KTL聚酯纖維復(fù)式加筋微表處混合料性能試驗(yàn)研究

蘇霍然，李子祥，馬敬坤

（1.河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，河北省土木工程技術(shù)研究中心，天津 300401；2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091）

1 概述

目前，我國(guó)高速公路已進(jìn)入建設(shè)與養(yǎng)護(hù)并重的時(shí)期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2009年底，我國(guó)瀝青混凝土公路里程已達(dá)48.89萬(wàn)km[1]。并且在未來(lái)的道路交通發(fā)展中，瀝青路面仍將在我國(guó)高等級(jí)公路中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而瀝青路面受使用狀況和壽命制約，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)必不可少。美國(guó)SHRP計(jì)劃的重要成果也指出，在整個(gè)路面使用周期內(nèi)進(jìn)行3～4次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，可節(jié)約養(yǎng)護(hù)費(fèi)用45%～50%[2]。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是將改性瀝青、水、適當(dāng)級(jí)配的集料、填料、添加劑等按照一定比例配合并通過(guò)專用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行拌和，分兩層迅速地?cái)備佋诼访嫔?，形?5 mm左右厚的薄層，并能在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)放交通。復(fù)式加筋微表處的表層采用較粗集料，主要做磨耗層使用，在表層加入特定的纖維，可以提高其抗剪強(qiáng)度和彈性恢復(fù)能力，從而提高抗裂性能；底層采用較細(xì)集料，主要用于提高路表的抗滑性能和平整度，改善行車舒適性。復(fù)式加筋微表處不僅具有普通微表處開(kāi)放交通時(shí)間短、施工方便易行、成本低等優(yōu)點(diǎn)，還因其加入了纖維，使得微表處的各項(xiàng)指標(biāo)及使用壽命得到提高，更適應(yīng)公路養(yǎng)護(hù)工作的發(fā)展需求。

2 原材料性能

2.1 纖維

1） 纖維種類的選擇。本試驗(yàn)采用KTL聚酯纖維。KTL聚酯纖維是以聚酯為原料采用特殊工藝生產(chǎn)出來(lái)的瀝青混凝土加強(qiáng)抗裂纖維。聚酯纖維在-40～250℃的溫度內(nèi)不脆化、不軟化變形，與瀝青有良好的吸附性且不纏繞，在正常的摻量下每1 kg瀝青混合料中有將近200萬(wàn)根纖維多向分布對(duì)混合料進(jìn)行加強(qiáng)，使混合料的高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力、耐久性等技術(shù)指標(biāo)明顯提高，從而延長(zhǎng)微表處壽命。KTL聚酯纖維的基本性能如表1所示。

KTL復(fù)合改性纖維是北京天成墾特萊科技有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的專利產(chǎn)品（專利號(hào)：2006101112404），它基本成粉末狀，與混合料拌和均勻，基本沒(méi)有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

表1 KTL聚酯纖維的物理性能

2）摻加量選擇。根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)結(jié)果，選用摻加量為0.05%、0.18%、0.20%、0.25%和0.30%進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

2.2 改性乳化瀝青

本試驗(yàn)所用的改性乳化瀝青的乳化劑為慢裂快凝MQK-1M。膠乳為進(jìn)口1468，它能顯著提高瀝青低溫變形能力，改善瀝青溫感性和黏彈性[3]。基質(zhì)瀝青為AH-70，試驗(yàn)所用改性乳化瀝青質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 改性乳化瀝青檢測(cè)結(jié)果

2.3 集料

集料作為微表處的重要組成部分，對(duì)微表處的性能影響很大，它占微表處混合料總質(zhì)量的90%以上。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，微表處所用的礦料均采用100%的軋制碎石，并要求專業(yè)化生產(chǎn)，礦料級(jí)配十分穩(wěn)定[4]。本試驗(yàn)集料選自河北省易縣玄武巖，選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的普通硅酸鹽水泥作為填料。級(jí)配采用MS-3型稀漿封層混合料配比，具體篩分結(jié)果及配合比確定見(jiàn)表3。

表3 表層礦料級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)及配比

2.4 水

水的用量是否適宜直接決定了稀漿的稠度以及攤鋪效果。微表處所用的水不應(yīng)含有害的可溶性鹽、能引起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)和其他污染物，一般可采用飲用水[5]。

3 復(fù)式加筋微表處混合料試驗(yàn)

3.1 纖維的添加方法及分散性能

纖維在混合料中的分散情況直接影響纖維微表處混合料的性能[6]。如果纖維分散不均勻，出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象將導(dǎo)致瀝青乳液在混合料中分布不均勻，結(jié)團(tuán)的纖維會(huì)吸收較多的瀝青，攤鋪碾壓等施工和易性變差，且造成微表處耐久性下降，纖維結(jié)團(tuán)也不利于纖維性能的發(fā)揮。

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若將瀝青乳液和水先與石料拌和，再加入纖維，纖維較易結(jié)團(tuán)。故應(yīng)先將纖維加入石料中進(jìn)行預(yù)拌和，待纖維分散較為均勻后，再加入瀝青乳液和水進(jìn)行拌和。在實(shí)際施工中，由于要先進(jìn)行預(yù)拌和，故應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間，以確保纖維在混合料中混合均勻。

