瀝青混凝土應(yīng)用聚丙烯腈纖維的分析

卞國(guó)龍

（安徽路橋集團(tuán)交通工程有限責(zé)任公司，安徽合肥 230031）

瀝青混凝土應(yīng)用聚丙烯腈纖維的分析

卞國(guó)龍

（安徽路橋集團(tuán)交通工程有限責(zé)任公司，安徽合肥 230031）

聚丙烯腈纖維作為一種良好的瀝青混合料添加材料，能夠大大改善瀝青路面的粘結(jié)力、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，具有防止反射裂縫和低溫防裂的性能。能夠較好地改善瀝青混合料的路用性能，該材料在瀝青混凝土中作用巨大，已經(jīng)被工程界所認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。

道路工程；聚丙烯腈纖維；瀝青混凝土；應(yīng)用

0 前言

目前在改善瀝青混合料的路用性能上，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的主要研究方向：一是通過改善瀝青性能品質(zhì)來提高瀝青混合料的粘結(jié)力，增強(qiáng)抵抗永久變形能力，并減少感溫性；二是通過改善礦質(zhì)混合料的級(jí)配來提高瀝青混合料的高溫抗變形能力；三是在瀝青混合料中加入纖維加筋材料等添加劑，以改善瀝青膠體的結(jié)構(gòu)。采用改性瀝青路面，并在瀝青混合料中添加纖維穩(wěn)定劑來改善瀝青混合料的使用品質(zhì)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。瀝青路面專用聚丙烯腈纖維的加入可以大大改善瀝青路面的粘結(jié)力、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，具有防止反射裂縫和低溫防裂的性能，有效地提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強(qiáng)度，同時(shí)纖維經(jīng)過了抗老化和表面處理，纖維均勻分布在瀝青混凝土中，與瀝青混凝土連接緊密，起到很好的加筋作用［1］29－32。正是由于聚丙烯腈纖維具有以上的優(yōu)良品質(zhì)，已經(jīng)在瀝青路面的施工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 聚丙烯腈纖維的改性機(jī)理分析

瀝青中酸性樹脂組分是一種表面活性物質(zhì)，它在纖維表面產(chǎn)生的物理浸潤(rùn)、吸附甚至化學(xué)鍵作用，使瀝青呈單分子狀態(tài)排列在纖維表面［2］185－209。形成結(jié)合力牢固的“結(jié)構(gòu)瀝青”薄膜，它比薄膜以外的自由瀝青粘性大，耐熱性好。由于纖維直徑極細(xì)，纖維及其周圍結(jié)構(gòu)瀝青一同裹在集料表面，使瀝青膜厚度及性質(zhì)都發(fā)生變化。纖維的“加筋”作用使瀝青混合料可以使用稠度較低的瀝青。這樣有利于減少低溫裂縫的出現(xiàn)［3］。

纖維對(duì)材料裂紋生長(zhǎng)的阻滯作用。加入纖維后，纖維均勻分布在瀝青中，在縫隙和裂紋混合，形成了“橋架纖維”，裂紋擴(kuò)展的能量釋放率減少，認(rèn)為就是裂紋擴(kuò)展受到短纖維的約束限制。由于受到纖維的咬合效應(yīng)，對(duì)瀝青基體裂紋擴(kuò)展起到阻滯作用，大大提高瀝青混凝土的裂縫自愈能力，大幅度延緩老化時(shí)間的損害，提高彈性恢復(fù)，減緩車轍的加深速度。

2 聚丙烯腈纖維的室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 聚丙烯腈纖維的技術(shù)指標(biāo)

在某高速公路TZ合同段，針對(duì)全線400m以上的大橋，設(shè)計(jì)上對(duì)瀝青面層橋面鋪張全部添加0.3%的聚丙烯腈纖維。聚丙烯腈纖維采用XY－D2高強(qiáng)聚丙烯腈纖維，該材料技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 XY－D2高強(qiáng)聚丙烯腈纖維技術(shù)指標(biāo)

選用的聚丙烯腈纖維材料，必須滿足斷裂延伸率和高溫性能指標(biāo)。因?yàn)闉r青混凝土中的加強(qiáng)纖維須承受大幅度溫差和荷載沖擊引起的拉伸力，因此要求加強(qiáng)纖維具有較高的抗拉強(qiáng)度外，還必須具有適宜的斷裂延伸率協(xié)同瀝青混凝土的變形，避免纖維過早斷裂，失去加強(qiáng)筋的作用。纖維的高溫性能指標(biāo)要求在瀝青混合料150℃至180℃的情況下，聚丙烯腈纖維的熔點(diǎn)溫度必須滿足拌和、攤鋪的溫度要求。對(duì)于中面層，試驗(yàn)采用AC－20C級(jí)配，石灰?guī)r石料，殼牌SBS改性瀝青；對(duì)于上面層，試驗(yàn)采用AC－13C級(jí)配，玄武巖石料，殼牌SBS改性瀝青。上述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：摻加0.3%的聚丙烯腈纖維后，混合料的劈裂強(qiáng)度提高了17.6%至19%；低溫小梁彎曲試驗(yàn)的抗彎拉強(qiáng)度提高了18.8%，與劈裂強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果十分吻合；動(dòng)穩(wěn)定度提高了21.1%至25.1%；而對(duì)于馬氏穩(wěn)定度和浸水馬氏穩(wěn)定度都有10%至20%的提高；對(duì)于殘留穩(wěn)定度有3%左右的提高［4］。

