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玄武岩纤维复合质料

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浅谈玄武岩纤维在高速公路沥青路面养护中的运用

浅谈玄武岩纤维在高速公路沥青路面养护中的运用

公布日期:2010-06-02 作者: 点击:

丁优松

(浙江顺畅初等级公路养护有限公司,杭州,310051)

择要:在高温及重荷载的共同作用下,车辙已成为浙江高速公路的典范病害之一,而玄武岩纤维是一种纯自然、抗车辙技艺和抗老化性强的新型环保质料,颠末加玄武岩纤维沥青殽杂料初次在杭金衢高速公路上罩面养护运用,提高了实行段沥青路面的抗车辙技艺的实例,为以后高速公路车辙路面养护提供了一种新的工艺和要领。

关键词:车辙  玄武岩纤维  罩面  养护 

媒介

杭金衢高速公路金华段99.242公里,是国度规划中的国道主支线“五纵七横”之一横——上海至云南瑞丽高速公路浙江省段的告急构成局部,为双向四车蹊径面,于2002年底正式守旧运营,至2009年,此路段的日平均流量高达20360车次,在整个交通量中,小车约占60%,大型车辆(含货车)约占20%,超载车辆约占20%,重载交通极度明白。另有,浙江金华地域属夏炎热冬温湿润区,比年来,该地域夏季高温延续时间长,气温高达38℃以上的有数气候增长,路表温度常处于55~65℃之间,沥青砼路面在高温下,弹性飞扬,粘性、塑性增强,并且沥青殽杂料是典范的约莫热流蜕变料,其力学特性对温度和加荷要领与荷载大小具有高度的敏理性。故此路段的沥青路面布局层在高温条件下遭受着种种车辆荷载的直接作用,格外是新手车车速慢、流量大、重荷载多的路段,沥青路面处于庞大应力应变外形,在水平力、竖向力共同重复作用下,沥青路面在高温外形下就很容易孕育发生活动变形,孕育发生永世变形和塑性活动,从而惹起了面层布局层迂回变形,尤其是在渠化交通和大超负荷的轴载频繁作用下,其对沥青混凝土路面的永世变形起到推波助澜的作用,加快了沥青混凝土路面车辙的构成。因此,在上述要素的共同作用下,车辙已成为杭金衢高速公路的典范病害之一,如今,杭金衢高速公路车辙路段多处于前期阶段,沥青殽杂料尚未孕育发生布局性粉碎,车辙多属布局型车辙和失稳型车辙。在杭金衢高速公路金华段,车辙基本发生在主车道纵向轮迹带上,尤其是上坡、互通区及免费亭出入口处等车速较慢部位。

沥青路面车辙病害是我国高速公路沥青路面的紧张病害之一,也是养护行业中难以有效料理的一大困难。车辙的出现不但飞扬了路面的平整度,并且危及到行车的坚定性,当车辙抵达一定深度时,由于车辙槽内积水,极易构成汽车漂滑而招致交通变乱发生。车辙病害的引发,加剧了路面的早期粉碎,车辙不但招致行车安宁性、安全性下降对行车安全构成极大的要挟,致使构成庞大经济丧失和普及的不良社会影响。如今,已成为杭金衢高速公路金华段路面紧张病害之一的车辙病害,在多年的车辙病弊端理处分探求中不绝得不到有效料理的要领。经阐发,此路段出现的车辙紧张与行车荷载、环境、路面质料等有很亲密的干系。在我省,汽车轴重限定不绝达不到有效的控制,2000年交通部固然颁发了轴载限定步伐,但实行进程中尚存在诸多困难,燃眉之急只能从沥青混凝土路面的设计上入手,而改退路面在重载交通条件下高温抗变形遵从,减巷子面的永世变形显得尤为告急。因此,在采打水泥坚定碎石作为半刚性基层的杭金衢高速公路金华段,提高沥青殽杂料的高温抗车辙技艺是重载交通沥青混凝土路面防治车辙最有效的途径。为探寻迷信有效的提高路面抗车辙技艺的要领,确保高速公路安全流利,并力图处治车辙病害深入方便、施工工期短、养护用度低,杭金衢高速公路K143+512~K144+141衢向段于09年7月16日采取了加玄武岩纤维AC-13改性沥青混凝土举行罩面养护实行。