3.2 可拌和時(shí)間試驗(yàn)

拌和試驗(yàn)的目的是確定稀漿混合料的可拌和時(shí)間和成漿狀態(tài)[7]。試驗(yàn)表明在微表處混合料中加入纖維，會(huì)增加用水量。為判斷KTL纖維對(duì)混合料用水量的影響，選擇6.5%的油石比，石料100 g，用水量均為7.5 g，對(duì)不同添加量進(jìn)行拌和試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。從結(jié)果中分析得出對(duì)于KTL纖維當(dāng)纖維摻量超過(guò)0.22%時(shí)，拌和時(shí)間不再滿足要求。采用0.20%的纖維摻量進(jìn)行下面的混合料試驗(yàn)。

表4 纖維摻量對(duì)拌和時(shí)間的影響

3.3 纖維摻加量及油石比對(duì)混合料黏聚力的影響

在其他試驗(yàn)條件不變的情況下，根據(jù)文獻(xiàn) [7]中的方法，變化不同的油石比，考察纖維用量和不同油石比對(duì)混合料黏聚力性能的影響。具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。通過(guò)試驗(yàn)得出隨著油石比的增大，黏聚力值逐漸增加。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，KTL纖維的黏聚力指標(biāo)要好于普通微表處。

表5 纖維摻量0.20%時(shí)的黏聚力試驗(yàn)結(jié)果

3.4 混合料濕輪磨耗、黏砂量、車轍試驗(yàn)分析

1 h濕輪磨耗試驗(yàn)主要用來(lái)控制混合料的最小瀝青用量，評(píng)價(jià)混合料的耐磨耗能力和瀝青與集料的裹附能力。混合料的耐磨耗能力越強(qiáng)，磨耗值越小。黏砂量試驗(yàn)是用來(lái)控制瀝青用量的上限值。通常，油石比越大，試件表面所黏附的砂量也就越多。負(fù)荷車輪試驗(yàn)主要用于測(cè)試混合料的抗車轍能力。它是將條形試樣放在負(fù)荷車轍試驗(yàn)儀碾壓1 000次后，得到單位寬度上的側(cè)向變形率和單位厚度的車轍深度率來(lái)評(píng)價(jià)混合料的抗車轍能力，規(guī)范中規(guī)定的寬度變化率限值為5%。試驗(yàn)儀器采用LWT-65型負(fù)荷輪試驗(yàn)儀，加載重量40 kg，行程300 mm?；旌狭系膫?cè)向變形率和車轍深度率越小，表示混合料的抗車轍能力越好。1 h濕輪磨耗試驗(yàn)可與黏砂量試驗(yàn)一起確定混合料的最佳瀝青含量，見(jiàn)表6。

通過(guò)試驗(yàn)得出，隨著油石比的增大，KTL復(fù)式加筋微表處的磨耗值逐漸減小，黏附砂量逐漸增大，寬度變化率先減小后增大。

表6 纖維摻量0.20%時(shí)的濕輪磨耗和車轍變形試驗(yàn)結(jié)果

在相同油石比的情況下，KTL復(fù)式加筋微表處的磨耗值小于普通微表處，說(shuō)明纖維的增加能改善微表處的抗磨耗能力。KTL復(fù)式加筋微表處的抗變形能力優(yōu)于普通微表處，說(shuō)明纖維在混合料中起到了加筋的作用。纖維在混合料中形成了縱橫交錯(cuò)的纖維網(wǎng)，使微表處的黏結(jié)力提高，將減少路面因松散發(fā)生破壞的情況，減少車轍的產(chǎn)生。瀝青依附在纖維表面，形成了結(jié)構(gòu)瀝青，減少了混合料中自由瀝青的數(shù)量，降低了出現(xiàn)油斑的可能性，使瀝青的黏性增大，軟化點(diǎn)提高，提高了其高溫穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

KTL聚酯纖維復(fù)式加筋微表處與普通微表處相比，抗磨耗性能、抗水損壞性能有所提高，變形能力有所提高，有助于延長(zhǎng)微表處的使用壽命。復(fù)式加筋微表處中的KTL纖維起到了加筋的作用，提高了混合料的黏結(jié)性，能夠有效減少裂縫的產(chǎn)生。

[1]交通部規(guī)劃司.2009年公路水路交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[R].北京：中華人民共和國(guó)交通部，2009.

[2] 龍海輝，諸葛文杰，胡浩.瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)新技術(shù)[J].華東公路，2010（1）：7-9.

[3] 梁乃興.現(xiàn)代路面與材料[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]黃新顏.MS-4新型微表處試驗(yàn)與施工研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2009.

[5] 李栓.微表處混合料設(shè)計(jì)分析及級(jí)配優(yōu)化研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2008.

[6]劉海峰.纖維對(duì)改良微表處混合料性能的試驗(yàn)[J].中國(guó)市政工程，2009（2）：9-10.

[7]交通部公路科學(xué)研究院.微表處和稀漿封層技術(shù)指南[M].北京：人民交通出版社，2006.