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1、昆玉高速公路聚酯纤维沥青砼试验路试 验 报 告昆玉高速公路聚酯纤维沥青砼试验路课题组二00一年一月十五日课题组成员组 长：吴忠彩副 组 长：王汉松、杨琨成 员：李增荣、刘体志、罗增华、刘国辉、张争奇、郝培文、李永军技术顾问：张争奇、郝培文博士执 笔：张争奇聚酯纤维沥青混凝土试验路研究报告 昆玉路全长85,707公里，是连接昆明和玉溪的双向六车道高速公路，设计时速100kg/h，自1998年开通以来,为当地经济的发展作出了巨大的贡献，为了进一步提高昆玉公路路用性能和使用质量，发挥效益，省交通厅决定在原沥青路面上加铺AK-13B抗滑罩面。另外为增加道路建设中的科技含量，在云南省交通厅的领导和组织下
2、，昆玉高速公路分别成立了硅藻土改性沥青、SBS改性沥青和聚酯纤维加强沥青路面三个课题组，开展新材料在沥青路面中的应用试验路研究。位于第7合同段的隧道内原路面为水泥路面，由于当时施工条件的限制，路面的平整度差，与其余路段的高平整度形成了鲜明对比，降低了对整条昆玉路的评价。这次加铺罩面工程中，经研究讨论，决定在隧道内采用沥青罩面。 但隧道渗水、通风不良、地下涌水等对沥青路面有很不利的影响，故截止目前，隧道内一般采用水泥路面，而很少采用沥青路面；同时，水泥砼路面在使用一段时间后，表面容易光滑，当路面处于潮湿状态时，特别是坡道处，防滑性能差，不利于行车安全，另外水泥道面上铺筑沥青路面，沥青面层上易出现
3、反射裂缝，从而影响沥青路面的使用性能。这几方面的不利因素对拟铺的沥青罩面提出了较高的要求。指挥部经多方考察，决定采用纤维加强沥青路面。所用纤维为从美国进口的聚脂纤维，聚酯纤维已在国内多条高速公路上有了成功的应用。如经试验路的研究和长期观测，能够保证隧道内路面良好的使用质量和服务水平，对纤维沥青路面的大范围推广应用消除了疑虑。 以下就聚脂纤维沥青路面试验路研究工作总结如下。1、 原材料沥青采用壳牌90重交通沥青，基本技术指标见表1 表1 沥青基本指标 沥 青指 标 指 标 指 标 壳牌90250C针入度（1/10MM）94.7250C延度（CM）100软化点（0C）40.5碎石为玄武岩，矿粉采用
4、水泥代替，碎石技术指标见表2表2 矿料基本指标指标集料1集料2压碎值（%）6.0/磨光值48/视密度（k/cm3）2.7552.667含泥量（%）2.060.85含水量（%）0.2251.2针片状颗粒含量（%）0.810.47矿料级配为AK-13B型，AK-13B级配范围参见规范。2、 室内试验室内试验结果见长安大学提供的试验数据，见附件。沥青混凝土密度为2.393g/cm3。根据昆玉高速公路指挥部所提供的现场取样的沥青混合料和基本数据制备的两组混合料试件，按照规范，击实法成型马歇尔稳定度和劈裂试件；用轮碾仪成型车辙试验板块试件（30305 cm）。21 马歇尔稳定试验按部颁标准公路工程沥青沥
5、青混合料试验规程的规定，对两种类型的沥青混合料的马歇尔稳定度进行试验。 马歇尔稳定度试验结果见表3 表3 残留稳定度试验结果混合料类型试验条件稳定度（KN）流值（0.1mm）不加纤维浸水（0.5h）8.3129.2加2.5磅纤维浸水（0.5h）9.0130.7加5磅纤维浸水（0.5h）6.234.2从试验结果可知，加入聚酯纤维后，沥青混合料的马歇尔稳定度提高，从一定程度上说明，沥青混合料的高温性能改善，改善的原因在于纤维的加筋作用，使沥青混合料的强度提高。22 沥青混合料的水稳性 水损害是沥青路面的一种常见病害型式。水损害的发生主要原因是沥青混合料在水的长期作用下，沥青膜逐渐从矿料表面剥离，矿
6、料与矿料之间的粘附性不复存在，沥青路面混合料逐渐出现掉粒、松散、坑槽等病害。在寒冷地区，冰雪、霜的入浸更是加剧了路面病害，低温病害常常与水的损害作用相互交织。隧道内路面可能要受到隧道渗水和地下水的破坏作用，有必要对纤维沥青混凝土和普通沥青混凝土的水稳性作试验比较。 以冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳性，试验方法参见试验规程（JTJ052-2000）T 0729-20001） 试验方法概要(1) 双面击实各50次，制作马歇尔试件。(2) 将试件分成两组，每组4个试件。将第一组4个试件在25水池中保温2h，试验时加载速率为50mm/min，压条宽度为12.7mm， 得到劈裂强度R1。(3) 将另一
