葉 尖 李玉華

纖維碎石封層技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用還處于初步階段,缺乏專門的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、質(zhì)量檢測和試驗(yàn)等規(guī)程或方法。目前主要難點(diǎn)在于采用合適的方法模擬層鋪法施工過程來成型試件。試件成型方法是開展后續(xù)研究的前提,但是國內(nèi)外并沒有涉及該方法的資料。因此,本文通過模擬纖維碎石封層現(xiàn)場施工過程[1],參考國內(nèi)外同步碎石封層資料,提出了膠墊厚度、初壓次數(shù)、復(fù)壓次數(shù)、養(yǎng)生溫度四個(gè)影響因素,對纖維碎石封層試件實(shí)驗(yàn)室成型過程中的碎石用量進(jìn)行研究,希望對纖維碎石封層成型方法研究起到一定作用。

1 試驗(yàn)方案

1.1 材料類型規(guī)格及特性

纖維封層主要使用了三種材料:乳化瀝青、纖維和碎石[2]。

乳化瀝青應(yīng)為陽離子、快凝型SBR聚合物改性乳化瀝青,具有足夠的流動(dòng)性以便于噴灑,同時(shí)也應(yīng)具有足夠的粘度而不至于在路面上流淌,噴灑后能與原路面及碎石集料迅速達(dá)到較好的粘結(jié)力。

碎石應(yīng)具有良好的抗磨耗性能、抗滑性能及足夠的抗壓性能,應(yīng)盡量采用單一粒徑并具有立方體形狀的集料。本文主要研究用于磨耗層的纖維碎石封層,選用粒徑范圍為5～10的玄武巖[4]。為了保證試驗(yàn)時(shí)碎石覆蓋率為100%,防止出現(xiàn)“缺料漏油”現(xiàn)象,碎石撒布量應(yīng)比理論用量多出20%[5]:在試模內(nèi)鋪滿一層碎石,碎石的質(zhì)量即是理論用量,而碎石用量則是指經(jīng)試驗(yàn)后仍然與瀝青粘結(jié)的碎石粘附量。碎石在使用之前應(yīng)經(jīng)過水洗、篩分和烘干,防止碎石表面的粉塵、泥土影響碎石與乳化瀝青的粘結(jié)性[6]。

纖維應(yīng)具有良好的切割性、較高的斷裂強(qiáng)度和較好的吸油率,試驗(yàn)中采用噴射用無捻粗紗型玻璃纖維,纖維長度為60 mm。

1.2 試件形狀與尺寸

試件形狀與尺寸的確定與試件成型后的功用相關(guān)。纖維碎石封層試件成型后,需用于纖維碎石封層表面構(gòu)造深度、表面摩擦系數(shù)、濕輪磨耗及粘聚力等室內(nèi)試驗(yàn),并用于評價(jià)纖維碎石封層的路用性能、檢驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)等。規(guī)范[7,8]中指明:構(gòu)造深度試驗(yàn)面積不小于 300 mm×300 mm;表面摩擦系數(shù)試驗(yàn)長度為126 mm;濕輪磨耗試驗(yàn)試件直徑為279 mm;粘聚力試驗(yàn)試件尺寸為150 mm×150 mm。為了滿足各種試驗(yàn)的尺寸要求,纖維碎石封層試件尺寸確定為300 mm×300 mm。

1.3 澆筑方法

1.3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)根據(jù)試模面積(300 mm×300 mm)計(jì)算出材料用量。2)將乳化瀝青放入60℃水中保持30 min。3)將油氈紙剪裁后放入試模,鋪放平整,在試模內(nèi)壁四周貼一層膠紙。

1.3.2 制作成型

1)先取出適量乳化瀝青,將毛刷浸放在其中使之均勻滲透;稱取2份各1/2設(shè)計(jì)用量的乳化瀝青。2)將1份乳化瀝青倒入試模內(nèi)油氈紙上,并立即用毛刷人工涂刷均勻。3)將稱量好的纖維均勻、亂向地撒布在乳化瀝青上。4)將另外1份乳化瀝青倒入撒布的纖維層上,用毛刷輕微刷均勻。5)將稱量好的碎石均勻地撒布在瀝青上,用刮刀輕微整平[9]。

1.4 壓實(shí)方法

壓實(shí)方法可分為擊實(shí)法、輪碾法和靜壓法。為了模擬實(shí)際施工情況,并綜合考慮設(shè)備尺寸、集料破碎情況、集料嵌擠情況等,最后確定采用輪碾法對試件進(jìn)行壓實(shí)。為了防止集料破碎并受壓均勻,碾壓時(shí)將橡膠墊塊置于剛性輪碾下方。碾壓分為初壓和復(fù)壓:初壓模擬了施工時(shí)壓路機(jī)碾壓,必須在乳化瀝青破乳凝結(jié)前進(jìn)行,使碎石集料顆?；厩稊D就位;復(fù)壓模擬了自然行車碾壓,在粘聚力達(dá)到一定要求后進(jìn)行,一般是2 h～4 h[5]。

1.5 養(yǎng)護(hù)方法

每次復(fù)壓之前須對試件進(jìn)行合理養(yǎng)生。根據(jù)國外同步碎石封層施工經(jīng)驗(yàn),使用乳化瀝青的路表溫度應(yīng)不低于21℃,且不高于60℃[10]。因此,采用控溫烘箱養(yǎng)生的方式對試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。溫度的升高使乳化瀝青恢復(fù)流動(dòng)性,復(fù)壓后有利于提高碎石嵌擠程度和乳化瀝青爬升高度,增強(qiáng)碎石與瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度。

