掺加聚酯纤维改性沥青路面施工技术及质量控制.docx
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掺加聚酯纤维改性沥青路面施工技术及质量控制
掺加聚酯纤维改性沥青路面施工技术及质量控制
兰州州市政建设集团有限责任公司成仲年
一、前言：
改性沥青混合料掺加纤的维主要有三大类：
矿物类纤维、木质素纤维、聚合物纤维；纤维的高吸油、耐高温、不溶胀、吸附性强等特点在沥青混合料得到充分体现。
纤维的加入可以提高沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性，特别是对抵抗反射裂缝有独特功效，且施工方法简单，这一技术得到广泛应用。
2008年北滨河路农沙段工程中使用了聚酯纤维。
该工程的施工由兰州市政建设集团承担，为纤维沥青混凝土路面的施工提供了宝贵的经验和方法。
纤维用于改性沥青混和料路面是一种新型技术，它可以大大提高沥青路面性能，具有较高的使用价值,具体使用价值表现在如下几个方面。
（1）纤维沥青混合料的各项性能的改善是相比普通沥青混合料而言,纤维稳定剂具有比表面积大,吸油性好；耐高温能满足不同拌和要求；对沥青混合料具有极好的分散性；对混合料起到物理改性功效。
纤维的加入有效的改善了沥青混合料的各项性能，使其优于普通沥青混合料路面。
（2）纵横交错的纤维增大了结构沥青的比例，减少了自由沥青，使沥青色粘聚性增大，同时纤维的加筋作用使沥青混合料的整体性增强，从动稳定度试验可以看出，纤维混合料动稳定度高于改性沥青混合料和普通沥青混合料。
（3）沥青混合料是一种温度敏感性材料，环境温度变化使其实用性能发生很大变化。
低温主要影响沥青混合料的抗拉变形能力，从而造成沥青路面开裂。
纤维的加入有效的改善沥青路面的柔韧性，纤维的三维随机分布能极大的吸收扩散应力，提高沥青路面抗裂性。
（4）提高沥青混合料的水稳定性
纤维具有吸附作用，其表面积大，使沥青混合料沥青用量加大，提高了沥青饱和度，并且使黏附在矿料的结构沥青膜变厚，是混合料路面抗水损害能力增强。
（5）普通沥青混合料矿粉和沥青易形成胶团，铺筑时形成油斑，加入纤维可起到分散作用，保证混合料的均匀性。
（6）混合料中纤维是三维随即分布数量多强度高，对基层的裂缝应力进行扩散，提高了沥青路面的自愈能力，减少反射裂缝的发生，特别用于大空隙开级配的混合料路面施工的防止裂缝有好的效果。
二、技术路线：
1、搜集学习有关纤维素及改性沥青混凝土路面施工资料和经验,充分掌握在改性沥青混和料中添加纤维素路面施工中的重点和难点,专门召开技术人员现场研讨会,组织课题组研究施工中的技术要点，现将几条在路面施工中形成的关键技术要点简述如下：
（1）纤维的选择：
利用纤维的拌和试验，通过目测观察不同纤维的拌和效果，初步选用拌和效果好，吸油能力强的纤维。
再采用析漏试验，在同样条件下析漏损失小的纤维为优质纤维，从中选出使用性能良好的纤维。
（2）纤维掺量的确定：
常用的改性沥青混合料中纤维掺量一般为0.3%，在本方案中重新确定了最佳纤维掺量。
同样采用析漏试验，做不同纤维掺量下析漏损失关系图，综合考虑析漏损失确定聚酯纤维纤维的最佳掺量。
（3）在确定掺量后，首先采用马歇尔试验确定最佳用油量，再用车辙试验评价所用聚酯纤维纤维的高温性能，并与其他常用纤维进行车辙试验比较，以此来评价所用聚酯纤维纤维的高温性能。
将加入所用聚酯纤维纤维的改性沥青混合料、普通级配混合料及改性沥青混合料的抗车辙性能进行比较，评价所用聚酯纤维纤维对抗车辙能力的提高效果。
（4）改性沥青。
沥青质量的好坏直接影响混合料质量，根据兰州市气候、交通及其他特殊使用要求选定设计的改性沥青。
（5）选用的碎石、洗砂、矿粉、石屑、纤维素等原材料技术指标要符合《沥青路面施工及验收规范》（GB50092-96）。
（6）改性沥青添加纤维素的拌和时间比普通沥青要延长15S,改性沥青含量要增加0.5%-1%,拌和好的沥青混合料要求均匀一致、无花白料出现,且摊铺后无油丁现象。
