季 度

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境工程學(xué)院 武漢 430030)

由于鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)相對特殊，其橋面鋪裝問題一直是技術(shù)難點。特別是在南方部分高溫多雨地區(qū)，瀝青路面的抗車轍能力缺陷已成為橋面鋪裝主要的損壞原因之一。橋面鋪裝的損壞不僅影響橋梁的美觀，而且會對橋梁的使用性能甚至受力狀態(tài)造成嚴重影響。

纖維作為一種高強、耐久、質(zhì)輕的增強材料，在道路工程中應(yīng)用廣泛，其中聚酯纖維在道路中使用較為普遍。將纖維加入瀝青混合料中以加筋的方式提升其強度。在道路應(yīng)用中，絕大多數(shù)都是采用單一纖維來提高瀝青混合料的路用性能，而對多種纖維共同作用少有研究，玻璃纖維具有優(yōu)良的隔熱性能和耐高溫性能，所以本文將玻璃纖維與聚酯纖維進行混雜，并對混雜纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進行研究。張晉龍[1]、梁俊怡[2]分別對加入玻璃纖維和聚酯纖維的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能做了一定的研究，本文通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗和車轍試驗對混雜纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進行研究 ，擬尋找出最佳摻配比例，以提高鋼橋面瀝青面層高溫穩(wěn)定性，減少高溫條件下鋼橋面瀝青面層的車轍問題。

1 實驗材料

1.1 瀝青

試驗SBS改性瀝青I-D各性能指標(biāo)見表1。

表1 瀝青原材料性能指標(biāo)

1.2 礦料

該試驗采用礦料取自某段國家一級公路施工材料。玄武巖，各級配均取自瀝青攪拌站攪拌樓篩分、除塵后的熱料。保證材料的優(yōu)異性及礦料潔凈、干燥、無雜質(zhì)。根據(jù)試驗規(guī)程試驗測得各級配符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》性能指標(biāo)要求[3]，礦粉和粗、細集料性能指標(biāo)見表2～4。

表2 礦粉性能指標(biāo)

表3 粗集料性能指標(biāo)

表2 細集料(粒徑0～3)性能指標(biāo) mm

1.3 礦料配合比設(shè)計

本文采用SMA-13作為試驗對象，所用礦料粒徑為0～3，>3～6，>6～11，>11～16 mm，通過篩分試驗，得到各礦料的篩孔通過率，根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》及篩分結(jié)果，通過軟件試算及調(diào)整，將各粒徑的級配中值盡量調(diào)整到級配上限與級配下限的中間以達到良好的合成效果，合成級配見表5。

表5 合成級配

1.4 纖維

試驗采用聚酯纖維和玻璃纖維，因為聚酯纖維主要起加筋作用，可提高瀝青混合料的穩(wěn)定性，還起到增韌阻裂的作用；玻璃纖維的耐高溫、隔熱性能非常優(yōu)異，同時，具有強度高、伸長小、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。本試驗采用的聚酯纖維和玻璃纖維主要指標(biāo)見表6。

表6 纖維主要指標(biāo)

2 試驗思路

2.1 纖維作用機理

雖然聚酯纖維與玻璃纖維均對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性等路用性能有一定的提高，但其作用機理不同，聚酯纖維主要是通過相互搭接，形成橋接纖維網(wǎng)絡(luò)，從而起到加筋的作用[4]；玻璃纖維是通過巨大的表面吸附了大量瀝青，使瀝青得到充分的浸潤，形成較厚的界面，將其周圍的瀝青黏聚在一起，共同將集料包裹住，從而進一步增強了瀝青與集料之間的吸附能力，改善了瀝青混合料的路用性能[5]。

2.2 試驗方案

在國內(nèi)，鋼箱梁橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)采用最多的是雙層改性SMA鋪裝，其中SMA鋪裝結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)摻入質(zhì)量分數(shù)為0.3%聚酯纖維。盡管大量的試驗和工程實踐表明，聚酯纖維對瀝青混合料的路用性能有很好地改性效果，但許多鋼箱梁橋面仍因高溫穩(wěn)定性不足出現(xiàn)車轍問題。于是本文提出同時摻入聚酯纖維與玻璃纖維，研究其混雜后對高溫穩(wěn)定性的改善能力。

