昆玉高速公路博尼维沥青

1、昆玉高速公路博尼维沥青硅试 验路昆玉高速公路聚酯纤维沥青砂试验路昆玉高速公路聚酯纤维沥青碎试验路课题组二00 一年一月十五日课题组成员 组长：吴忠彩副组长：王汉松、杨琨成 员：李增荣、刘体志、罗增华、刘国辉、张争奇、郝培文、李永军技术顾问：张争奇、郝培文博士执笔：张争奇聚酯纤维沥青混凝土试验路研究报告昆玉路全长85,707公里，是连接昆明和玉溪 的双向六车道高速公路，设计时速 100kg/h,自 1998年开通以来，为当地经济的发展作出了巨大 的贡献，为了进一步提高昆玉公路路用性能和使 用质量，发挥效益，省交通厅决定在原沥青路面 上加铺AK-13B抗滑罩面。另外为增加道路建设 中的科技含量，在

2、云南省交通厅的领导和组织 下，昆玉高速公路分别成立了硅藻土改性沥青、 SB豉性沥青和聚酯纤维加强沥青路面三个课题 组，开展新材料在沥青路面中的应用试验路研 究。位于第7合同段的隧道内原路面为水泥路 面，由于当时施工条件的限制，路面的平整度差， 与其余路段的高平整度形成了鲜明对比， 降低了 对整条昆玉路的评价。这次加铺罩面工程中，经 研究讨论，决定在隧道内采用沥青罩面。但隧道渗水、通风不良、地下涌水等对沥 青路面有很不利的影响，故截止目前，隧道内一 般采用水泥路面，而很少采用沥青路面；同时， 水泥碎路面在使用一段时间后，表面容易光滑， 当路面处于潮湿状态时，特别是坡道处，防滑性 能差，不利于行车

3、安全，另外水泥道面上铺筑沥 青路面，沥青面层上易出现反射裂缝，从而影响 沥青路面的使用性能。这几方面的不利因素对拟 铺的沥青罩面提出了较高的要求。指挥部经多方 考察，决定采用纤维加强沥青路面。所用纤维为 从美国进口的聚脂纤维，聚酯纤维已在国内多条 高速公路上有了成功的应用。如经试验路的研究 和长期观测，能够保证隧道内路面良好的使用质 量和服务水平，对纤维沥青路面的大范围推广应 用消除了疑虑。以下就聚脂纤维沥青路面试验路研究工作总结如下1、原材料沥青采用壳牌90重交通沥青，基本技术指标见表1表1沥青基本指标壳牌90250C 针入度 1 1/10MM94.7250C延度（CM>100软化点（

4、°C）40.5碎石为玄武岩，矿粉采用水泥代替，碎石技术指 标见表2表2矿料基本指标指标集料1集料2压碎值（%6.0/磨光值48/视密度（k/cm3）2.7552.667含泥量（%2.060.85含水量（%0.2251.2针片状颗粒含 量（%0.810.47矿料级配为AK-13B型，AK-13B级配范围参见规范。2、室内试验室内试验结果见长安大学提供的试验数据， 见 附件。沥青混凝土密度为2.393g/cm3。根据昆玉高速公路指挥部所提供的现场取样 的沥青混合料和基本数据制备的两组混合料试 件，按照规范，击实法成型马歇尔稳定度和劈裂 试件；用轮碾仪成型车辙试验板块试件（30邓0 X5

5、cm）。2. 1马歇尔稳定试验按部颁标准公路工程沥青沥青混合料试验 规程的规定，对两种类型的沥青混合料的马歇 尔稳定度进行试验。马歇尔稳定度试验结果见表3表3残留稳定度试验结果泪A判他 |_| T1|人力nJa avlli IJ=L on oV8.3 19 0129.230 7刀U 2.5防加5磅纤f又ZJD.U I6：2OU.r34:2从试验结果可知，加入聚酯纤维后，沥青 混合料的马歇尔稳定度提高，从一定程度上说明，沥青混合料的高温性能改善，改善的原因在 于纤维的加筋作用，使沥青混合料的强度提高。2. 2沥青混合料的水稳性水损害是沥青路面的一种常见病害型式。水 损害的发生主要原因是沥青混合料

6、在水的长期 作用下，沥青膜逐渐从矿料表面剥离，矿料与矿 料之间的粘附性不复存在，沥青路面混合料逐渐 出现掉粒、松散、坑槽等病害。在寒冷地区，冰 雪、霜的入浸更是加剧了路面病害， 低温病害常 常与水的损害作用相互交织。隧道内路面可能要 受到隧道渗水和地下水的破坏作用，有必要对纤 维沥青混凝土和普通沥青混凝土的水稳性作试 验比较。以冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳性， 试验方法参见试验规程(JTJ052-2000) T 0729-20001)试验方法概要(1)双面击实各50次，制作马歇尔试件。(2)将试件分成两组，每组4个试件。将第一组 4个试件在25c水池中保温2h,试验时加载速 率为50mm/

