李玉龍，鐘燕敏，何曉鳴

(武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢 430023)

乳化瀝青混合料是一種較為復(fù)雜的材料，壓實(shí)成型的混凝土在行車荷載和溫度以及環(huán)境的影響下，水分不斷蒸發(fā)，乳化瀝青逐漸破乳，恢復(fù)瀝青的粘結(jié)性質(zhì)，大約30 d左右，混凝土中水分基本蒸發(fā)完畢，強(qiáng)度基本形成，理論上講會(huì)與熱拌瀝青有相同的路用性能，通過(guò)一系列室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)該材料的路用性能做出評(píng)價(jià)。

1 劍麻纖維乳化瀝青混凝土力學(xué)性能研究

乳化瀝青混合料從使用初期到最后完全成型，需滿足初始強(qiáng)度和成型強(qiáng)度兩個(gè)強(qiáng)度要求［1］。一方面，由于混合料在使用初期乳液中的瀝青微粒并沒(méi)有發(fā)揮粘結(jié)的作用，路面強(qiáng)度比較低，但為了滿足開(kāi)放交通的要求，混合料應(yīng)具有一定的初始強(qiáng)度來(lái)抵抗車輛荷載作用;另一方面，為保證乳化瀝青混合料在后期使用過(guò)程中，能夠在重復(fù)的車輛荷載下不產(chǎn)生二次病害，該混合料應(yīng)具有足夠的成型強(qiáng)度。

本文采用 0.2%，0.3%，0.4%，0.5% 四種不同的摻量，每種摻量分別取2 mm，4 mm，6 mm，8 mm四種不同長(zhǎng)度來(lái)研究不同摻量、不同長(zhǎng)度的劍麻纖維對(duì)乳化瀝青混凝土路用性能的影響。

1.1 初始強(qiáng)度研究

首先制作馬歇爾試件，加料順序?yàn)橄葘⒓习鑴?，加入水和劍麻纖維攪拌，拌勻后加入乳化瀝青，拌勻后再加礦粉攪拌。由于劍麻纖維具有一定的吸油性，故對(duì)于摻加劍麻纖維的試件，要增加與劍麻纖維等量的乳化瀝青，以加強(qiáng)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

制作不加纖維以及不同摻量、不同長(zhǎng)度劍麻纖維的試件共12×4+3=51個(gè)。在常溫下(溫度15—25℃，相對(duì)濕度50%—80%)養(yǎng)生24 h，再雙面擊實(shí)45次，在常溫下條件下養(yǎng)生24 h后，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 初期馬歇爾穩(wěn)定度 /kN

當(dāng)劍麻纖維摻量為0.2%和0.3%時(shí)，纖維分布均勻，無(wú)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，而摻量為0.4%時(shí)，有少許結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，摻量為0.5%時(shí)，結(jié)團(tuán)現(xiàn)象嚴(yán)重，已經(jīng)影響了混凝土的工作性能。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，長(zhǎng)度為4 mm時(shí)乳化瀝青混凝土的初始強(qiáng)度達(dá)到最大值。

1.2 成型強(qiáng)度研究

成型強(qiáng)度研究與初始強(qiáng)度研究區(qū)別在于養(yǎng)生條件及實(shí)驗(yàn)條件不同，成型強(qiáng)度研究是為了反映路面在車輛荷載以及環(huán)境、溫度、時(shí)間的作用下達(dá)到的強(qiáng)度［2］。初始強(qiáng)度的試件在室溫條件下養(yǎng)生，而成型強(qiáng)度的試件需要在60℃的烘箱中養(yǎng)生，擊實(shí)后的試件在60℃條件下養(yǎng)生24 h，脫模，在常溫下放置48 h后，放在60℃恒溫水浴中浸泡30 min，從水浴中取出后在60℃條件下試壓。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 成型馬歇爾穩(wěn)定度 /kN

