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典型工程案例:盐通高速公路


盐通高速公路北起盐城亭湖区,与在建的连盐高速公路相接,南接通启高速公路,与在建的苏通长江大桥相联,路线全长166.7km,为适应现代重载交通的要求,盐通高速公路中面层沥青混合料全线掺加了聚酯纤维,掺加量为沥青混合料质量的0.225%,这是国内第1次在沥青混合料里面大规模应用聚酯纤维。
▲聚酯纤维的选择方法
对于聚酯纤维的作用,国内同行已经做过大量的研究。普遍认同的是,聚酯纤维的加入增加了沥青混合料里面结构沥青的比例,增加了沥青膜的稳定性。同时,纤维的加筋作用提高了沥青与矿料的粘附性和握裹力,从而提高了沥青混合料的高温稳定性和抗疲劳性能,纤维的存在还可以对混合料的开裂起到阻滞作用,减少裂缝的出现。
随着聚酯纤维的应用和逐渐推广,越来越多的品种开始涌现出来,参加盐通线聚酯纤维招标的纤维品种有16种之多。为了选择优良的材料,江苏省高速公路指挥部会同科研机构,制定了聚酯纤维的评价标准,进行了大量的室内实验,并对参加招标的纤维进行了选择。除了一种纤维为聚丙烯腈纶纤维,参加投标的纤维多为聚酯纤维,纤维最终定标的程序如下:①对纤维进行原材料试验,从纤维本身的质量对纤维进行选择;②采取同样的沥青混合料,掺加不同纤维,进行沥青混合料高温、低温、抗水损害等性能试验,评价掺加不同纤维的沥青混合料性能;③综合考察价格、企业的信誉等因素。
▲聚酯纤维的选择标准和评价
纤维的选择可根据需要采用聚酯纤维或聚丙烯腈纤维,参照《沥青路面用路用聚合物纤维》GBJT/T534-2004及工程经验,确定了纤维的指标及要求:①直径(20±5)μm;②长度(6±1.5)mm;③密度(1.36±0.04)g/cm³;④熔点>250℃;⑤耐热性210℃,2h,体积无变化;⑥抗拉强度≥500MPa;⑦断裂延伸率≥15%;⑧耐热性力学指标(210℃,2h)抗拉强度≥500MPa,断裂延伸率≥15%;⑨倍长纤维含量≤2mg/100g;⑩疵点含量≤2mg/100g;⑪回潮率≤0.4%;⑫含水率≤2%。
1)耐热性能
为保证纤维分散均匀,沥青混合料拌合过程中,纤维一般和集料一起投放。考虑到集料的溶点低(180~200℃),因此对纤维的耐热性能提出了很高的要求,优良的纤维材料熔点一般能超过250℃。耐高温性能对纤维混合料性能的影响较大,耐热性差的材料,经高温后会明显发黄,易发生纤维卷曲造成纤维丝过短。《沥青路面路用聚合物纤维》GBJT/T534-2004中对聚合物长纤维和聚合物纤维推荐采用177℃和210℃下放置2h看体积有无变化,没有定量的评价,建议可采用高温条件下(210℃,2h)对抗拉强度和断裂延伸率进行测试的方法对纤维的耐热性能进行定量评价。
2)强度
抗拉强度和断裂伸长率是聚酯纤维重要的力学性能指标,优良的纤维材料应具有一定的强度和韧性,以适应沥青路面早晚温差的热胀冷缩以及外力冲击抵抗变形的能力。《沥青路面路用聚合物纤维》GBJT/T534-2004中推荐纤维的强度≥500MPa,但根据测试结果,优良纤维的强度一般均超过600MPa。同时,为保证纤维具有一定韧性,《沥青路面路用聚合物纤维》GBJT/T534-2004推荐可回复伸长率≥15%。此外,纤维的回潮率对纤维强度有一定的影响,应当加以控制。
3)分散性能
纤维的分散性直接影响沥青混合料的使用质量,纤维分散性差,在施工过程中易在铺面产生纤维团,纤维团可使沥青混合料产生集料与沥青离析的现象,导致纤维吸收较多的沥青,集料中的沥青量相对减少在一定程度上降低混合料的耐久性,也影响了混合料的抗车辙能力。目前没有较好的测定纤维分散性的试验方法,我们曾以甲基硅油代替高温时熔化的沥青进行模拟分散试验,但该方法整体来说是分析纤维在沥青中的分散性,而纤维主要是关注在混合料中的整体分散性,因此在强调纤维分散性的同时,合理的试验方法仍须进一步探索以确定定量分析指标。
4)吸水率
纤维的吸水率直接影响纤维添加量的多少,对能否提高纤维沥青混合料的性能有重要影响。吸水率过大造成纤维添加量不足,较少的纤维不足以增大结构沥青的比例,减少自由沥青,使沥青膜处于比较稳定的状态,难以达到提高沥青混合料高温稳定性的作用。在实体工程中,也曾发现供货商为获取更多利润,所供纤维含水率达到近20%左右,因此在实际使用过程中应加强含水量的控制,以确保纤维添加量的准确性。
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