淺析FAC在瀝青路面工程中的應用

趙婧薈,趙慕暉

(1.哈爾濱交研交通工程有限責任公司;2.黑龍江省交通科學研究所)

隨著瀝青路面的普及,相關的短期病害、長期耐久性問題也突顯出來,世界各國也根據自身的情況作了相應的研究,其中一個重點就是從瀝青混合料的內在品質上提升其性能。

日益增長的經濟建設對道路交通提出了越來越高的要求,圍繞減少道路病害,提高道路壽命的研究為世界各國所重視。瀝青路面的設計大修期為15年,而目前我國的瀝青路面往往 8～10年就需要進行大修。以路面壽命 30年計,資料表明這期間用于道路的維修費用幾乎等于新建道路的投資。可見提高公路壽命,延緩檢修期至關重要。

一直以來,瀝青混凝土路面的實際使用年限往往達不到設計使用年限,解決的關鍵手段就是努力提高混凝土路面的內存品質。諸如提高路面的耐久性(抗剝落性、水穩定性)、高溫穩定性(抗車轍性)、低溫抗裂性(抗疲勞性)、柔韌性、抗磨損性等,延長路面使用壽命。

近年來,我們采用了如SMA路面技術、SBS改性瀝青、橡膠瀝青等方法,這些技術措施的應用對提高路面品質具有一定成效,但也存在一些問題,如提高了施工工藝要求,增加了工程綜合造價等。因此,還需要研究更符合我國國情及省情的路面新材料、新工藝、新技術,以保證提高瀝青混凝土路面的品質,又不過多提高工程造價,而且施工工藝簡單易行,又不需更換設備,便于推廣應用。

在普通瀝青混合料中添加適量纖維,就成了纖維瀝青混凝土(Fiber Asphalt Concrete,簡稱FAC)。自 20世紀 80年代以來,歐美國家對FAC進行了廣泛研究與應用,出現了很多纖維產品,如美國的 H i-T echFiber、Bonifiber、德國的 Dolanit等。將這些纖維加入瀝青混合料中,其目的不是為了吸收瀝青,而是為了發揮瀝青纖維的加筋作用,以對瀝青混合料予以加強,這是與S M A的本質區別。

合成微纖維是在路用纖維發展過程中的一種新趨勢,其主要成分為改性聚丙烯及聚酯,在瀝青混合料中加入后可大大改善瀝青路面的性、高溫穩定性、疲勞耐久性、并具有提高低溫抗裂和防止反向裂縫的性能,有效提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強度。減少溫度對路面的影響,提高瀝青混凝土的水穩定性。

將普通瀝青混合料改成FAC,可提高瀝青路面的耐久性及使用壽命,符合經濟、技術發展的需要。

美國聯邦公路局1996～2000年科研計劃是以發展新技術、應用新材料、改善道路運輸性能為原則的。其中就有兩項科研項目是關于材料和路面結構的：(1)對加筋合成物(纖維強化聚合物復合材料)、高性能鋼筋、高性能混凝土的研究。推動高性能材料在道路、橋梁中的應用。(2)路面結構研究主要集中在路面修筑、路面材料性能、路面長期使用性能、路面管理方面。在這些研究中,有一種新材料瀝青混凝土聚酯合成纖維。將這種聚酯纖維摻入在瀝青混凝土混合料中后,可提高瀝青路面的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗疲勞性,對抵抗路面反向裂縫有獨特功效,而且最大特點是施工工藝簡單。它只是簡單地“摻加”,而不用改變礦料級配設計,對礦料要求遠低于S M A。也不需要增加設備和人力,施工單位也完全能達到施工技術要求。

我國自1998年以來開始從美國進口聚酯纖維,并在許多地方的公路建設中廣泛應用,經查閱資料應用效果很好。如新疆地區晝夜溫差大,在瀝青混凝土中摻加了聚酯纖維后抗高溫、低溫性能明顯加強;南京長江二橋的業主為了保證路面在正常使用條件下15年不大修,經多方考察后在21km的道路、引橋的路面面層中全部加入了聚酯纖維;湖南新建的耒宜高速公路、河北石黃高速公路、內蒙古 210國道新建工程、北京城市二環道路中阜內大街改造工程中應用了這種材料。據業主介紹,應用效果均達到了技術要求,而施工方法、施工工藝與不摻加纖維時基本相同。經過“馬歇爾試驗”、“車轍試驗”、“低溫彎曲試驗”等試驗結果表明,摻加纖維后,確實較大的提高了高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性等路用性能,有效地提高了瀝青混凝土路面質量。

經技術引進及改良,現在國內已經能夠生產合格的聚酯纖維及合成纖維,品種也越趨多樣。黑龍江省的工程技術人員已經逐步認識到在瀝青混合料中加入纖維所帶來的益處,但因多方面原因,黑龍江省的FAC還未得到大面積的應用,這與未能理解短期投入與長期效益的關系有關。

合成微纖維在瀝青路面中的應用,可以明顯改善混合料的各項技術性能,提高了路面的使用性能及耐久性,降低了公路的養護壓力,減少了養護的費用,所以說其長期的效益是顯著的。

以路基寬 26m的四車道的一級公路為例,瀝青混凝土上面層為 4cm厚,路面雙幅寬 22.5m,摻加合成微纖維的費用為 5元/m2。雖然增加了工程造價,但由于加強纖維瀝青混凝土施工工藝方法簡單,能更快地改善路面性能,延長路面使用年限,推遲路面大修時間,在正常使用條件下保證10～15年不大修,因此從長遠利益看則更經濟合理。

通過合成微纖維瀝青混凝土的實際施工及后期觀測,FAC設計性能的可行性,在微纖維的有效摻量、拌和工藝、施工工藝等方面初步體現了合成微纖維的經濟使用價值,同時也發現了施工工藝上存在的不足,為未來黑龍江省高速公路廣泛應用打下了良好基礎。