1、研究生答題卷2014年一201 5年度第1學(xué)期評(píng) 分：課程名稱(chēng).任課教師姓名.注意事項(xiàng)答題必須寫(xiě)清題號(hào)；字跡要清楚保持卷面清潔；試題隨答卷交回；考試均按百分制評(píng)分；閱完卷后，授課教師一周內(nèi)將成績(jī)?cè)诰W(wǎng)上登記并打印簽名后，送研究生部備案;試題、試卷請(qǐng)授課教師一并送研究生部存檔三年備查。鋼纖維瀝青混合料路面性能及應(yīng)用李鑫(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074)摘要：在低溫地區(qū)，如何提高瀝青路面的抗裂性能，減小瀝青路面低溫開(kāi)裂病害、延長(zhǎng)路面使用壽命是目前重載交通條件下瀝 青路面材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的課題。所以為了防止低溫地區(qū)瀝青路面的開(kāi)裂和提高瀝青路面疲勞壽命,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn) 研究了鋼纖維瀝青

2、混合料的物理力學(xué)性能，包括鋼纖維瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、常溫、低溫劈裂強(qiáng)度等分析 了鋼纖維對(duì)瀝青混合料性能影響的機(jī)理。指出由于其力學(xué)特性使得鋼纖維混合料發(fā)展前景廣闊。關(guān)鍵詞：鋼纖維；瀝青混合料；路面Performance of Sulfur Modified Asphalt Mixture and Its ApplicationHe Changjiang(School of Civil & Architecture， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China;)Abstract： Because our count

3、rys highways which has been built appeared different degree of rutting and other diseases during operation,and it seriously affected the safety of asphalt pavement, the service level and service life. In order to improve the high temperature stability of pavement performance and reduce the risk of p

4、roducing rutting of asphalt pavement diseases,the new methods which is called SEMA modified asphalt is proposed.In view of the defects of the present application of SEAM modified asphalt mixture pavement in the study,Marshall indexes, high temperature, low temperature stability, water stability and

5、fatigue performance were comprehensively studied.SEA M modified asphalt mixture has better anti-rutting performance and fatigue resistance performance.So the research of sulfur modified asphalt mixture performance and related construction technology has the vital significance to our country highway

6、construction.Key words： modified asphalt； sulphur; property; pavement; constructionII收稿日期：2014-12-24；修訂日期：2014-12-25 作者簡(jiǎn)介:E-mail:；電話。在一些低溫地區(qū),瀝青路面常由于抗拉強(qiáng)度低 而易產(chǎn)生低溫收縮裂縫，在雨水或其他地表水作用 下使路面產(chǎn)生破壞；通過(guò)試驗(yàn)路研究了鋼纖維瀝青 路面的現(xiàn)場(chǎng)拌施工工藝和使用效果，研究結(jié)果表明 瀝青混合料中加入鋼纖維可使低溫劈裂強(qiáng)明顯提高, 開(kāi)裂時(shí)的變形顯著增大，從而改善瀝青路面的低溫 抗裂性能，同時(shí)鋼纖維對(duì)常溫條件下瀝青混合料的 抗拉強(qiáng)度和高溫

7、抗車(chē)轍性能有一定改善，鋼纖維瀝 青路面的施工工藝與普通瀝青混凝土路面相同，可 以利用瀝青對(duì)鋼纖維直接防腐而不需要作其它防腐 處理。成果對(duì)低溫地區(qū)和重載交通公路瀝青路面材 料選擇有重要參考應(yīng)用價(jià)值。1鋼纖維瀝青混合料馬歇爾性能指標(biāo)試驗(yàn)1.1試驗(yàn)原材料及性能瀝青試驗(yàn)采用瀝青其技術(shù)指標(biāo)如表。表1瀝青技術(shù)指標(biāo)軟化點(diǎn)針人度/1 mmS r 25 C 30 cPlTaw iCTl2 代延度/5密度F(g . tin-3)48. 54072 1082.5562.0-39,5159).010礦料的級(jí)配性能粗集料采用破碎花崗巖碎石，細(xì)集料采用與 瀝青粘附性較好的石灰石石屑，礦粉為磨細(xì)的石灰 石。其物理技術(shù)性能如