实行段外表

实地路况观察,杭金衢高速公路K143+512~K144+141衢向段位于金丽温关键衢向入口处,并且此实行段为上坡路段,纵坡达3%。此中此路段中的衢向K143+512~K143+930段曾于07年9月举行了车辙病弊端理处分,事前车辙处置处分前,路面病害紧张表现为单一的车辙病害,基本无坑槽、弊端等病害,其车辙平均深度达2.3cm,最深处达4.5cm,依据对取芯芯样阐发,各布局层坚定、密实,变形明白,且层间粘结精良,但各沥青砼布局层厚度发生了明白的、差异水平的形变。在杭金衢高速公路配置期,下面层沥青殽杂料的共同比设计差异理,沥青含量偏高(超越跨过4.8%),减小了矿料之间的内摩阻力;另有从车辙处取的芯样看,石屑及矿粉用量过多,矿料级配未能构成精良的嵌锁布局。而07年在此路段采取的处置处分方案为铣刨下面层AK-13A一层,铣刨宽度为3.5m、厚度为4.5cm,回填料采取AC-13C改性沥青砼。但衢向K143+512~K143+930路段通车至09年5月,此路段出现了二次车辙病害的征象,车辙普遍在1.4~1.7cm间,局部点高达2.0cm以上。

3 玄武岩纤维的技术特性和路用遵从

玄武岩纤维是我国有自主知识产权的、创新开拓的一种新型路用矿物纤维,属于非金属的无机纤维,它因此纯自然玄武岩矿石为独一质料,在1450~1500℃熔融延续拉制而成。玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等高技术纤维相比,除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外,玄武岩纤维还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗紧缩强度和剪切强度高、顺应于种种环境下运用等良好遵从,且性价比好,是一种纯自然、环保的无机非金属质料,也是一种可以餍足国民经济底子财发生长需求的新的底子质料和高技术纤维。将其掺入于水泥混凝土和沥青殽杂猜中均具有较强的阻裂抗裂、增强增韧作用,在沥青路面中,短切玄武岩纤维既有精良的吸附和吸取沥青的作用、疏散作用、增粘作用、波方法用及对路面起到明白的加筋和桥接作用,极大地提高了路面的柔韧性,从而很好地提高的沥青路面的高温抗车辙技艺,有提迂回温抗裂性、抗委顿遵从以及抗水害遵从等路用遵从。

参与沥青混凝土的玄武岩纤维依据纤维外貌可否膨化处置处分,分为两大类:一类是膨化短切纤维,该纤维的外表标志为外貌明白有“毛绒”状,由于纤维的比外貌大,有较强的吸附沥青的技艺;另一类是惯例的短切纤维,是由玄武岩纤维无捻粗纱直接短切而成,外貌未膨化处置处分,该纤维外貌相比灼烁,手感没有明白的“毛绒”状。玄武岩纤维适用于种种等级的沥青路面,格外适用于高温地域、重交通路段及长大纵坡路段。加玄武岩纤维沥青混凝土与加聚酯纤维、木质素纤维沥青混凝土相比,具有如下明白的特点: 

3.1由于纤维的耐高温、耐高温性(运用范围为-269~650℃),与沥青高温拌适时,质料遵从不会热退步,更不会与沥青发生化学或溶解应声,可有效革新沥青高温硬化、高温硬化的外形;

3.2防水浸蚀遵从良好、不吸水,吸湿率<0.1%

3.3弹性模量和拉伸强度高,其弹性模量达85~110GPa、拉伸强度达2800~3800MPa

3.4吸音系数高,其吸音系数在0.9~0.99间

3.5耐磨损且耐化学蜕化;

3.6纤维与沥青混凝土有很好的外貌亲和力;

3.7具有精良的抗老化遵从

3.8纯自然环保,掺入纤维沥青殽杂料或水泥殽杂料后可重复再生。

3.9短切玄武岩纤维矿物的化学要素是纯自然的,具有极好的力学遵从和化学坚定遵从,经外貌膨化处置处分的短切玄武岩纤维既具有木质素纤维较高的吸油率,又具有木质素纤维和别的矿物纤维所具有的“加筋”增强作用和增韧作用,运用于沥青殽杂猜中具有更强的抗车辙技艺。