7、min ,压条宽度为12.7mm,得到劈裂强度R1(3)将另一组试件进行冻融过程，先真空饱水， 真空条件下保持15min,恢复常压，试件在水中 置30min;试件取出，放入塑料袋中，加入 约 10ml水，扎紧袋口，将试件分别放入-18 C,冷 冻16h;后将试件取出，立即放入 60i0.5C的 水池中，保温24h;再将试件取出放入25c水 浴中保温2h,然后采用与第一组试件一样的方 法进行劈裂试验，得到劈裂强度 R2。(4)残留强度比 TSR= R1/ R2 M00%。2)试验结果与分析采用英国ELE公司生产的自动马歇尔仪， 经改装后(加宽12.7mm的上下压条)，测得最 大荷载F,按公式R=

8、0.00628F/h,按上述方法 进行的冻融劈裂试验计算劈裂强度 R。表4冻融劈裂试验结果沥青混合 料未冻融试 件劈列强 度经冻融试 件劈列强 度残留强度比TSR (%)未加纤维0.6480.4265加入纤维0.7100.5273从表中结果可以看出，加入纤维后，沥青混凝土冻融前后的劈裂强度均略高于原沥青混 凝土，且在冻融循环苛刻条件的作用，劈裂强度 降低程度小，残留强度比大，这说明纤维沥青混 凝土的抗冻融性能好于普通沥青混凝土。沥青混凝土中的纤维，多向分布，起着加筋作 用，使混合料的抗力增加，使沥青混合料的劈裂 强度提高。另外由于纤维的加入使粘附在矿料的 沥青膜变厚，抗水损害能力增强。2. 3

9、沥青混合料车辙试验车辙是沥青路面的常见病害之一，车辙是在 车辆渠化交通作用下车辆轮迹带上形成的凹陷， 车辙的产生会使道路的服务能力显著降低，近年 来随着我国经济建设和交通事业的发展，交通量 显著增加、轴载加大、交通渠化，车辙问题迅速 激化，故而防止和治理车辙已成为我国高等级公 路及城市干线道路和重要课题，车辙试验能很好 地反映车辙的形成过程，得到了世界各国的广泛 认可与采用，本研究即采用车辙试验来评价沥青 改性前后的抗车辙能力。1）试验概要本研究采用的车辙仪为日本三井公司开发 研制的浸水式车辙试验仪，经过改造后，可做于车辙试验。混合料按马歇尔密度控制，由拌和机 拌和后，用轮碾机单向碾压成型，成

10、型温度140 Co（1）试件尺寸：300 >300 >50mm;（2）试件养生：在恒温箱中恒温养生 5小时以 上，温度控制为试验温度60C;（3）轮压： 0.7Mpa;（4）碾压速度：42 台次/min用动稳定度DS （即单位车辙深度所需的碾 压次数）来表征混合料抗车辙能力， DS越大， 抗车辙能力越好：DS=42 15 仪（d60d45）DS:动稳定度（次/ mm）;42:轮迹行走速度（次/ min）;d45:轮迹碾压45min的变形量（mm）d60:轮迹碾压60min的变形量（mm）2）试验结果及分析两种沥青混合料的实验结果见表 5和图1和图 2。表5:车辙试验结果类 型10m

11、in(420)20min (840)30min( 1260)45min( 1890)60min( 2520)动 稳定 度(次九纤84维3.554.205.76.857.60加入纤102.803.784.655.105.7132维图1:车辙试验动稳定度结果比较车辙试验中车辙深度（变形量）随碾压时间（或 次数）的增加而增加，见图2在轮碾初期，变形 速率较大，随后逐渐减小。根据有关资料可知， 车辙试验中变形量与轮碾时间的关系分为三种 类型：上凸型、直线型和变曲型。在本试验中， 由图2可见，未加纤维的沥青混合料基本呈直 线，而加入纤维的沥青混合料呈上凸型。时间（min）图2:车辙试验结果比较纤维的沥青

12、混合料呈上凸型，表明随着碾压 次数的增加，纤维沥青混合料的变形增量逐渐减 小或不再增强，抗车辙性能增加。试验过程中也 发现，未加纤维沥青混合料车辙深，隆起现象较 严重，而加入纤维后，这些现象明显减轻。3）车辙的形成由两个方面的原因构成，沥青层 本身的压密，主要发生在初期，随后则主要发生 沥青混合料的侧向流动变形，侧向流动变形的大 小与矿料的级配、沥青性质及用量有关。未加纤 维与加入纤维对混合料的初期压密变形影响不 大，而对后期的侧向流动变形有较大的影响， 加 入纤维后，纤维吸附及稳定沥青，使沥青的粘稠 度和粘聚力增大，同时由于纵横交错的“加筋" 作用，使混合料具有较高强度，使混合料的