馬歇爾穩(wěn)定度是一個(gè)用來(lái)評(píng)價(jià)混合料綜合性能的指標(biāo)，在我國(guó)主要用作瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和瀝青路面施工質(zhì)量檢驗(yàn)，主要體現(xiàn)了混合料的高溫性能。由試驗(yàn)結(jié)果可知，劍麻纖維摻量為0.2%時(shí)，成型馬歇爾穩(wěn)定度與不摻加纖維的試件穩(wěn)定度差別不大，但當(dāng)摻量為0.3%時(shí)，成型馬歇爾穩(wěn)定度提高幅度很大，大約在30%左右，峰值更是達(dá)到7.6 KN，這已經(jīng)非常接近普通熱拌瀝青混凝土。

值得注意的一點(diǎn)是，成型馬歇爾穩(wěn)定度在數(shù)值上略小于初始馬歇爾穩(wěn)定度，主要是因?yàn)閮烧叩脑囼?yàn)條件是不同的，初期強(qiáng)度是在空氣中存放，20℃條件下進(jìn)行，而成型強(qiáng)度是在水浴中存放，60℃條件下進(jìn)行的，所以兩者的試驗(yàn)值并不能體現(xiàn)出混合料性能增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

2 劍麻纖維乳化瀝青混凝土水穩(wěn)性研究

凍融劈裂試驗(yàn)適用于在規(guī)定條件下對(duì)乳化瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測(cè)定混合料試件在受到水損壞前后劈裂破壞的強(qiáng)度比，以評(píng)價(jià)乳化瀝青混合料的水穩(wěn)定性。制作好試件后將需要做凍融劈裂試驗(yàn)的試件真空飽水，加入約10 mL水后放在－l8℃ ±2℃環(huán)境下保存16 h±1 h，然后在60℃ ±0.5℃熱水中浸泡24 h，按此條件凍融循環(huán)一次，最后與做常規(guī)劈裂試驗(yàn)的試件一起在25℃ ±0.5℃水中浸泡2 h以上，測(cè)試劈裂強(qiáng)度并計(jì)算其比值(TSR)，以驗(yàn)證乳化瀝青混合料的水穩(wěn)定性［3］。

本文將做兩組凍融劈裂試驗(yàn)，一組為不摻加劍麻纖維的試件，一組為摻加長(zhǎng)度為4 mm，摻量為0.3%的劍麻纖維的試件。每組試驗(yàn)制備了10個(gè)摻加劍麻纖維的試件及10個(gè)未摻加纖維的試件，然后對(duì)所有20個(gè)試件的高度及密度進(jìn)行了測(cè)定。為保證試驗(yàn)的一致性及可比性，每組試驗(yàn)各選取了其中尺寸符合規(guī)范要求且各物理力學(xué)指標(biāo)差異性較小的8個(gè)摻加劍麻纖維的試件和8個(gè)未摻加纖維的試件進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)將8個(gè)摻加劍麻纖維的試件隨機(jī)分成兩份，每份4個(gè)，將第一份試件進(jìn)行常規(guī)劈裂試驗(yàn)，另一份進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，以對(duì)比其劈裂抗拉強(qiáng)度。未加纖維的8個(gè)試件試驗(yàn)方法相同。對(duì)比摻加劍麻纖維與未加纖維試件的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比即可反映劍麻纖維的效應(yīng)。劈裂抗拉強(qiáng)度按公式(1)至(3)進(jìn)行計(jì)算。

式中:RT1—未進(jìn)行凍融循環(huán)的第一組試件的劈裂抗拉強(qiáng)度(Mpa);

RT2—經(jīng)受凍融循環(huán)的第二組試件的劈裂抗拉強(qiáng)度(Mpa);

PT1—第一組試件的試驗(yàn)荷載的最大值(N);

PT2—第二組試件的試驗(yàn)荷載的最大值(N);

h1—第一組試件的試件平均高度(mm);

h2—第二組試件的試件平均高度(mm);

TSR—凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比(%)。

凍融劈裂試驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

表3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

劍麻纖維的摻加，使凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比平均提高了6.7%?？梢?jiàn)，劍麻纖維對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性具有一定的效果。

