纖維瀝青混凝土的路用性能研究

余 浪 昆明市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司工程師，碩士研究生

劉瓊蓮 昆明市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司工程師，碩士研究生

瀝青混凝土是一種優(yōu)質(zhì)的路面材料，相較于傳統(tǒng)的水泥路面有著諸多的優(yōu)勢(shì)，但是隨著瀝青混凝土路面的進(jìn)一步應(yīng)用，其也面臨著車轍、坑槽及裂縫等病害，這些病害的存在會(huì)進(jìn)一步加劇瀝青路面的破壞，對(duì)瀝青路面的使用壽命造成嚴(yán)重的影響。為了進(jìn)一步改善瀝青混凝土的路用性能，常常采用摻入纖維的方式，通過向?yàn)r青混凝土中摻入合適的纖維，有效地改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、抗裂性及抗水害性等。因此，對(duì)于纖維瀝青混凝土的路用性能進(jìn)行研究，對(duì)纖維瀝青混凝土在道路工程中的有效應(yīng)用有著非常重要的意義。

1 纖維瀝青混凝土概述

纖維瀝青混凝土是指在普通瀝青混合料中加入纖維，從而構(gòu)成包含纖維的瀝青混凝土。纖維在瀝青混凝土中主要起到加筋作用，能使得瀝青混凝土的受力情況得到有效改善。另外，在瀝青混合料中加入纖維后，纖維能對(duì)自由瀝青進(jìn)行吸附，從而使得瀝青膜的厚度得以減小，進(jìn)而增強(qiáng)瀝青路面的耐久性[1]。相較于普通瀝青混凝土而言，纖維瀝青混凝土混合料具有更強(qiáng)的分散作用，瀝青混凝土的黏稠力及穩(wěn)定性更強(qiáng)，而且瀝青混凝土的韌性和抗低溫能力更高。對(duì)于纖維瀝青混凝土而言，其所采用的纖維主要包括木質(zhì)素纖維、礦物纖維和化纖維。

2 纖維瀝青混凝土的路用性能

2.1 高溫穩(wěn)定性

由于瀝青混合料是一種黏彈塑性材料，所以普通的瀝青路面在環(huán)境溫度較高且受到車輛荷載的作用時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)塑性變形的情況，而普通瀝青路面的這一現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)常見的車轍、擁包、推移等病害[2]。而且隨著環(huán)境溫度的升高以及車輛荷載的增加，普通瀝青路面的這些病害也會(huì)越來越突出。而采用纖維瀝青混凝土，能有效地改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。同時(shí)通過研究發(fā)現(xiàn)，采用不同類型的纖維時(shí)，纖維混凝土的高溫穩(wěn)定性也有不同的表現(xiàn)。

首先，對(duì)于瀝青混合料而言，當(dāng)不向其中摻加纖維時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度往往較差，而在向混合料中摻入纖維后，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度得到了有效改善，因此表明在向?yàn)r青混合料中摻入纖維之后，其高溫抗車轍能力得到了有效提升。

其次，在向?yàn)r青混合料中摻入不同類型的纖維時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也有不同的表現(xiàn)。向混合料中摻入玄武巖纖維時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較高；向混合料中摻入木質(zhì)素纖維或聚酯纖維時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相較于摻加玄武巖纖維要低。這表明在向?yàn)r青混合料中摻入礦物纖維時(shí)，混合料的高溫抗車轍能力提升效果較為顯著。纖維的摻入之所以能夠使得瀝青混合料的高溫抗車轍能力得到改善，主要原因在于摻加纖維后瀝青的黏性得到了有效改善，摻入的纖維在混合料中起到了加筋、增韌的作用，從而使得瀝青路面的抗變形能力得到了提升，使得瀝青路面塑性變形得到了一定程度的減緩[3]。而且由于摻入了纖維，瀝青膜的厚度得到了降低，混合料的流動(dòng)能力有所減弱，所以使得瀝青路面具備更好的抗拉能力。

2.2 低溫性能

對(duì)于瀝青路面而言，低溫抗裂性能也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，普通瀝青路面在溫度較低且受到車輛荷載作用的影響時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象進(jìn)而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生[4]。對(duì)于纖維瀝青混凝土路面而言，由于在瀝青混合料中加入了纖維，所以其低溫性能得到了一定程度的改善。對(duì)纖維瀝青路面的低溫性能進(jìn)行分析時(shí)，一般采用凍融劈裂試驗(yàn)，而根據(jù)對(duì)纖維瀝青試件的凍融劈裂試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)如果保持凍融循環(huán)次數(shù)不變，則隨著瀝青混合料中纖維摻量的不斷增加，瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，而且無論采用各種類型的纖維，均呈現(xiàn)相同的規(guī)律。但是，摻加纖維種類發(fā)生改變時(shí)，瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度峰值所對(duì)應(yīng)的纖維摻量有所不同，同時(shí)隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度的峰值及平均值均會(huì)發(fā)生改變。如果保持摻加纖維種類不發(fā)生改變，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度會(huì)逐漸減小。

由此表明，應(yīng)用纖維瀝青混凝土的過程中，無論對(duì)于各種類型的纖維，均存在一個(gè)最佳摻量值，當(dāng)纖維摻量為最佳值時(shí)，纖維瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度最大。之所以會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，是因?yàn)樵诶w維摻量小于該最佳值時(shí)，隨著纖維摻量的不斷增加，瀝青混合料中的空隙會(huì)不斷被填充，進(jìn)而形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，有利于瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度的增加。而如果繼續(xù)摻加纖維，過多的纖維容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，使得構(gòu)件的強(qiáng)度出現(xiàn)不均勻的情況，易導(dǎo)致應(yīng)力集中，反而使得瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度降低。