本文采取玻璃纖維與聚酯纖維各占0.1%，0.2%，0.3%的質(zhì)量比例進行混雜，共3×3，9組試驗。其中對玻璃纖維取0.1%編號B1，聚酯纖維取0.1%編號J1。如玻璃纖維和聚酯纖維各取0.3%的試件編號B3J3?？紤]纖維對瀝青混合料的最佳油石比的影響，對9組纖維摻量不同的混合料通過馬歇爾試驗得出最佳油石比。按照JTG E20 -2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[6]的相關(guān)要求，對9組瀝青混合料進行車轍試驗，并對試驗結(jié)果進行分析，得出最佳纖維摻量，以及該混雜纖維對瀝青混合料路用性能的影響。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 最佳油石比

對不同纖維摻量的瀝青混合料根據(jù)經(jīng)驗以6.0%油石比，0.3%為間隔，制作5組馬歇爾試件，每組6個，正反擊實75次成型，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護24 h后脫模。對試件進行相關(guān)的物理力學(xué)試驗，根據(jù)瀝青用量與空隙率、密度、馬歇爾穩(wěn)定度、流值、飽和度的關(guān)系曲線，確定最佳油石比，見表7。

表7 最佳油石比

3.2 室內(nèi)試驗結(jié)果

車轍問題是瀝青路面高溫穩(wěn)定性良好與否的集中體現(xiàn),JTJ 014-97《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》[7-8]規(guī)定“對于高速公路、一級公路的表面層和中面層的瀝青混凝土作配合比設(shè)計時,應(yīng)進行車轍試驗,以檢驗瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性”。

對摻入纖維的瀝青混合料在車轍成型儀器上成型，連同試模一同在60 ℃養(yǎng)護5 h后，置于車轍試驗臺上進行試驗，結(jié)果見表8。

表8 試驗結(jié)果

由表8可見，在摻入混雜纖維后，瀝青混合料動穩(wěn)定度有明顯提升，并且相對應(yīng)的穩(wěn)定度流值也有一定幅度的優(yōu)化。

1) 雖然穩(wěn)定度流值與瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性沒有必然聯(lián)系，但瀝青混合料的馬歇爾強度和流值是混合料設(shè)計過程中控制瀝青混合料高溫性能的指標(biāo)，所以穩(wěn)定度的改善也在一定程度上反應(yīng)了瀝青混合料高溫穩(wěn)定度性能的提升。

2) 動穩(wěn)定度作為檢測瀝青混合料的主要檢測指標(biāo)，由試驗結(jié)果可以看出混合料的高溫穩(wěn)定性有明顯的提高。證實了在玻璃纖維與聚酯纖維的共同作用下，其瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能的到了實質(zhì)性提升。

3) 當(dāng)玻璃纖維、聚酯纖維摻入質(zhì)量分數(shù)分別為0.3%，0.2%時，瀝青混合料的動穩(wěn)定度達到最高，穩(wěn)定度流值也達到最優(yōu)。但是當(dāng)玻璃纖維和聚酯纖維各摻入0.3%質(zhì)量分數(shù)時，各性能有所降低。這是因為當(dāng)超過最佳摻量時，混合料中各成分無法充分攪拌均勻，多余纖維反而使纖維整體與礦料之間的黏結(jié)力下降，削弱了“加筋”作用，進而影響其各方面性能。

4 結(jié)論

通過對玻璃纖維與聚酯纖維混雜后的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進行研究，發(fā)現(xiàn)摻入混雜纖維對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有明顯提升作用。

本實驗中，當(dāng)玻璃纖維與聚酯纖維的質(zhì)量分數(shù)分別為0.3%，0.2%，油石比為6.1%時，瀝青混合料高溫性能最優(yōu)，可用于實際工程。