率：364.50-207/207=76.09%
结论：
通过室内试验和试验路应证以及经济对比分析可知，①在沥青混凝土中加入钢纤维能改善沥青砼的热稳定性和低温抗裂性，对沥青路面的裂缝、松散有抑制作用，但其水稳性及抗剥落性相对有所下降，又其投入成本太大，一般情况不易采用；②在沥青混凝土中加入博尼维，能提高沥青砼的热稳定性和低温抗裂性，能改善沥青混凝土的柔性、弹性、水稳性和抗剥落性，稳定性和耐久性有显著提高，可以延长沥青路面使用寿命；对沥青路面的裂缝、松散、剥落等病害有预防作用，但其投入成本较大，可在高温地区薄面层、陡坡面层、城市道路补强及高标准路有特殊要求的面层中使用。