3.10纤维吸附技艺大小与纤维外貌的粗糙水平、比外貌积的大小、纤维的构成布局等要素有关。纤维的增强或增韧结果紧张取决于纤维的长纤比、强度与韧性、密度以及纤维在质猜中疏散的取向性和别的物理力学特性。一样伟大,纤维长度与截面尺寸比例越大,纤维的增强结果越为明白。玄武岩紧张技术遵从与聚酯纤维和木质素纤维相比如下表:

项目

玄武岩纤维

聚酯纤维

木质素纤维

纤维直径(μm)

15

20

45

堵截长度(mm)

6/9

3/6/12

1.2

比重(g/cm3

2.46

1.38

0.91

熔点(℃)

1450~1500

<256

170

抗拉强度(MPa)

3000

500

<300

弹性模量(GPa)

90

30

3.5

断裂延伸率(%)

3.2

15~30

15~25

实行方案及施工要点

本项实行目的是颠末加玄武岩纤维改良沥青殽杂料遵从,使其运用于高速公路路面养护变乱中,能提高沥青路面的高温坚定性,能较大幅度地提高路面抗车辙、抗老化等技艺,延伸蹊径的运用寿命,飞扬高速公路全寿命周期养护资源。

4.1罩面方案确实定

怎样提高沥青殽杂料的高温坚定性是料理沥青路面车辙的关键,沥青殽杂料在高温条件下的强度由两局部构成,即矿料之间的嵌挤力与内摩阻力、沥青与矿料之间的粘聚力。依据库仑的内摩擦实践(τ≤C+σtgφ),在交通荷载正应力一定的环境下,要提高沥青殽杂料的剪应力,紧张颠末提高殽杂料的粘聚力和内摩擦角,革新和提高沥青殽杂猜中沥青连合料的性子和集料的级配可以餍足以上要求。鉴于玄武岩纤维精良的特性和路用遵从,为增强沥青殽杂料的粘聚力,在09年杭金衢高速公路罩面工程中,紧张因此SBS改性沥青AC-13C殽杂料举行罩面,故在本实行段是采取SBS改性沥青AC-13C殽杂猜中掺入一定量的玄武岩纤维以增强殽杂料的高温坚定性。

4.2共同比的设计

4.2.1加玄武岩纤维AC-13C改性沥青殽杂料共同比设计按马歇尔实行要领举行,其技术目的要求同模范,本次实行采取的短切玄武岩纤维经膨化处置处分,其长度为6mm。设计级配结果为:10~15mm碎石∶5~10mm碎石∶0~5mm石屑∶矿粉=25∶33∶40∶2,其掺配结果如下表。

掺配结果统计表

级配模范ARC-13

颠末下列筛孔(mm)的质量百分率(%)

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

掺配结果

100

92.9

74.2

42.7

31.5

23.8

16.9

10.7

8.0

5.7

设计级配范围

100

90-100

68-85

38-68

24-40

15-38

10-28

7-20

5-15

4-8

4.2.2添加玄武岩纤维不影响殽杂料的共同比设计,在任何掺量下均动摇革沥青混合料的级配,仅需依据实际需要对油石比举行微调,其沥青用量比不加纤维时增长0.2%。本次实行本共同比中最佳油石比为4.8%,其用油量为4.6%。最佳油石比马歇尔实行结果如下表:

最佳油石比(%)

技术性子

坚定度Ms(kN)

流值FL(0.1mm)

安宁率VV(%)

矿料间隙率VMA(%)

有效沥青的饱和度VFA(%)

4.4

16.74

36.1

4.4

13.7

67.7

技术要求

≥8

20~50

4.0~5.5

≥13.5

65~75

4.2.3玄武岩纤维的掺量,可依据所盼望的抗车辙遵从水平差异,添加差异掺量的纤维,在妥当掺量的条件下,随纤维的用量增长抗车辙等遵从冉冉增高,沥青殽杂料的各项遵从与纤维用量成线性的正比干系。本次实行中纤维用量为0.25%。