（7）引进纤维素添加设备,使纤维素添加设备与拌和机形成联机控制,从而精确的控制了的纤维素的添加剂量。
2、通过试验段的铺筑，必须解决如下问题。
（1）验证配合比设计结果，确定标准配合比，提出生产用的矿料比，沥青用量和纤维添加剂量量。
（2）通过试铺确定拌和机的上料速度、拌和产量、拌和温度、拌和时间和生产加工工艺。
（3）通过试铺确定粘层油的用量、喷洒工艺、摊铺工艺、压实工艺、松铺系数、接缝方法以及养护措施。
（4）试验段铺筑确定机械组合及匹配数量。
三、工艺设备
1、施工工艺流程及工艺参数：
（1）工艺流程
（2）工艺参数
①矿料的要求温度比普通沥青砼要求温度提高30℃左右，上料数量减少20%，加热时间延长4～8秒。
②矿料干拌时间为10S，依次添加矿粉、纤维、沥青后拌和35S，能保证拌和的均匀性。
③经多次试验，纤维稳定剂的单位添加量为1.5kg/s，纤维稳定剂添加设备与拌和楼主机实现联机控制，根据每锅产量的大小，自动调整纤维添加时间，保证了纤维投放量的精确计量。
④其它参数：
摊铺宽度12m，摊铺速度2-3m/min。
压实机械采用重型双钢轮振动压路机，自重12T，振动压力25T，速度不超过3.5Km/h；
2、温度参数：
工序
标准温度（℃）
测量部位
沥青加热温度
150-155
沥青罐
集料加热温度
170-180
热料提升斗
混合料出厂温度
180-190
运料车
混合料废弃温度
195
运料车
摊铺温度
不低于160
摊铺机
初压开始温度
不低于150
摊铺层内部
复压开始温度
不低于130
摊铺层内部
开放交通温度
不高于50
路表面
3、设备：
（1）拌和设备：
采用德国产“泰尔托”2000型沥青砼拌和站、全自动电脑控制，具有可视画面监控系统。
产量为200T/h，配套全自动专用纤维添加设备。
（2）摊铺设备：
采用德国产“德纳派克”履带式摊铺机，找平系统采用托尔康非接触式找平装置。
（3）压实设备：
徐工“CZY-12”德国HM-120、德国HM-13、平板夯、及徐工26吨胶轮胎压路机。
（4）运输设备：
10辆14吨台红岩运输车。
（5）检测设备：
各种原材料、混合料及现场检测设备、仪器齐全。
四、关键技术及创新
1原材料准备：
（1）沥青：
选用兰炼生产的SBR成品改性沥青，其基质沥青为AH-90重交沥青。
兰炼是我省唯一一家能够大批量生产沥青的厂家，其成熟的技术、先进的设备可提供掺加聚酯纤维改性沥青路面施工所需的优质沥青。
（2）聚酯纤维的比选及最佳掺量的确定
纤维能否均匀地分散在沥青混合料中是纤维能否发挥作用的关键。
为检验不同纤维的分散性能，进行了如下试验：
首先将配好的矿料（一个试件，大约1250g）加入搅拌锅内，然后放入一定量的纤维（混合料的0.1%左右），再干拌60s，观察纤维的分散状态。
然后加入沥青，观察纤维的分散情况。
经过观察，有三种纤维干拌后，颜色与混合料相似，已基本分散。
加入沥青后，混合料看上去显得干涩。
可以判断纤维吸油较多。
其它两种干拌后分散性较差，加沥青后混合料显得富油，不能确认颗粒是否分散，吸油能力差，对纤维颗粒是否充分分散有怀疑。
最后确定取前三种纤维做下一步试验。
通过混合料的析漏试验，以纤维的吸油性能作为评价标准来确定最优质的聚酯纤维纤维。
混合料的析漏试验根据规范的规定进行，混合料均采用相同的级配AK-13B，其集料级配组成见表1。
表1 AK-13B的级配组成
方孔筛尺寸（mm）
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
通过率（％）
100
88.5
54
25.7
18.2
17.3
14.8
6.9
4.5
3.6
根据经验值采用6.3%的油石比用油量，由所选3种聚酯纤维纤维的特点，采用较高的用量0.4%（纤维与集料之比）来进行评价，试验结果见表2。
表2 不同聚酯纤维纤维析漏试验结果
纤维种类