8、表2。表2礦料的物理性能10-15 mm花崗巖碎石2, 6720.816.66. 3510 mm花崗巖碎石2. 6680.916. 78. 605 mm石屑2. 704/礦粉2. 705/集料型號(hào)密度/ 含泥量壓碎值針片狀Cg cm /%/%/%鋼纖維試驗(yàn)采用的鋼纖維與水泥混凝土路面采用的 鋼纖維性質(zhì)相同，但考慮到瀝青混合料強(qiáng)度較低的 特點(diǎn)，試驗(yàn)采用的鋼纖維的截面和長(zhǎng)度都比水泥混 凝土中鋼纖維的截面小，其截面積 尺寸為0.5mmX 0.5mm,長(zhǎng)度為30mm,抗拉強(qiáng)度380MPa。1.2鋼纖維瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)為研究不同鋼纖維摻量的瀝青混合料性化，同 時(shí)考慮鋼纖維瀝青混合料的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性,

9、試驗(yàn)采 用的鋼纖維摻量分別為0%、1%、2%、3%。馬歇爾性能指標(biāo)試驗(yàn)得到了三個(gè)現(xiàn)象：1.鋼纖 維瀝青混合料的穩(wěn)定度隨鋼纖維含量增加成拋物線 變化。2.鋼纖維瀝青混合料的流值隨鋼纖維劑量增 大成近似線性增加。3.鋼纖維表面光滑，表面積較 小,對(duì)瀝青的吸附量有限，加人鋼纖維對(duì)瀝青混合料 的最佳瀝青用量影響不明顯。通過(guò)這三個(gè)現(xiàn)象得出 鋼纖維瀝青混合料的鋼纖維摻量為2%-3%。2鋼纖維混合料的抗裂強(qiáng)度室內(nèi)試驗(yàn)采用的原材料主要有瀝青、碎石集料 與礦粉、SEAM添加劑等。在常溫條件下，加人鋼纖維可以明顯提高瀝青 混合料的抗拉強(qiáng)度，其加筋效果明顯。加入鋼纖維可 以降低瀝青混合料的勁度模量，增加瀝青混合料的

10、 韌性，避免瀝青路面的開(kāi)裂。低溫條件下，在瀝青混合料低溫劈裂強(qiáng)度增加 的同時(shí)，混合料的勁度模量卻明顯下降,鋼纖維使 瀝青混合料抗拉強(qiáng)度增加的同時(shí)使其剛度降低，韌 性增大，增強(qiáng)了瀝青混合料的低溫抗裂能力。對(duì)比兩種級(jí)配瀝青混合料在常溫和低溫下的劈 裂強(qiáng)度變化，鋼纖維對(duì)AC級(jí)配混合料增強(qiáng)效果更 好。3鋼纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性車(chē)轍試驗(yàn)?zāi)芎芎玫胤从耻?chē)轍的形成過(guò)程，得到 了世界各國(guó)的廣泛認(rèn)可與采用，采用車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)評(píng) 價(jià)纖維瀝青混凝土的抗車(chē)轍能力，試驗(yàn)結(jié)果可知：未加纖維瀝青混合料車(chē)轍深，隆起現(xiàn)象嚴(yán)重,而加入纖維后，這些現(xiàn)象明顯減輕。動(dòng)穩(wěn)定度表明，加入纖維后，瀝青混凝土的 抗車(chē)轍性能改善。纖維吸附及穩(wěn)定瀝

