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        玄武巖纖維在重載路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

        2022-08-03 01:24:24楊偉濤
        中國(guó)公路 2022年12期
        關(guān)鍵詞:玄武巖車轍集料

        楊偉濤

        (石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司西阜分公司,河北 石家莊 050000)

        重載和超載情況的普遍出現(xiàn)使得路面承載能力、功能性急劇下降,為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前公路行業(yè)中出現(xiàn)的困境,目前諸多技術(shù)均采用向?yàn)r青混合料中摻入纖維來(lái)提高路面使用性能。

        一、工程概況

        某公路工程k4+100~k6+200路段通車以來(lái)路況良好,未進(jìn)行過(guò)大規(guī)模維修養(yǎng)護(hù),僅對(duì)部分網(wǎng)裂較多的路段進(jìn)行過(guò)局部修補(bǔ)。隨著近年來(lái)交通量逐步增長(zhǎng),該公路早期設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)估的交通量逐漸不滿足當(dāng)前實(shí)際通行的交通量需求,路面各種病害頻繁出現(xiàn),為了應(yīng)對(duì)交通量增長(zhǎng)帶來(lái)的各種問(wèn)題,經(jīng)研究決定采用玄武巖纖維瀝青混合料作為面層材料,對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

        二、原材料

        (一)瀝青

        采用SMA混合料作為上面層,主要是考慮到SMA結(jié)構(gòu)中粗集料多,其骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)能使路面抗滑性能良好,同時(shí)在摻加玄武巖纖維后能夠大幅提升混合料延展性能,有效降低路面開裂幾率。此外,為了提高路面的抗車轍性能及高溫穩(wěn)定性,SMA要求瀝青原材料黏度大,能夠保證集料充分黏結(jié),有效防止車轍病害的產(chǎn)生。

        (二)集料

        瀝青混合料中集料占比高達(dá)70%,集料的物理化學(xué)性質(zhì)、級(jí)配和結(jié)構(gòu)組成對(duì)混合料各方面性能都有著重要影響。工程中,在集料的選擇上往往將壓碎值、堅(jiān)固性、洛杉磯磨耗損失等作為評(píng)價(jià)碎石集料強(qiáng)度與磨耗的重要指標(biāo),壓碎值良好的碎石用于路面工程中能夠經(jīng)受重載車輛的碾壓而不被破壞,維持了混合料的結(jié)構(gòu)組成。而洛杉磯磨耗小的碎石集料,在長(zhǎng)期經(jīng)受車輪作用時(shí)能夠較好地保證路面抗滑性能。此外,在進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí),良好的級(jí)配組成能夠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),有效提高路面的抗剪切能力。因此在選擇碎石集料時(shí)應(yīng)充分考慮這幾方面性能。考慮到工程對(duì)碎石性能要求較高,本項(xiàng)目選用工程中常用的優(yōu)質(zhì)碎石玄武巖作為原材料。

        (三)纖維

        隨著我國(guó)發(fā)展理念的變化,施工中更加注重污染的排放,開始由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展,而玄武巖纖維作為新興材料,用于道路工程中幾乎不會(huì)產(chǎn)生污染,而且能大幅提高混合料的高低溫性能,十分契合我國(guó)發(fā)展理念。此外,纖維是通過(guò)玄武巖碎石熔融得到,無(wú)需很高的制備工藝技術(shù),故工程使用成本十分低廉。但由于玄武巖纖維的長(zhǎng)度和摻入量的不同,對(duì)瀝青混合料各方面性能影響不同,為了確定最佳摻入量與纖維長(zhǎng)度,在最佳油石比條件下通過(guò)車轍試驗(yàn)進(jìn)行確定,根據(jù)試驗(yàn)確定選用6mm玄武巖纖維,摻入量為0.5%。不同長(zhǎng)度、不同含量的車轍試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。

        表1 不同長(zhǎng)度車轍試驗(yàn)結(jié)果

        表2 不同含量車轍試驗(yàn)結(jié)果

        三、施工工藝

        (一)混合料的拌和

        摻入玄武巖纖維的混合料拌和工藝復(fù)雜,采用現(xiàn)場(chǎng)濕法拌和不僅需要纖維瀝青拌和設(shè)備,還十分容易造成瀝青混合料結(jié)團(tuán)情況,嚴(yán)重時(shí)更會(huì)產(chǎn)生混合料的離析。為了保證纖維在瀝青混合料中均勻分布,應(yīng)選擇工廠拌和生產(chǎn)。本工程采用新濕法生產(chǎn)玄武巖纖維瀝青混合料,每次拌和前,先精確計(jì)算各種原材料的用量,通過(guò)履帶投送方式向加熱完畢的瀝青與碎石中投放纖維,保證一定的拌和時(shí)間,待其拌和均勻后再放料[2]。