7、组试件进行冻融过程，先真空饱水，真空条件下保持15min，恢复常压，试件在水中置30min；试件取出，放入塑料袋中，加入 约10ml水，扎紧袋口，将试件分别放入-18，冷冻16h；后将试件取出，立即放入600.5 的水池中，保温24h； 再将试件取出放入25 水浴中保温2h，然后采用与第一组试件一样的方法进行劈裂试验，得到劈裂强度R2。(4) 残留强度比TSR= R1/ R2100%。2） 试验结果与分析 采用英国ELE公司生产的自动马歇尔仪，经改装后（加宽12.7mm的上下压条），测得最大荷载F， 按公式R=0.00628F/h，按上述方法进行的冻融劈裂试验计算劈裂强度R。 表4 冻融劈裂试
8、验结果沥青混合料未冻融试件劈列强度经冻融试件劈列强度残留强度比TSR（%）未加纤维0.6480.4265加入纤维0.7100.5273从表中结果可以看出，加入纤维后，沥青混凝土冻融前后的劈裂强度均略高于原沥青混凝土，且在冻融循环苛刻条件的作用，劈裂强度降低程度小，残留强度比大，这说明纤维沥青混凝土的抗冻融性能好于普通沥青混凝土。沥青混凝土中的纤维，多向分布，起着加筋作用，使混合料的抗力增加，使沥青混合料的劈裂强度提高。另外由于纤维的加入使粘附在矿料的沥青膜变厚，抗水损害能力增强。23 沥青混合料车辙试验 车辙是沥青路面的常见病害之一，车辙是在车辆渠化交通作用下车辆轮迹带上形成的凹陷，车辙的产生
9、会使道路的服务能力显著降低，近年来随着我国经济建设和交通事业的发展，交通量显著增加、轴载加大、交通渠化，车辙问题迅速激化，故而防止和治理车辙已成为我国高等级公路及城市干线道路和重要课题，车辙试验能很好地反映车辙的形成过程，得到了世界各国的广泛认可与采用，本研究即采用车辙试验来评价沥青改性前后的抗车辙能力。1） 试验概要 本研究采用的车辙仪为日本三井公司开发研制的浸水式车辙试验仪，经过改造后，可做于车辙试验。混合料按马歇尔密度控制，由拌和机拌和后，用轮碾机单向碾压成型，成型温度140。(1) 试件尺寸：30030050mm；(2) 试件养生：在恒温箱中恒温养生5小时以上， 温度控制为试验温度60
10、；(3) 轮 压： 0.7Mpa；(4) 碾压速度：421次/min 用动稳定度DS（即单位车辙深度所需的碾压次数）来表征混合料抗车辙能力，DS越大，抗车辙能力越好：DS=4215/（d60d45） DS：动稳定度（次/ mm）; 42：轮迹行走速度（次/ min）; d45：轮迹碾压45min的变形量（mm） d60：轮迹碾压60min的变形量(mm)2） 试验结果及分析两种沥青混合料的实验结果见表5和图1和图2。表5：车辙试验结果类型10min(420)20min(840)30min(1260)45min(1890)60min(2520) 动稳定度(次无纤维 3.554.20 5.7 6.
11、857.6840加入纤维 2.80 3.78 4.655.10 5.711032图1：车辙试验动稳定度结果比较车辙试验中车辙深度（变形量）随碾压时间（或次数）的增加而增加，见图2在轮碾初期，变形速率较大，随后逐渐减小。根据有关资料可知，车辙试验中变形量与轮碾时间的关系分为三种类型：上凸型、直线型和变曲型。在本试验中，由图2可见，未加纤维的沥青混合料基本呈直线，而加入纤维的沥青混合料呈上凸型。时间（min） 图2：车辙试验结果比较纤维的沥青混合料呈上凸型，表明随着碾压次数的增加，纤维沥青混合料的变形增量逐渐减小或不再增强，抗车辙性能增加。试验过程中也发现，未加纤维沥青混合料车辙深，隆起现象较严重
12、，而加入纤维后，这些现象明显减轻。3）车辙的形成由两个方面的原因构成，沥青层本身的压密，主要发生在初期，随后则主要发生沥青混合料的侧向流动变形，侧向流动变形的大小与矿料的级配、沥青性质及用量有关。未加纤维与加入纤维对混合料的初期压密变形影响不大，而对后期的侧向流动变形有较大的影响，加入纤维后，纤维吸附及稳定沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，同时由于纵横交错的加筋作用，使混合料具有较高强度，使混合料的抗车辙性能提高。纤维沥青混合料的整体性、抗剪性及抗车辙能力增强。4）聚合物纤维在混合料中分布均匀，在混合料中以多向丝样分布，按照混合料总重0.114%的比例加入纤维，大约每立方米有超过10亿根分离纤