11、青，使瀝青的粘 稠度和粘聚力增大,同時(shí)由于縱橫交錯(cuò)的“加筋”作 用，使混合料具有較高強(qiáng)度，使混合料的抗車(chē)轍性能 提高，纖維瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車(chē)轍能 力增強(qiáng)。在3種纖維中，聚脂纖維的抗車(chē)轍性能最好, 該纖維在混合料中分布均勻，在混合料中以多向絲 樣分布，按照混合料總重0.25%的比例加入纖維，大 約每立方米有超過(guò)18億根分離纖維，起到“加筋” 作用，強(qiáng)度提高，同時(shí)瀝青用量較其它纖維少，也是 混合料抗車(chē)轍能力強(qiáng)的原因。4鋼纖維瀝青混合料抗滑性瀝青混臺(tái)料路面的抗滑性與礦料的微表面性 質(zhì)、混合料的級(jí)配組成以及油石比等因素有關(guān)。為 提高其抗滑性，配料時(shí)應(yīng)特別注意粗礦料的耐磨性， 選擇硬質(zhì)有棱

12、角的集料。硬質(zhì)礦料如花崗巖往往屬 于酸性礦料.它與瀝青的粘附性差，為此應(yīng)盡量選 用堿性礦料如石灰?guī)r、玄武巖等。若當(dāng)?shù)厥庞邢?時(shí)，可摻加抗剝落劑來(lái)提高礦料和瀝青的粘附性。 影響抗滑性的另一主要因素是油石比，油石比超過(guò) 最佳用量的0. 5%，即可使抗滑系數(shù)明顯降低。所 以為提高瀝青混合料的抗滑性主要從選用礦料上著 手。5鋼纖維瀝青混合料優(yōu)良的力學(xué)性能普通混凝土與鋼纖維摻雜形成的復(fù)合型新型材 料一一鋼纖維混凝土，能夠充分阻止微裂縫的形成 與擴(kuò)展，進(jìn)一步改善混凝土路面的抗凍、抗拉、抗 疲勞等性能，因而得以廣泛應(yīng)用。鋼纖維混凝土是以較細(xì)骨料混凝土為基體，均 勻摻入短而細(xì)的鋼纖維而形成的復(fù)合材料。由于纖

13、 維在混凝土中亂向分布，混凝土受荷載作用后，纖 維能阻止和延緩混凝土中裂縫的失穩(wěn)擴(kuò)展.因其具 有高的阻裂效應(yīng)，而使原來(lái)脆性的混凝土變?yōu)榫哂?良好變形特性的彈塑性混凝土。大量試驗(yàn)證明：鋼纖維體積摻量為1%2%， 水灰比為0. 45時(shí).抗拉強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土提高 35%，極限抗彎強(qiáng)度提高70%，抗疲勞強(qiáng)度提高約 9倍，斷裂能提高數(shù)10倍。當(dāng)纖維摻量不小于2%時(shí)，一般視為高摻量鋼纖 維混凝土，其力學(xué)性能更為優(yōu)越。總之，鋼纖維棍 凝土具有良好的抗疲勞和卓越的抗變形能力，這對(duì) 于結(jié)構(gòu)抗震、抗疲勞十分有利。6鋼纖維混凝土施工技術(shù)6.1鋼纖維混凝土抗滑技術(shù)為了進(jìn)一步增強(qiáng)鋼纖維混凝土路面的抗滑能力 并使被磨損的

14、鋼纖維不裸露，需要通過(guò)硬刻槽的方 式構(gòu)造路面。當(dāng)鋼纖維混凝土強(qiáng)度在612MPa范圍 時(shí)，應(yīng)該使用刻槽機(jī)橫向刻槽，一般情況下，深度 為3mm，槽距25mm，寬度為3mm。6.2切縫路面技術(shù)在進(jìn)行路面切縫時(shí)，對(duì)切縫時(shí)間的掌握非常重 要。如果切縫時(shí)間過(guò)早，會(huì)導(dǎo)致水泥、碎石、鋼纖 維等黏貼不牢固，出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而影響路面的質(zhì)量， 在道路早期運(yùn)營(yíng)中，出現(xiàn)路面破壞。如果切縫時(shí)間 過(guò)晚，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂不均勻。一般情況下， 需要將鋼纖維混凝土強(qiáng)度維持在815MPa內(nèi)。路面 板長(zhǎng)度通常為7m，面板最大尺寸為6mX12m?？梢?結(jié)合混凝土面板大小，確定切縫距離，通常情 況下，縫寬4mm，縫深2.5mm，在進(jìn)行切