3 施工方法

加聚丙烯腈纖維瀝青混凝土的施工方法與傳統(tǒng)瀝青混凝土的施工工藝和方法基本相同，但也存在少許區(qū)別。

3.1 添加聚丙烯腈纖維瀝青混凝土的拌和要求

（1）通過每盤熱料倉(cāng)的配合比，計(jì)算出每盤混合料的質(zhì)量，按照目標(biāo)配合比確定的纖維用量計(jì)算每盤混合料中須投放的纖維重量，再按此重量對(duì)進(jìn)場(chǎng)的纖維進(jìn)行分裝，包裝袋采用常見的聚乙烯塑料袋［5］81－82；

（2）確定適宜的拌和時(shí)間。對(duì)于普通的瀝青混凝土，間歇式拌合設(shè)備每盤的拌和時(shí)間為30秒至60秒，加入纖維后，會(huì)使拌和時(shí)間延長(zhǎng)10秒至15秒，其中干拌時(shí)間為25秒，濕拌時(shí)間為30秒。以混合料拌和均勻，纖維和瀝青混合料裹覆良好為準(zhǔn)；

（3）確定適宜的拌和溫度和出廠溫度。按照瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行控制，纖維的摻加量不需進(jìn)行溫度調(diào)整。

3.2 壓實(shí)

初壓采用11t寶馬壓路機(jī)靜壓1遍，接著采用13t的寶馬壓路機(jī)振動(dòng)碾壓、13t的CAT壓路機(jī)振動(dòng)碾壓和XP261膠輪壓路機(jī)各壓2遍，最后用DD110靜壓2遍。由于加入纖維后瀝青混合料粘稠度增大，應(yīng)比壓實(shí)普通瀝青混合料多壓2遍，或者提高攤鋪和碾壓溫度，壓路機(jī)緊跟攤鋪機(jī)作業(yè)，避免溫度下降過多，影響壓實(shí)效果［6］35－36。通過取芯做壓實(shí)度試驗(yàn)，壓實(shí)度代表值在98.5%左右，完全能滿足施工技術(shù)規(guī)范和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過添加0.3%聚丙烯腈纖維，瀝青混合料的各項(xiàng)性能得到提高。改善了瀝青混合料的路用性能，延長(zhǎng)了路面的使用壽命。從動(dòng)穩(wěn)定度的結(jié)果可以看出，動(dòng)穩(wěn)定度的大幅提高表明加入纖維后，混合料的高溫抗車轍能力可以得到明顯的改善；從劈裂試驗(yàn)和低溫小梁彎曲試驗(yàn)可以看出，劈裂強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度的大幅度提高表明混合料的低溫抗裂性能得到增強(qiáng)；而殘留穩(wěn)定度的提高表明混合料的水穩(wěn)定性得到改善，抗水損害能力增強(qiáng)。從施工過程看，添加聚丙烯腈纖維后，由于纖維的吸油性要適當(dāng)增大油石比0.1%至0.3%，具體以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；要適當(dāng)延長(zhǎng)瀝青混合料的拌和時(shí)間。瀝青混合料的攤鋪、碾壓工藝不會(huì)因添加聚丙烯腈纖維而增加難度，施工質(zhì)量的控制與未添加聚丙烯腈纖維一致。

［1］爭(zhēng)奇，胡長(zhǎng)順.纖維加強(qiáng)瀝青混凝土幾個(gè)問題的研究和探討［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（1）.

［2］中林等.高等級(jí)公路瀝青混凝土路面新技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］JTG F40－2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］JTG F80／1－2004.公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］曲旭光，史保華，彭洪波.聚丙烯腈纖維混凝土性能試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2009（4）.

［6］宋喬.聚丙烯腈纖維混凝土的性能及應(yīng)用前景［J］.河南建材，2010（1）.

U416.217

A

1671-8275（2011）03-0020-01

2011-02-22

卞國(guó)龍（1976-），男，安徽合肥人，安徽路橋集團(tuán)交通工程有限責(zé)任公司助理工程師。研究方向：工程技術(shù)。

文 月