4.3施工巧致变乱

4.3.1短切玄武岩纤维应包管单调,有运用包管其在殽杂猜中的疏散性。

4.3.2殽杂料斲丧中要严厉控制纤维用量,纤维对沥青有较强的吸附力,过多或过少参与纤维均会影响殽杂料的最佳沥青油石比。

4.3.3玄武岩纤维改性沥青AC-13C的正常施工温度范围参照模范。

4.3.4殽杂料拌和时,玄武岩纤维参与要领宜采取纤维投料机投入,运用纤维投料机自动计量并随拌合机的热集料一同投入拌锅,其干拌时间应妥当延伸5~15S。

4.3.5殽杂料摊铺速率、摊铺系数及其碾压要领均可参照模范要求。

结果评价

5.1路用遵从评价

对加玄武岩纤维改性沥青AC-13C殽杂料举行高温坚定遵从举行评价,相比阐发纤维对沥青殽杂料高温遵从的革新作用。从下表中可看出,加玄武岩纤维AC-13C改性沥青砼的动坚定度比AC-13C改性沥青砼有明白提高,提高了21%。

车辙实行结果相比汇总表(AC-13C改性沥青殽杂料)

纤维模范

不加纤维

加聚酯纤维

玄武岩纤维

模范要求(%)

动坚定度(次/mm)

4230

4825

5105

≥3000

从本次实行结果看,包管玄武岩纤维在殽杂猜中匀称疏散是确保其增强增韧沥青殽杂料的最紧张关键。从外表上看,本实行路段集团精良,外貌无泛油、无疏松征象;从取芯的环境看,路面集团布局层精良,罩面层与老路面粘结风雅;从现场实体实行看,压实度达99%,渗水系数区分为194ml/min、143ml/min、154ml/min,摆式仪检测结果抗滑值区分为71BPN、68BPN、77BPN,工铺砂法检测结果路面布局深度为0.62mm、0.78mm、0.67mm,上述数据均标明其路面遵从精良,均能很好餍足模范要求。

5.2经济评价

从处置处分结果上看,加玄武岩纤维改性沥青砼AC-13精良的动坚定度极大提高了其路面的高温坚定性,加上其为无机化合物,有精良的临时性,淘汰了路面发生二次车辙的征象,故采取加玄武岩纤维改性沥青砼AC-13处置处分车辙能提高路面养护质量,提高了路面运用寿命,从而飞扬了日后路面的养护用度,表现了精良的经济效益。

5.3社会效益评价

随着外洋交通异景的机动生长,沥青路面里程也随之机动增长,从而招致沥青路面病弊端理处分孕育发生的玄色污染将越发告急。玄武岩纤维延伸了路面运用寿命,淘汰了车辙病害铣刨处置处分所孕育发生的废物,减轻了环境污染的压力,并且所需的资源、动力也明白淘汰,并且此质料为自然环保型质料,不影响此沥青殽杂料的采取运用,富裕表现了资源节流、环境友爱及高速公路安全流利等精良的社会效益,对我国经济的可延续生长,缓解环境和橡胶资源匮乏带来的压力起到积极的作用,并可作为外洋高速公路提高抗车辙技艺提供一种新的质料和包管。

终了语

从提高沥青殽杂料高温坚定性方面动身,颠末采取加玄武岩纤维要领在杭金衢高速公路具有典范车辙病害的上坡和互通关键路段中的罩面养护告成运用,为日后蹊径养护维修提供了一种新技术,尤其是在车流量繁重的沥青路面,其不但在经济效益方面,还是在社会效益方面都取得了双赢的场所场所局面。并且此技术可推行至新建沥青路面中运用,具有一定的推行价钱和运用远景。

 

 

紧张参考文献:

1、赵志泉等,高速公路车辙病害浅层铣刨薄层加铺快速修复技术研讨,浙江交通厅科技计划项目鉴定资料(2007H13),2008-11;

2、胡显奇,GBF®纤维及其复合质料在交通底子要领中的创新机遇,玄武岩纤维运用于公路工程技术讲座,2009-6;

3、JTJ052-2000,《公路工程沥青及沥青殽杂料实行规程》,人民交通出版社,2000-8;

4、JTJ F40-2004,《公路沥青路面施工技术模范》,人民交通出版社,2004-11。


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