2.3 水穩(wěn)定性

對(duì)于道路工程而言，不可避免地會(huì)受到雨水或地下水等因素的影響，水會(huì)對(duì)瀝青路面造成破壞，常見的破壞形式包括松散、坑槽等，同時(shí)在水、車輛軸載以及凍融循環(huán)的共同影響下，瀝青與礦料之間的黏附性會(huì)大大降低，從而使得表層瀝青出現(xiàn)脫落的情況[5]。而向?yàn)r青混合料中摻入纖維之后，其水穩(wěn)定性得到了有效改善[6]。

對(duì)于纖維瀝青混凝土而言，在對(duì)其水穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般采用浸水馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)主要通過分別制作摻加纖維的馬歇爾試件和不摻加纖維的馬歇爾試件，并對(duì)比試件浸水前后的穩(wěn)定度。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相較于不摻加纖維的馬歇爾試件而言，摻加纖維的馬歇爾試件的殘留穩(wěn)定度指標(biāo)相對(duì)更高，但是同時(shí)也發(fā)現(xiàn)因纖維摻量的不同，試件的穩(wěn)定度也有所變化，且存在一個(gè)最佳摻量，纖維摻量為該最佳摻量時(shí)試件的殘留穩(wěn)定度指標(biāo)最高。

對(duì)于纖維瀝青混凝土的水穩(wěn)定性而言，其之所以比普通瀝青混凝土的水穩(wěn)定性更好，主要是由于普通瀝青混合料是由瀝青作為粘結(jié)材料，將各種集料粘結(jié)成為一個(gè)整體，而水分進(jìn)入混合料之后，集料表面的膜結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，從而使得水分被集料吸收，最終影響混合料中各層之間的結(jié)合力。加之車輛荷載的作用，會(huì)進(jìn)一步加劇水損害。而在向?yàn)r青混合料中加入纖維后，纖維在其中發(fā)揮了固定的作用，從而使得混合料的穩(wěn)定性有所提高，水分被集料吸收的概率大大降低，進(jìn)而使得集料能夠更好地吸附瀝青，增強(qiáng)集料與瀝青之間的黏結(jié)力，從而使得瀝青路面的穩(wěn)定性得到大大提升。

3 纖維瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 最佳纖維摻入量確定要點(diǎn)

通過對(duì)纖維瀝青混凝土路用性能的分析可知，在向?yàn)r青混合料中摻入纖維時(shí)，存在一個(gè)最佳纖維摻入量。最佳纖維摻入量對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫性能、水穩(wěn)定性均會(huì)產(chǎn)生不同的影響。因此，在對(duì)纖維瀝青混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須根據(jù)生產(chǎn)需要合理地確定最佳纖維摻入量，從而使得纖維瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫性能、水穩(wěn)定性均達(dá)到最佳。一般在對(duì)最佳纖維摻入量進(jìn)行確定時(shí)，需要通過試驗(yàn)加以確定，通過制作不同纖維摻入量的試件來確定最佳纖維摻入量。

3.2 最佳油石比確定要點(diǎn)

最佳油石比的確定也是纖維瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要內(nèi)容，在對(duì)最佳油石比進(jìn)行確定時(shí)，相較于普通瀝青混凝土而言，由于摻入了纖維，所以必須充分考慮纖維的影響。確定纖維瀝青混合料的最佳油石比時(shí)，仍然需要通過試驗(yàn)確定，一般采用油石比梯度試驗(yàn)，通過油石比梯度試驗(yàn)得到油石比與毛體積密度、孔隙率、礦料間隙率、有效瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值的關(guān)系，最終根據(jù)油石比與這些性能指標(biāo)之間的關(guān)系對(duì)于最佳油石比加以確定。

4 纖維瀝青混凝土施工

在對(duì)纖維瀝青混凝土加以應(yīng)用的過程中，首先需要對(duì)瀝青混合料進(jìn)行制備，制備過程中需要對(duì)溫度、瀝青用量等參數(shù)有效地加以控制，以保證纖維瀝青混合料的質(zhì)量。如果是將纖維瀝青混凝土用于新建道路，在施工過程中首先需要完成路基的施工，確保路基施工質(zhì)量后再進(jìn)行纖維瀝青路面的施工。對(duì)纖維瀝青路面進(jìn)行攤鋪時(shí)，需要同時(shí)對(duì)瀝青和纖維進(jìn)行鋪展，鋪展過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求對(duì)纖維量加以控制。同時(shí)，在鋪灑過程中需要注意對(duì)相鄰段鋪灑間隔時(shí)間的控制，保證相鄰段相互搭接到位，避免搭接處出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。如果是舊路面施工，則需要注意對(duì)原路面的處理和對(duì)新舊路面的結(jié)合處理，一方面應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原路面病害的處理，以避免瀝青過多滲入原路面而對(duì)纖維瀝青的質(zhì)量造成影響；另一方面應(yīng)加強(qiáng)碾壓使得新舊路面能有效地結(jié)合在一起。

5 結(jié)語

本文在對(duì)纖維瀝青混凝土的概念及特征進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上，分別從高溫穩(wěn)定性、低溫性能和水穩(wěn)定性3 個(gè)方面分析了纖維瀝青混凝土的路用性能，明確了在向?yàn)r青混合料中摻入纖維或不摻纖維以及不同纖維類型和摻量時(shí)纖維瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫性能以及水穩(wěn)定性的變化。并結(jié)合纖維瀝青混凝土的路用性能研究了纖維瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)，分析了如何確定纖維瀝青混凝土的最佳纖維摻入量和最佳油石比。