3 劍麻纖維乳化瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性研究

瀝青路面的強(qiáng)度與剛度(模量)會(huì)隨溫度的升高而顯著下降，為了保證瀝青路面高溫季節(jié)在行車荷載反復(fù)作用下，不致產(chǎn)生諸如波浪、推移、車轍、擁包等病害，瀝青路面應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性。表4和表5為強(qiáng)度、剛度與溫度間的關(guān)系。

表4 瀝青混凝土強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

表5 瀝青混凝土的蠕變勁度S和回彈模量E與溫度的關(guān)系

3.1 車轍試驗(yàn)

乳化瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性是指乳化瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力。高溫穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為車轍，隨著交通量不斷增長(zhǎng)，瀝青路面在行車荷載的反復(fù)作用下，會(huì)由于永久變形的累積而導(dǎo)致路表面出現(xiàn)車轍，車轍致使路面過(guò)量的變形，影響了路面的平整度;輪跡處瀝青層厚度減薄，削弱了面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，從而易于誘發(fā)其它病害，如雨天路表排水不暢，降低路面的抗滑能力，甚至?xí)捎谲囖H內(nèi)積水而導(dǎo)致車輛飄滑，影響了高速行車的安全，車輛在超車或更換車道時(shí)方向失控，影響了車輛操縱的穩(wěn)定性［4］。

車轍試驗(yàn)顯示:未加劍麻纖維的試件動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果為:2 836次/mm;按0.3%劍麻纖維摻量以最佳油石比成型車轍試件，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果為:3 709次/mm，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)＞2 400次/mm的要求并提高了瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度873次/mm。

3.2 劍麻纖維最佳長(zhǎng)度檢驗(yàn)

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)已基本確定劍麻纖維的最佳長(zhǎng)度為4 mm，本節(jié)通過(guò)車轍試驗(yàn)對(duì)其最佳長(zhǎng)度進(jìn)行驗(yàn)證。按照相同的劍麻纖維含量(0.3%)，不同的纖維長(zhǎng)度(2 mm，4 mm，6 mm，8 mm)制備瀝青混合料車轍試驗(yàn)試塊，試塊制作完畢后在常溫下首先放置48 h，經(jīng)充分冷卻后轉(zhuǎn)入車轍儀恒溫室內(nèi)60℃恒溫養(yǎng)護(hù)6 h，繼而進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示:

表6 不同長(zhǎng)度劍麻纖維瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，車轍曲線中瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度最大值所對(duì)應(yīng)劍麻纖維長(zhǎng)度為4 mm，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了4 mm為劍麻纖維在瀝青混合料中的最佳長(zhǎng)度。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)劍麻纖維乳化瀝青混凝土力學(xué)性能的研究，確定劍麻纖維最佳長(zhǎng)度為4 mm，最佳摻量為0.3%。在此長(zhǎng)度與摻量下，混合料的初始馬歇爾穩(wěn)定度提高了27.7%，成型馬歇爾穩(wěn)定度提高了40.7%。

(2)通過(guò)對(duì)劍麻纖維乳化瀝青混凝土水穩(wěn)定性的研究，劍麻纖維的摻加，使凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比平均提高了6.7%。可見(jiàn)，劍麻纖維對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性具有一定的效果。

(3)通過(guò)車轍試驗(yàn)，按0.3%劍麻纖維摻量以最佳油石比成型車轍試件，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果為:3 709次/mm，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)＞2 400次/mm的要求并提高了瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度873次/mm。

［1］王悅.新型乳化瀝青混合料及修補(bǔ)技術(shù)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

［2］葉乾路.乳化瀝青混合料冷態(tài)修補(bǔ)技術(shù)研究［D］.南京:東南大學(xué)，2004.

［3］劉尚樂(lè).乳化瀝青及其在道路、建筑工程中的應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)工業(yè)建材出版社，2008.

［4］虎增福.乳化瀝青及稀漿封層技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2001.