玄武巖纖維在AC-13瀝青路面中的應(yīng)用

楊 俊 琴

(山西省太谷公路管理段，山西 太谷 030800)

1 概述

在我國(guó)，高速公路中95%以上的路段采用瀝青路面結(jié)構(gòu)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通流量驟增及渠化交通，瀝青路面病害加重，出現(xiàn)了車(chē)轍、開(kāi)裂及水穩(wěn)定破壞等損害，這些都對(duì)瀝青路面提出了更高要求。在瀝青混合料中摻加適量纖維，具有改善路面使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命的顯著優(yōu)勢(shì)，是一種先進(jìn)的路面施工技術(shù)。其中，玄武巖纖維具有增強(qiáng)瀝青混凝土路面的優(yōu)異性能受到了我國(guó)公路建設(shè)者的高度關(guān)注。

玄武巖纖維具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，原材料分布廣且價(jià)格低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景。在瀝青混合料中，摻加適量玄武巖纖維，可有效提高瀝青混合料的路用性能，彌補(bǔ)瀝青老化給混合料帶來(lái)的損傷，具有顯著的延緩瀝青混合料老化的效果。且施工工藝簡(jiǎn)單，適用性廣，經(jīng)濟(jì)節(jié)約，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響。

玄武巖纖維(Basalt Fibre，簡(jiǎn)稱(chēng)BF)屬于礦物纖維的一種，以特選玄武巖為原料，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，在1 600 ℃高溫下熔融通過(guò)拉絲漏板高速拉制制成，外表光滑呈圓柱狀，顏色一般為褐色,有些似金色。在瀝青混合料中摻加適量玄武巖纖維，有助于發(fā)揮其較高強(qiáng)度和彈性模量性能，具有顯著的加筋、分散、吸附、穩(wěn)定及增粘效果，使得混合料存在的抗拉性能差、低溫脆性大的不足得到顯著改善，減少路面泛油的發(fā)生，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

玄武巖纖維能有效提高瀝青混合料的路用性能。與其他瀝青路用纖維相比，具有顯著的增粘、增彈、增強(qiáng)作用，使瀝青的高溫流變性得到明顯改善,將瀝青混合料的抗變形和抗疲勞性能顯著提升，適用于惡劣環(huán)境下的使用，如表1所示。玄武巖纖維瀝青混合料的水穩(wěn)定性能要優(yōu)于SBS改性瀝青混合料。

在我國(guó)，與木質(zhì)素纖維和聚合物化學(xué)纖維相比，礦物纖維的應(yīng)用還很少。玄武巖纖維具有耐高溫、原料來(lái)源廣泛和可以再生利用等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)具有極大的應(yīng)用前景。

2 原材料要求

某公路段原瀝青路面破壞嚴(yán)重，計(jì)劃采用兩側(cè)拓寬方式進(jìn)行改擴(kuò)建施工。在該工程中，在保證工程質(zhì)量前提下，考慮利用老路路基，挖除原路面結(jié)構(gòu)層，原路面和新拓寬段上面層均采用AC-13玄武巖纖維瀝青混合料進(jìn)行鋪筑，通過(guò)發(fā)揮玄武巖纖維的增粘、增強(qiáng)作用，確保路面具有良好的高溫穩(wěn)定性能。

1)瀝青。采用70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青。

2)集料和填料。粗、細(xì)集料應(yīng)堅(jiān)硬、干凈且無(wú)風(fēng)化雜質(zhì)。將石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉作為填料使用，要求親水系數(shù)小于0.8。

3)玄武巖纖維。采用某公司生產(chǎn)的短切玄武巖纖維。松散纖維在進(jìn)行運(yùn)輸及存放時(shí)，應(yīng)注意采取防潮措施，避免出現(xiàn)結(jié)團(tuán)影響使用。以混合料總量的質(zhì)量百分率進(jìn)行纖維摻量控制，本項(xiàng)目施工中的摻量控制在0.32%，要求允許誤差按±5%進(jìn)行控制。

3 施工工藝

在AC混合料中加入玄武巖纖維，施工工藝較為復(fù)雜，變量條件較多，須嚴(yán)格進(jìn)行施工質(zhì)量控制，確保路面成型質(zhì)量。

3.1 配合比設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目混合料級(jí)配采用密級(jí)配AC-13瀝青混合料。