13、抗车 辙性能提高。纤维沥青混合料的整体性、抗剪性 及抗车辙能力增强。4）聚合物纤维在混合料中分布均匀，在混合料 中以多向丝样分布，按照混合料总重 0.114%的 比例加入纤维，大约每立方米有超过 10亿根分 离纤维，起到"加筋"作用，强度提高，纤维沥青 混凝土的动稳定度高与未加纤维的普通沥青混 凝土，高温稳定性较好，见图1。结论纤维加入后，沥青用量增加，同时由于 纤维在沥青混凝土中的纵横交错的分布和加筋作用，使沥青混凝土的路用性能改善，使混凝土的高温抗车辙和水稳性提高。3.试验路段安排和铺筑试验段安排在第7合同段，上行线 K38+380-39+111处，共计731米，其中隧

14、道内 安排631米，隧道外100米左右， 这样安排的 目的是为比较加纤维与不加博尼维沥青路面在 隧道内和隧道外两种相同环境条件下的性能表 现。3. 1试验路铺筑于2000年11月8日铺筑纤维沥青呼面 试验段和对比段，原水泥混凝土面层切削1.5cm, 凿毛，另外铺筑沥青面层前，将切削的粉尘须冲 洗干净并晾干。纤维沥青混凝土路面的施工工艺基本同普 通沥青混凝土的施工，这也是纤维加强沥青路面 新技术的优势之一，但应注意以下几个方面的问 题。1）保证纤维用量，在本段路面设计中， 纤 维用量为每吨沥青混合料加2.5磅纤维，为了在 施工时不影响施工进度，事先按照拌和机的一 次拌和量所需纤维分袋，用薄塑料袋

15、 3.75磅分 装好（拌和机的一次拌和量为1.5吨，则一锅需 加3.75磅）备用。2）保证纤维的均匀拌和，纤维在沥青混 合料中的分布直接影响着纤维沥青混凝土的性 能，纤维必须均匀分布，不发生结团现象，为了 保证纤维的良好分布，在矿料干拌过程中按量加 入纤维，先干拌2030s后，然后加入沥青再进 行正常搅拌35s。3）碾压达到足够的压实度，由于聚酯纤维具有一定的弹性，使沥青混凝土较难以压实， 故在碾压阶段，可在正常碾压的基础上，加压 2-3遍。同时要求压实度达到 98%U上。4）其它施工要求，诸如施工安排、各环节 的温度、碾压程序等与普通沥青路面相同，参见 相关规范。施工检测资料表明，沥青用量、

16、矿料 级配基本符合要求，压实度达到了 98.5%以上。 3. 2试验路检测为了对比聚酯纤维沥青路面和普通沥青路面 的长期性能，分四个试验段检测，安排如下：隧 道内631米为试验段一；隧道内所剩路段为试验 段二；隧道外所铺100米纤维路面为试验段三； 延长段100米为试验段四于11月9日对路面进行了第一次检测， 检测项目包括弯沉值、构造深度和抗滑系数等。从表观来看，各段路面表面平整，无破 损、无变形、无泛油等任何形式的早期病害。各路段的弯沉检测结果见表6,弯沉代 表值Lr=0.1192小于设计值Ld=0.60。表6改性沥青路面弯沉检测结果路面类 型长度mm代表值Lrmm平均值L20mm设计值Ld

17、观测段8800.11920.06220.60表7改性沥青路面抗滑性能检测结果改性 类型摆值构造深度（mm）XSCyXSCy ,观测段161.63.55.601.10.04.28观测段261.63.55.61.10.14.28观测段356.74.608.121.10.015.2观测段456.74.68.121.10.215.2各路段的抗滑测试结果见表7,各抗滑指标 均满足规范要求。由于路面检测是在完工后第二周进行的，测 试结果还不能比较出聚酯纤维沥青路面段与比 较段的差别，相信随着时间的延长，纤维路面将 表现出很好的优势，建议对四个试验路段和比较 段进行长期跟踪观察，从平整度、路面破损率、 弯沉

18、和抗滑性能等方面进行观测。附件：聚酯纤维沥青混凝土试验评价长安大学受云南高速公路指挥部的委托，对聚 酯纤维沥青混凝土和普通沥青混凝土的高温抗 车辙性能、抗冻融劈裂性能进行试验评价。长安 大学按照公路工程沥青及沥青混合料试验规 程(JTJ 052-2000)对所送现场取样的沥青混 合料进行试验。1 .车辙试验根据所提供的沥青混合料的密度 (2.393/cm3)计算车辙试验所需混合料用量， 单向碾压成型试件(30X30X5cm),试验温度 60C,碾压速度42次/min,接触压强0.7Mpa。表1:沥青混合料车辙试验结果沥青混合料类动稳定度（次变形速率（mm/型/mm)次）普通沥青混凝 土8401. 19X0-3纤维沥青混凝 土10320. 97X0-3从试验结果可以看出：加入纤维后，沥青混合 料的动稳定度提高，变形速率减小，说明沥青混 合料的高温稳定性改善。2 .冻融劈裂试验以冻融劈裂试验评价沥青混合料，试验 方法参见试验规程（