析漏损失（％）
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
平均
A
0.339
0.475
0.482
0.396
0.413
0.421
B
0.152
0.139
0.174
0.145
0.141
0.150
C
0.259
0.481
0.293
0.256
0.342
0.326
从表2可以看出，聚酯纤维纤维B的吸油性能明显优于聚酯纤维纤维A与聚酯纤维纤维C，因此通过本试验确定采用聚酯纤维纤维B进行进一步评价试验。
采用相同的级配，相同的油石比用油量，纤维分别采用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%（纤维与集料之比）的掺加量，进行了析漏试验，试验结果见表3和图1。
表3 不同纤维掺量的析漏试验结果
纤维掺量％
析漏损失（%）
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
平均
0.1
0.149
0.156
0.198
0.175
0.145
0.165
0.2
0.077
0.062
0.079
0.084
0.074
0.075
0.3
0.087
0.065
0.091
0.051
0.067
0.072
0.4
0.054
0.047
0.064
0.043
0.052
0.052
从图1可以看出，纤维掺量从0.1%增加到0.4%时，析漏损失明显减少，并且远小于规范规定的析漏损失小于0.2%的要求，表明采用0.4%的纤维掺量是比较合适的，。
综合析漏试验结果及经济考虑，确定纤维掺量0.3%（纤维与集料之比）为最佳掺量。
（3）碎石：
我市的碎石有两种，一种为花岗岩机轧碎石，一种为黄河砾石机轧碎石，两种石料硬度都可以满足要求，但黄河砾石机轧碎石粗糙度好，强度高，应优先选用。
（4）细集料：
鉴于我省没有一家生产机制砂的厂家，现采用中铺天然砂和石屑各半的比例，经试验验证优质的天然砂可以作为细集料使用。
（5）矿粉：
选用永登产的石灰石粉，矿粉细度必须达到要求。
2、摊铺中离析的防治：
由于改性沥青的粘结性比普通沥青好，再加上纤维素的加劲和增粘作用，这种混合料类型从根本上解决了离析现象的发生。
再在摊铺过程中采取一些施工措施，比如：
在混合料摊铺中，把分料螺旋调到中位（一般摊铺机螺旋都有三个挡位可调高、中、低）然后在摊铺时，采用螺旋叶片深埋于混合料的方法，使螺旋在混合料中匀速、缓慢分料，这样摊铺离析可得到有效防止。
3、聚酯纤维纤维的分散拌匀非常重要；沥青混合料不应在贮料仓里储备时间过长，数量不宜过多；采用人工添加木质素纤维易产生由于人为因素而少加或多加的现象，从而影响沥青混合料的使用品质；采用机械添加聚酯纤维纤维应防止输送管道堵塞，要准确掌握施工温度。
4、掺加纤维素改性沥青混合料施工前，除按普通沥青混合料进行常规检查外，还应对以下几个方面进行检查：
聚酯纤维纤维必须在室内架空堆放，严格防潮，保持干燥对木质素纤维添加设备进行计量定标，聚酯纤维纤维添加设备不得受潮；改性沥青运输温度不低于150℃，保温贮存温度不低于140℃，不得长时间存放；对现场储存的改性沥青必须不间断地搅拌，以防改性剂离析。
5、接缝方法：
规范中横接缝有斜接缝和平接缝两种，根据实际经验，我们提出了对接缝做法：
在每次压实完毕作接缝准备，用直尺检测平整度，画出横向接缝线，后用液化气火枪加热表层刨除面层部分，然后对接。
该接缝施工简单，接缝效果好，解决了两板块间错台的问题。
5、配合比设计流程
对于配合比严格按三阶段步骤进行设计，并采用析漏试验确定纤维素的剂量，该设计流程如下：
注：
各个阶段都存在级配设计和沥青用量设计。
级配设计以混合后筛分检验为准，沥青用量设计以拌和过程中不出现花白料及沥青不析漏为准
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