淺析FAC在瀝青路面工程中的應(yīng)用

趙婧薈,趙慕暉

(1.哈爾濱交研交通工程有限責(zé)任公司;2.黑龍江省交通科學(xué)研究所)

隨著瀝青路面的普及,相關(guān)的短期病害、長期耐久性問題也突顯出來,世界各國也根據(jù)自身的情況作了相應(yīng)的研究,其中一個(gè)重點(diǎn)就是從瀝青混合料的內(nèi)在品質(zhì)上提升其性能。

日益增長的經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)道路交通提出了越來越高的要求,圍繞減少道路病害,提高道路壽命的研究為世界各國所重視。瀝青路面的設(shè)計(jì)大修期為15年,而目前我國的瀝青路面往往 8～10年就需要進(jìn)行大修。以路面壽命 30年計(jì),資料表明這期間用于道路的維修費(fèi)用幾乎等于新建道路的投資?？梢娞岣吖穳勖?延緩檢修期至關(guān)重要。

一直以來,瀝青混凝土路面的實(shí)際使用年限往往達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限,解決的關(guān)鍵手段就是努力提高混凝土路面的內(nèi)存品質(zhì)。諸如提高路面的耐久性(抗剝落性、水穩(wěn)定性)、高溫穩(wěn)定性(抗車轍性)、低溫抗裂性(抗疲勞性)、柔韌性、抗磨損性等,延長路面使用壽命。

近年來,我們采用了如SMA路面技術(shù)、SBS改性瀝青、橡膠瀝青等方法,這些技術(shù)措施的應(yīng)用對(duì)提高路面品質(zhì)具有一定成效,但也存在一些問題,如提高了施工工藝要求,增加了工程綜合造價(jià)等。因此,還需要研究更符合我國國情及省情的路面新材料、新工藝、新技術(shù),以保證提高瀝青混凝土路面的品質(zhì),又不過多提高工程造價(jià),而且施工工藝簡單易行,又不需更換設(shè)備,便于推廣應(yīng)用。

在普通瀝青混合料中添加適量纖維,就成了纖維瀝青混凝土(Fiber Asphalt Concrete,簡稱FAC)。自 20世紀(jì) 80年代以來,歐美國家對(duì)FAC進(jìn)行了廣泛研究與應(yīng)用,出現(xiàn)了很多纖維產(chǎn)品,如美國的 H i-T echFiber、Bonifiber、德國的 Dolanit等。將這些纖維加入瀝青混合料中,其目的不是為了吸收瀝青,而是為了發(fā)揮瀝青纖維的加筋作用,以對(duì)瀝青混合料予以加強(qiáng),這是與S M A的本質(zhì)區(qū)別。

合成微纖維是在路用纖維發(fā)展過程中的一種新趨勢,其主要成分為改性聚丙烯及聚酯,在瀝青混合料中加入后可大大改善瀝青路面的性、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性、并具有提高低溫抗裂和防止反向裂縫的性能,有效提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強(qiáng)度。減少溫度對(duì)路面的影響,提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性。

將普通瀝青混合料改成FAC,可提高瀝青路面的耐久性及使用壽命,符合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展的需要。

美國聯(lián)邦公路局1996～2000年科研計(jì)劃是以發(fā)展新技術(shù)、應(yīng)用新材料、改善道路運(yùn)輸性能為原則的。其中就有兩項(xiàng)科研項(xiàng)目是關(guān)于材料和路面結(jié)構(gòu)的：(1)對(duì)加筋合成物(纖維強(qiáng)化聚合物復(fù)合材料)、高性能鋼筋、高性能混凝土的研究。推動(dòng)高性能材料在道路、橋梁中的應(yīng)用。(2)路面結(jié)構(gòu)研究主要集中在路面修筑、路面材料性能、路面長期使用性能、路面管理方面。在這些研究中,有一種新材料瀝青混凝土聚酯合成纖維。將這種聚酯纖維摻入在瀝青混凝土混合料中后,可提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性,對(duì)抵抗路面反向裂縫有獨(dú)特功效,而且最大特點(diǎn)是施工工藝簡單。它只是簡單地“摻加”,而不用改變礦料級(jí)配設(shè)計(jì),對(duì)礦料要求遠(yuǎn)低于S M A。也不需要增加設(shè)備和人力,施工單位也完全能達(dá)到施工技術(shù)要求。

我國自1998年以來開始從美國進(jìn)口聚酯纖維,并在許多地方的公路建設(shè)中廣泛應(yīng)用,經(jīng)查閱資料應(yīng)用效果很好。如新疆地區(qū)晝夜溫差大,在瀝青混凝土中摻加了聚酯纖維后抗高溫、低溫性能明顯加強(qiáng);南京長江二橋的業(yè)主為了保證路面在正常使用條件下15年不大修,經(jīng)多方考察后在21km的道路、引橋的路面面層中全部加入了聚酯纖維;湖南新建的耒宜高速公路、河北石黃高速公路、內(nèi)蒙古 210國道新建工程、北京城市二環(huán)道路中阜內(nèi)大街改造工程中應(yīng)用了這種材料。據(jù)業(yè)主介紹,應(yīng)用效果均達(dá)到了技術(shù)要求,而施工方法、施工工藝與不摻加纖維時(shí)基本相同。經(jīng)過“馬歇爾試驗(yàn)”、“車轍試驗(yàn)”、“低溫彎曲試驗(yàn)”等試驗(yàn)結(jié)果表明,摻加纖維后,確實(shí)較大的提高了高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等路用性能,有效地提高了瀝青混凝土路面質(zhì)量。

經(jīng)技術(shù)引進(jìn)及改良,現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)合格的聚酯纖維及合成纖維,品種也越趨多樣。黑龍江省的工程技術(shù)人員已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到在瀝青混合料中加入纖維所帶來的益處,但因多方面原因,黑龍江省的FAC還未得到大面積的應(yīng)用,這與未能理解短期投入與長期效益的關(guān)系有關(guān)。

合成微纖維在瀝青路面中的應(yīng)用,可以明顯改善混合料的各項(xiàng)技術(shù)性能,提高了路面的使用性能及耐久性,降低了公路的養(yǎng)護(hù)壓力,減少了養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用,所以說其長期的效益是顯著的。

以路基寬 26m的四車道的一級(jí)公路為例,瀝青混凝土上面層為 4cm厚,路面雙幅寬 22.5m,摻加合成微纖維的費(fèi)用為 5元/m2。雖然增加了工程造價(jià),但由于加強(qiáng)纖維瀝青混凝土施工工藝方法簡單,能更快地改善路面性能,延長路面使用年限,推遲路面大修時(shí)間,在正常使用條件下保證10～15年不大修,因此從長遠(yuǎn)利益看則更經(jīng)濟(jì)合理。

通過合成微纖維瀝青混凝土的實(shí)際施工及后期觀測,FAC設(shè)計(jì)性能的可行性,在微纖維的有效摻量、拌和工藝、施工工藝等方面初步體現(xiàn)了合成微纖維的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了施工工藝上存在的不足,為未來黑龍江省高速公路廣泛應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。