15、縫之后， 需要選擇合適的材料灌縫。在運(yùn)輸過(guò)程中，鋼纖維 材料不可避免地受到振動(dòng)影響，形成一定程度的下 沉，進(jìn)而影響到鋼纖維混凝土的均勻性。因此，在 選擇混凝土攪拌場(chǎng)地時(shí)，盡可能選擇與施工工地距 離較近的地方，縮短運(yùn)輸距離，降低運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)混 凝土均勻性的影響。具體施工步驟如下。攤鋪與振搗在澆筑鋼纖維混凝土過(guò)程中，一定要預(yù)防澆筑 接頭的產(chǎn)生。每次倒料，需要至少相壓15cm， 從而保證混凝土結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，進(jìn)一步增強(qiáng)其抗拉 性與堅(jiān)固性。在實(shí)際施工過(guò)程中，絕大多數(shù)情況都 是選擇振動(dòng)棒(插入式)進(jìn)行操作，很容易導(dǎo)致鋼 纖維的集中聚集。為了更好地保證鋼纖維結(jié)構(gòu)的均 勻分布，應(yīng)該選擇平板振動(dòng)器。在進(jìn)行振搗過(guò)程

16、中， 需要控制振搗時(shí)間，防止過(guò)振，“多管齊下”，保證 路面施工質(zhì)量以及混凝土使用質(zhì)量。抹面與壓紋在路面施工基本結(jié)束之前，需要全面檢查路面 情況，將裸露在路面的鋼纖維，進(jìn)一步壓入混凝土。 然后使用滾式壓紋機(jī)，在混凝土表面橫向壓紋。保證切縫與路面養(yǎng)護(hù)在路面施工基本結(jié)束之后，還需要做切縫處 理。切縫機(jī)切縫位置需要與施工漲縮縫相吻合。保 護(hù)鋼纖維混凝土路面，主要采用灑水的方式，維持 路面的潮濕性。在1015d左右開(kāi)始養(yǎng)生，一直到 路面強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在澆筑路面施工完成后， 需要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)與管理，保持路面的潮濕度，這是保 養(yǎng)最重要的工作。7鋼纖維混合料的應(yīng)用1用于道路路面及機(jī)場(chǎng)跑道鋼纖維混凝土抗彎曲疲勞

17、性能十分優(yōu)越，能夠 承受較大的動(dòng)荷載作用，用它鋪設(shè)公路路面，可比 普埔混凝土路面減薄約30% 50%。在路面的上、 下部鋪設(shè)鋼纖維混凝土，在中間采用普通混凝土， 這樣較為經(jīng)濟(jì)合理。歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家加世紀(jì) 70年代末已大批應(yīng)用鋼纖維混凝土鋪設(shè)公路路面、 橋而、飛機(jī)跑道、停車(chē)場(chǎng)等。鋼纖維混凝土現(xiàn)已廣泛用于建設(shè)機(jī)場(chǎng)跑道，國(guó) 內(nèi)一些大機(jī)場(chǎng)的跑道陸續(xù)采用鋼纖維混凝土做道 面，從已建成的機(jī)場(chǎng)跑道的使用情況看，效果很好。 美國(guó)最早在19凹年將鋼纖維混凝土用于機(jī)場(chǎng)跑道， 1976年在某國(guó)際機(jī)場(chǎng)停機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪跑道上用鋼纖 維混凝土，由于使用效果好，1979年又用鋼纖維混 凝土建筑了一個(gè)規(guī)模更大的停機(jī)坪，可供重