13、维，起到加筋作用，强度提高，纤维沥青混凝土的动稳定度高与未加纤维的普通沥青混凝土，高温稳定性较好，见图1。结论纤维加入后，沥青用量增加，同时由于纤维在沥青混凝土中的纵横交错的分布和加筋作用， 使沥青混凝土的路用性能改善， 使混凝土的高温抗车辙和水稳性提高。3试验路段安排和铺筑试验段安排在第7合同段，上行线K38+380-39+111处，共计731米，其中隧道内安排631米，隧道外100米左右， 这样安排的目的是为比较加纤维与不加博尼维沥青路面在隧道内和隧道外两种相同环境条件下的性能表现。31 试验路铺筑于2000年11月8日铺筑纤维沥青呼面试验段和对比段，原水泥混凝土面层切削1.5cm， 凿毛
14、，另外铺筑沥青面层前，将切削的粉尘须冲洗干净并晾干。 纤维沥青混凝土路面的施工工艺基本同普通沥青混凝土的施工，这也是纤维加强沥青路面新技术的优势之一，但应注意以下几个方面的问题。1） 保证纤维用量，在本段路面设计中， 纤维用量为每吨沥青混合料加2.5磅纤维，为了在施工时不影响施工进度， 事先按照拌和机的一次拌和量所需纤维分袋，用薄塑料袋3.75磅分装好（拌和机的一次拌和量为1.5吨，则一锅需加3.75磅）备用。2） 保证纤维的均匀拌和， 纤维在沥青混合料中的分布直接影响着纤维沥青混凝土的性能，纤维必须均匀分布，不发生结团现象，为了保证纤维的良好分布，在矿料干拌过程中按量加入纤维，先干拌2030
15、s后，然后加入沥青再进行正常搅拌35s。3） 碾压达到足够的压实度， 由于聚酯纤维具有一定的弹性， 使沥青混凝土较难以压实，故在碾压阶段，可在正常碾压的基础上，加压2-3遍。同时要求压实度达到98%以上。4） 其它施工要求，诸如施工安排、各环节的温度、碾压程序等与普通沥青路面相同，参见相关规范。施工检测资料表明，沥青用量、矿料级配基本符合要求，压实度达到了98.5%以上。32 试验路检测为了对比聚酯纤维沥青路面和普通沥青路面的长期性能，分四个试验段检测，安排如下：隧道内631米为试验段一；隧道内所剩路段为试验段二；隧道外所铺100米纤维路面为试验段三；延长段100米为试验段四。于11月9日对路
16、面进行了第一次检测，检测项目包括弯沉值、构造深度和抗滑系数等。从表观来看，各段路面表面平整，无破损、无变形、无泛油等任何形式的早期病害。 各路段的弯沉检测结果见表6，弯沉代表值Lr=0.1192小于设计值Ld=0.60。 表6 改性沥青路面弯沉检测结果路面类型 长度mm代表值Lrmm 平均值L20mm设计值Ld观测段8800.1192 0.0622 0.60表7 改性沥青路面抗滑性能检测结果改性类型摆值构造深度（mm）XSCyXSCy观测段161.63.5 5.601.1 0.0 4.28观测段261.63.5 5.6 1.10.14.28观测段3 56.7 4.608.121.1 0.0 1
17、5.2观测段4 56.7 4.68.121.1 0.2 15.2各路段的抗滑测试结果见表7，各抗滑指标均满足规范要求。 由于路面检测是在完工后第二周进行的，测试结果还不能比较出聚酯纤维沥青路面段与比较段的差别，相信随着时间的延长，纤维路面将表现出很好的优势，建议对四个试验路段和比较段进行长期跟踪观察，从平整度、路面破损率、弯沉和抗滑性能等方面进行观测。附件：聚酯纤维沥青混凝土试验评价长安大学受云南高速公路指挥部的委托，对聚酯纤维沥青混凝土和普通沥青混凝土的高温抗车辙性能、抗冻融劈裂性能进行试验评价。长安大学按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）对所送现场取样的沥青混合
18、料进行试验。1 车辙试验根据所提供的沥青混合料的密度（2.393/cm3）计算车辙试验所需混合料用量，单向碾压成型试件（30305cm），试验温度60，碾压速度42次/min，接触压强0.7Mpa。 表1：沥青混合料车辙试验结果沥青混合料类型动稳定度（次/mm）变形速率（mm/次）普通沥青混凝土84011910-3纤维沥青混凝土103209710-3从试验结果可以看出：加入纤维后，沥青混合料的动稳定度提高，变形速率减小，说明沥青混合料的高温稳定性改善。2 冻融劈裂试验以冻融劈裂试验评价沥青混合料，试验方法参见试验规程（JTJ 052-2000） T 0729-2000。用所送沥青混合料双面击实50次成型马歇尔试件，试件分两组，一组（4个）不经冻融养生， 另一组经冻融养生，分别测试强度，以不同养生条件的强度比来反映沥青混合料的水稳性。 表2：冻融劈裂试验结果沥青混合料未冻融闭幕试件劈裂强度（MPa）经冻融试件劈裂强度（MPa）残留强度比TSR（%）未加纤维0.648 0.42 65加入纤维0.710 0.52 73加入聚酯纤维的沥青混凝土残留强度比大，这说明聚酯纤维沥青混凝土的水稳性能好于普通沥青混凝土。本试验结果仅对来样负责。昆玉高速公路建设指挥部 长安大学2001年1月15日