        (二)混合料的運(yùn)輸

        由于摻加纖維的瀝青混合料成分更為復(fù)雜,為了保證不產(chǎn)生離析,運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)該避免急?;蛲蝗粏?dòng)等情況,此外,在運(yùn)輸前應(yīng)在車頂覆蓋篷布以減緩混合料溫度的散失。

        (三)混合料的攤鋪和碾壓

        瀝青混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)前應(yīng)對(duì)基層表面的透層油滲透深度進(jìn)行檢查,其滲透深度超度5mm時(shí)方可開始攤鋪工作,若由于趕工期等原因未滿足滲透深度要求會(huì)造成基層與面層黏結(jié)不夠緊密。檢查完畢后,調(diào)整好相應(yīng)松鋪系數(shù),根據(jù)路幅寬度合理安排攤鋪機(jī)數(shù)量,考慮為防止混合料離析,采用多臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)聯(lián)合攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)同時(shí)安排施工員在側(cè)對(duì)攤鋪厚度進(jìn)行檢驗(yàn),若不滿足攤鋪要求應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。碾壓施工緊跟攤鋪?zhàn)鳂I(yè)后,根據(jù)不同混合料特性選擇合適的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工,由于SMA混合料屬于間斷級(jí)配,在膠輪壓路機(jī)的揉搓碾壓作用下十分容易破壞混合料結(jié)構(gòu),故在進(jìn)行表面層碾壓時(shí)應(yīng)采用鋼輪壓路機(jī)施工[3]。

        四、施工質(zhì)量檢測(cè)

        (一)低溫性能檢驗(yàn)

        瀝青混合料在低溫條件下,由于溫度影響產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料本身的極限拉伸強(qiáng)度容易造成混合料開裂,同時(shí)在重載車輛碾壓下,裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。研究表明,摻入玄武巖纖維后,纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠?qū)r青混合料進(jìn)行束縛,從根本上提高了其抗拉強(qiáng)度。為了檢驗(yàn)施工后路面的抗裂性能,項(xiàng)目通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià),試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

        從低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果得知,摻入0.5%含量的玄武巖纖維后,其彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa,滿足規(guī)范使用要求。

        (二)高溫性能檢驗(yàn)

        根據(jù)混合料變形流動(dòng)的特點(diǎn),車轍形成主要原因是混合料自身的剪應(yīng)力不足以抵抗車輪帶來(lái)的荷載影響。影響混合料剪應(yīng)力的主要因素是集料和瀝青,而纖維通過(guò)吸附作用能夠保證碎石與瀝青緊密結(jié)合,從而不輕易產(chǎn)生流動(dòng)變形。為了檢驗(yàn)施工后路面高溫性能,項(xiàng)目通過(guò)車轍試驗(yàn)開展評(píng)價(jià)施工質(zhì)量。從車轍試驗(yàn)結(jié)果得知,摻入不同含量的玄武巖纖維,動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果均滿足規(guī)范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時(shí),動(dòng)穩(wěn)定結(jié)果為8823次/mm,而未摻加玄武巖纖維時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度平均值為5925次/mm,相比提升幅度高達(dá)48.9%。

        五、結(jié)語(yǔ)

        本文依托工程實(shí)例,對(duì)道路工程中玄武巖纖維瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行研究,詳細(xì)介紹了玄武巖纖維的作用機(jī)理及玄武巖纖維瀝青混合料施工技術(shù),最后通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)路段性能,得出以下結(jié)論:

        第一,摻入0.5%含量的玄武巖纖維后,混合料的彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa,滿足規(guī)范使用要求。第二,摻入不同含量的玄武巖纖維,動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果均滿足規(guī)范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時(shí),動(dòng)穩(wěn)定結(jié)果為8823次/mm,而未摻加玄武巖纖維時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度平均值為5925次/mm,摻加后提升幅度高達(dá)48.9%,說(shuō)明摻加纖維后路面抗車轍性能顯著提升。

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