18、達(dá)351t 的飛機(jī)使用。7. 2澆筑隧道襯砌用鋼纖維混凝土澆筑隧道襯砌十分理想合算。 隧道襯砌應(yīng)具有較大的變形能力，即使在荷載作用 下開(kāi)裂，也應(yīng)具有較大的承載力，鋼纖維混凝土正 好滿足這些要求。用鋼纖維混凝土作隧道村砌，不 需鋼拱支護(hù)，可用錨桿噴射鋼纖維混凝土層，大大 簡(jiǎn)化了施工。且襯砌厚度減小，減少了噴射費(fèi)用和 隧道斷面巖石的開(kāi)挖量，縮短了工期。7. 3用于公路橋面及其加固公路橋的普通鋼筋混凝土面板，在車(chē)輛的反復(fù) 作用下，很容易損壞，常需維修，鋼纖維混凝土具 有耐疲勞性能好、抗剪強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)， 完全適用于修補(bǔ)橋面板和新建橋面板。在我國(guó)著名的錢(qián)江一橋纖維修工程中，成功地采用 了鋼纖維

19、混凝土作橋面。另外我國(guó)近兒年修建的一 些斜拉橋，用鋼纖維混凝土作橋面，減輕了橋的自 重，提高了橋面的耐久性?？梢灶A(yù)言，未來(lái)的橋粱 時(shí)代將是鋼纖維混凝士的時(shí)代。7. 4用于開(kāi)挖護(hù)坡面的保護(hù)將鋼纖維混凝土噴敷于巖石表面，起到穩(wěn)定巖 石、防止風(fēng)化的目的，它與掛鋼絲網(wǎng)噴漿相比，省 去掛網(wǎng)這一工序，噴敷厚度也可減薄一半。7. 5其它用途鋼纖維混凝土可用于壓力水管、箱形拱橋、鐵 路預(yù)應(yīng)力軌枕、水工閘門(mén)、局部增強(qiáng)渡槽、工業(yè)地 坪等工程。利用鋼纖維增強(qiáng)耐火材料，可延長(zhǎng)使用 壽命，降低維修成本，鋼纖維增強(qiáng)耐火材料可承受 高溫應(yīng)力，它常用在i 200 r的場(chǎng)合。鋼纖維混凝 土用于薄壁結(jié)構(gòu)，可以減小厚度，提高承載力

20、，如 用于儲(chǔ)水罐、糧倉(cāng)、儲(chǔ)煤氣等。8展望鋼纖維混合料的應(yīng)用范圍十分廣泛，遍及公路、 建筑、礦山、水電站、橋梁、隧道襯砌、機(jī)場(chǎng)跑道、 冶金、石油內(nèi)線T、港口和煤炭等領(lǐng)域。雖然我國(guó) 在鋼纖維混凝土的研究方面起步較晚，但目前已顯 示出很大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。這一新型材 料的懂用，正處于方興末艾的時(shí)期，工程應(yīng)用的實(shí) 例愈來(lái)愈多，已由過(guò)去試驗(yàn)性丁程應(yīng)用發(fā)展到今天 較大規(guī)模的生產(chǎn)性應(yīng)用。鋼纖維混合料設(shè)計(jì)與施J 二規(guī)程的頒布，使廣大的工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)和施 工中有章可循。只要學(xué)術(shù)界和工程界加強(qiáng)應(yīng)用研究， 做好宣傳和工程示范工作，鋼纖維混合料將會(huì)在土 木工程的各個(gè)領(lǐng)域有很大的發(fā)展，其開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景 是十分廣闊的。參考文獻(xiàn)(References):張爭(zhēng)奇，胡長(zhǎng)順，纖維增強(qiáng)瀝青混凝土幾個(gè)問(wèn)題的研究和探討,西安公 路交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(12):29-32.中華人民共和國(guó)交通部.JTJ052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程S,北京:人民交通出版社,2008.AAP.R.China Minisry of Communications AJTJ052-2000 Standard TestMethods of Betumen and Betuminous Mixtures f