在玄武巖纖維瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)分階段按理論配合比、目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試驗(yàn)段鋪筑的次序進(jìn)行，以確保混合料質(zhì)量，見(jiàn)圖1。

在瀝青混合料配比設(shè)計(jì)中，采用傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，70號(hào)道路石油瀝青拌合溫度為155 ℃～165 ℃。在試件制備中，要求每個(gè)試件雙面各擊實(shí)75次，采用表干法進(jìn)行試件的毛體積密度測(cè)定，采用真空法進(jìn)行其最大理論密度的測(cè)定，確定油石比為4.8%。本項(xiàng)目采用的礦料級(jí)配見(jiàn)表2。

表2 某項(xiàng)目采用的混合料級(jí)配表

3.2 混合料拌和

在玄武巖纖維瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，確保混合料質(zhì)量的關(guān)鍵之一在于做好拌和時(shí)間和溫度控制，其中干拌時(shí)間尤為重要。同時(shí)，由于纖維具有吸附瀝青的效果，還須確保玄武巖纖維摻量的精確度，纖維摻量變化會(huì)直接影響混合料油石比，還影響混合料施工的和易性。

每臺(tái)拌和樓應(yīng)分別在早上和中午進(jìn)行兩次取樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)取得相關(guān)參數(shù)，以便于進(jìn)行混合料油石比和礦料級(jí)配等微調(diào)，保證混合料空隙率、穩(wěn)定度符合設(shè)計(jì)要求。

采用間歇式拌和機(jī)，冷料倉(cāng)間隔板高度不低于70 cm，避免串料。礦粉倉(cāng)配備振動(dòng)裝置，以防止礦粉起拱。配備專(zhuān)用的纖維添加設(shè)備，確保投料數(shù)量和精度。

嚴(yán)禁隨意調(diào)整冷料倉(cāng)比例，對(duì)于3 mm～5 mm集料和0 mm～3 mm機(jī)制砂的冷料比例須嚴(yán)格保持穩(wěn)定。當(dāng)冷料級(jí)配變化大時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行配合比試驗(yàn)。

拌和時(shí)間以瀝青均勻裹覆集料為度。要求每盤(pán)混合料的生產(chǎn)周期不少于50 s～60 s。采用自動(dòng)投料機(jī)將纖維和熱集料一起投入拌鍋中進(jìn)行均勻攪拌，為確保摻量精度，投料機(jī)須具備自動(dòng)計(jì)量功能。一般將玄武巖纖維添加后，為確保其均勻分散，將干拌時(shí)間控制在30 s為宜。

在拌和時(shí)，還須做好溫度控制。石料加熱溫度控制在170 ℃～190 ℃，瀝青加熱溫度控制在155 ℃～165 ℃，混合料出料溫度控制在150 ℃～170 ℃?；旌狭蠝囟瘸^(guò)195 ℃時(shí)，則予以廢棄。

拌和樓的成品儲(chǔ)料倉(cāng)須具有良好的保溫性能，要求成品混合料在儲(chǔ)料倉(cāng)中的溫降不大于5 ℃。

3.3 混合料運(yùn)輸

為避免混合料離析，應(yīng)將拌和樓出料口到車(chē)廂板的卸料距離盡量縮短。采用移動(dòng)裝料法，分別在車(chē)廂不同位置分次進(jìn)行，先后部，再前部，最后中部。

為避免出現(xiàn)停機(jī)待料現(xiàn)象，應(yīng)確保運(yùn)料能力比鋪攤能力略有富余，保證混合料能及時(shí)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.4 混合料攤鋪

應(yīng)注意不要使混合料溢出受料斗和散落在下承層上，卸料完畢的運(yùn)料車(chē)應(yīng)盡快離開(kāi)攤鋪機(jī)，下一輛運(yùn)料車(chē)準(zhǔn)備盡快卸料。

攤鋪機(jī)應(yīng)緩慢、均勻、連續(xù)不間斷攤鋪。攤鋪速度宜控制在1 m/min～3 m/min，不得隨意變換速度或中途停頓，以提高平整度，減少混合料離析。

3.5 混合料壓實(shí)