2 膠墊厚度對碎石粘附量的影響

2.1 材料用量及試驗(yàn)步驟

本文試驗(yàn)中,材料用量保持一致,乳化瀝青取用1.5 kg/m2,纖維取用60 g/m2,碎石理論用量為1 000 g,撒布量應(yīng)取1 200 g,即13.3 kg/m2。

試件澆筑完成后,墊上橡膠墊后放入輪碾成型儀中壓實(shí)。碾壓時(shí)改變橡膠墊厚度,初壓15次后放入45℃烘箱內(nèi)養(yǎng)護(hù),4 h后取出進(jìn)行復(fù)壓60次。將試件冷卻至室溫后,用毛刷將剝落的碎石輕輕刷去,再次放入烘箱內(nèi)養(yǎng)護(hù),隔天用相同步驟進(jìn)行復(fù)壓。記錄每次復(fù)壓后的剝落量,發(fā)現(xiàn)第三天后剝落量非常小,試驗(yàn)結(jié)束。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

膠墊的使用,不僅能夠防止集料破碎,而且能夠使集料受力均勻。當(dāng)膠墊達(dá)到一定厚度后,這種均勻傳遞壓力的作用也趨向穩(wěn)定。當(dāng)膠墊厚度為15 mm時(shí),碎石粘附量達(dá)到最大值。

3 碾壓次數(shù)對碎石粘附量的影響

3.1 材料用量及試驗(yàn)步驟

試件澆筑完成后,鋪上15 mm膠墊進(jìn)行碾壓。改變初壓次數(shù)時(shí),復(fù)壓次數(shù)為60次;改變復(fù)壓次數(shù)時(shí),初壓次數(shù)為15次。在45℃烘箱內(nèi)養(yǎng)生并復(fù)壓3 d后試驗(yàn)結(jié)束。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

由圖1,圖2可知,當(dāng)初壓次數(shù)為5次,復(fù)壓次數(shù)為60次時(shí),碎石粘附量達(dá)到最大值。

4 養(yǎng)生溫度對碎石粘附量的影響

4.1 材料用量及試驗(yàn)步驟

試件澆筑完成后,鋪上15 mm膠墊進(jìn)行碾壓。初壓5次后放入烘箱中養(yǎng)生,改變養(yǎng)生溫度后復(fù)壓60次。復(fù)壓3 d后試驗(yàn)結(jié)束。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

溫度對乳化瀝青的粘結(jié)能力有很大的影響。溫度太高,瀝青流動(dòng)性過大,導(dǎo)致瀝青達(dá)不到足夠的粘結(jié)性;溫度太低,瀝青粘性過大,無法爬升至2/3高度,導(dǎo)致瀝青與碎石粘結(jié)力較弱[10]。由試驗(yàn)可知,60℃以上時(shí)粘附量均較大,但是60℃比較接近施工時(shí)的路面溫度,因此選用60℃作為養(yǎng)生溫度。

5 結(jié)語

1)從數(shù)據(jù)圖表中分析得知,膠墊厚度和養(yǎng)生溫度對碎石用量的影響比較顯著,碎石用量均有規(guī)律性上升趨勢,當(dāng)采用15 mm膠墊和60℃養(yǎng)生溫度后,碎石用量趨向穩(wěn)定;而碾壓次數(shù)對碎石用量的影響呈不規(guī)律的波浪形態(tài)。試件成型質(zhì)量與碎石用量成正比,碎石用量的變化幅度決定了試件質(zhì)量的變化情況。從圖中得知,當(dāng)膠墊厚度變化時(shí),碎石用量變化幅度最大,此時(shí)試件成型質(zhì)量有較大差異;而其他3個(gè)指標(biāo)變化時(shí)碎石用量變化幅度較小,試件成型質(zhì)量差異較小。2)當(dāng)采用15 mm膠墊厚度、5次初壓、60次復(fù)壓和60℃養(yǎng)生溫度時(shí)碎石用量為982.8 g,這與碎石理論用量1 000 g相差無幾,此時(shí)試件成型質(zhì)量應(yīng)該接近理論質(zhì)量。但是經(jīng)觀察后發(fā)現(xiàn),此時(shí)與瀝青粘結(jié)的碎石并不是完全單層排列,由于人工撒布的不均勻性直接導(dǎo)致局部碎石多層排列,這將在很大程度上影響試件的成型質(zhì)量。

[1]閆修海,于金成,王建國,等.纖維封層技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用[J].北方交通,2008(8):50-54.

[2]王建國.法國纖維封層技術(shù)與應(yīng)用[J].交通世界,2008(11):166-169.

[3]趙艷新,張 莉.改性乳化瀝青纖維封層在路面面層施工中的應(yīng)用[J].遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2007,9(4):24-25.

[4]杜 雋,李玉華.纖維封層技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用研究[J].山西建筑,2009,35(6):290-291.

[5]Thomas JW,David W J,Frank SG.Minnesotaseal coat handbook[R].Minnesota:Minnesota Local Road Research Board,2006.

[6]Douglas D.Gransberg,P.E.Using a New Zealand performance specification to evaluate U.S.chip seal performance[J].Journal of Transportation Engineering(ASCE),2007,133(12):688-695.

[7]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[8]JTG E60-2008,公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[9]李 坤.纖維封層層間黏結(jié)及力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].大連:大連理工大學(xué),2008.

[10]Washington State Department of Transportation.Asphalt Seal Coats 2003[R].Washington,U.S.A,1987.