在玄武巖纖維瀝青混合料碾壓作業(yè)中，應(yīng)采取有效措施保證混合料碾壓溫度和壓實(shí)機(jī)械配套。

在整個(gè)碾壓過(guò)程中，指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)碾壓指揮，確保初壓、復(fù)壓和終壓有序銜接。在玄武巖纖維瀝青混合料碾壓作業(yè)中，須重視碾壓溫度控制，要求初壓時(shí)的混合料溫度不低于150 ℃，復(fù)壓時(shí)的混合料溫度不得低于135 ℃，碾壓結(jié)束時(shí)的混合料溫度不得低于90 ℃。

在路面碾壓時(shí)，為在盡可能高的混合料溫度下碾壓密實(shí)，要求壓路機(jī)應(yīng)緊跟攤鋪機(jī)。采用大循環(huán)全斷面碾壓方式，以有效減少熱量散失，每次折返應(yīng)呈階梯狀，要求相鄰碾壓帶重疊10 cm～20 cm。為盡快使表面壓實(shí)，還應(yīng)進(jìn)行合理的碾壓長(zhǎng)度控制，本項(xiàng)目中的碾壓長(zhǎng)度控制在50 m。

在進(jìn)行混合料初壓時(shí)，采用兩臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)碾壓1遍～2遍，可對(duì)壓路機(jī)鋼輪進(jìn)行適量噴水。為有效提高混合料密實(shí)度，來(lái)回碾壓算一遍，第一次用靜壓方式，要求靜壓力不低于12 t。回來(lái)時(shí)使用高頻率低振幅的振壓方式，為防止集料破碎，本項(xiàng)目采用35 Hz～50 Hz的振頻，0.3 mm～0.8 mm的振幅。

初壓結(jié)束后，立即使用兩臺(tái)輪胎壓路機(jī)開(kāi)展復(fù)壓作業(yè)，碾壓3遍～4遍。在碾壓過(guò)程中，輪胎壓路機(jī)盡量不灑水，以保持高溫碾壓。為避免出現(xiàn)壓實(shí)度不均現(xiàn)象，輪胎壓路機(jī)應(yīng)進(jìn)行全幅碾壓。

復(fù)壓結(jié)束后，進(jìn)行終壓收光。為盡快消除明顯輪跡印，本項(xiàng)目采用雙輪鋼筒式壓路碾壓2遍，收光效果良好。

在復(fù)壓結(jié)束后，為確保路面平整度，可使用3 m直尺進(jìn)行路面縱向平整度檢測(cè)，以便于結(jié)合終壓進(jìn)行及時(shí)修整。為確保路面整體強(qiáng)度，采用小型振動(dòng)壓路機(jī)或振動(dòng)夯板對(duì)大型壓路機(jī)難于碾壓部位進(jìn)行壓實(shí)。

采用壓實(shí)度和現(xiàn)場(chǎng)空隙率雙指標(biāo)控制。經(jīng)檢測(cè)，壓實(shí)度98%，現(xiàn)場(chǎng)空隙率6%。

碾壓結(jié)束24 h或路面溫度低于50 ℃后，開(kāi)放交通。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

在玄武巖纖維瀝青混合料中，須注意以下質(zhì)量控制要點(diǎn)，以確保施工質(zhì)量。

1)由于混合料的空隙率等體積指標(biāo)直接受到拌和和擊實(shí)溫度的影響，因此在進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)時(shí)，須對(duì)不同的施工溫度組合進(jìn)行考慮，采用混合料空隙率指標(biāo)方式來(lái)進(jìn)行最優(yōu)的施工溫度確定。

2)在混合料拌和中，應(yīng)重視干拌時(shí)間控制。由于纖維具有的加筋、分散、吸附、穩(wěn)定及增粘效果，纖維分布的均勻性會(huì)直接影響混合料中空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的效果。干拌時(shí)間越長(zhǎng)，纖維分布越均勻，則有助于確保混合料質(zhì)量和性能，確保成型后的路面質(zhì)量和耐久性。

3)在玄武巖纖維瀝青混合料施工中，須采取措施確?；旌狭暇哂休^高的施工溫度，確保滿(mǎn)足性能指標(biāo)和施工和易性要求，無(wú)需進(jìn)行級(jí)配調(diào)整。

4)在碾壓作業(yè)中，要注意膠輪壓路機(jī)的粘輪問(wèn)題，可通過(guò)刷植物油和給膠輪壓路機(jī)穿皮裙保溫解決。