木质纤维在SMA中的性能评价
　　刘晓芬　黄卫东
（1、广东省公路建设有限公司　　广州市　510600；2、同济大学交通运输学院　　上海市　200000）
　　摘要：针对一种新型木质纤维，提出了纤维评价方案，确定了新型木质纤维最佳掺量，并与常用纤维对比评价了高温抗车辙性能，此外还将SMA车辙试件与AC级配及改性沥青进行了性能对比。
　　关键词：纤维：SMA；性能
　　沥青马蹄脂碎石混合料（SMA）是近年来在国际上出现的一种新型的沥青混合料，由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而成。纤维作为SMA的重要组成部分，不但具有吸附沥青的作用，而且能起到加筋及稳定作用，在一定程序上提高了混合料的高温稳定性。Brown的研究结果也表明，纤维对SMA混合料的性能尤其是抗车辙性能有重要的作用。
　　在进行SMA性能评价时，国内的研究重点主要在集料级配及沥青性能的评价上，对纤维使用性能的研究上与评价并不多，而且在纤维的掺量上经验性太强。目前国内用于SMA的纤维种类越来越多，但掺量一般是0.3%，然后通过析漏试验检验其析漏损失是否小于0.2%，通过车辙试验检验其动稳定度是否达标。这种检验方法存在一定的问题，首先目前的析漏损失标准0.2%偏大，各种纤维均比较容易满足要求，以此来作为评价标准，无法很好地区分出不同纤维在使用性能上的差别，其次对SMA进行车辙试验评价时，如果不合格，通常会将原因归于改性沥青或者集料级配不合格，很少从掺加的纤维上找原因，而实际上不同的纤维对车辙性能的影响很大。
　　针对以上问题，本文根据某新型木质纤维的特点，提出对SMA中掺加的纤维从确定掺量到性能评价的一套简单有效的系统评价方案，并对新型木质纤维的抗车辙性能进行评价。
1、木质纤维评价方案
　　选用几种新型木质纤维，提出了如下纤维使用性能评价方案。
　　（1）纤维的比选试验，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，从几种比选纤维中选出使用性能良好的纤维。
    （2）纤维掺量的确定。常用的SMA混合料中纤维掺量一般为0.3%，但对于本方案中采用的新型木质纤维，必须重新确定其最佳纤维掺量，同样采用析漏试验，不以0.2%的析漏损失作为评价标准，做不同纤维掺量下析漏损失关系图，综合考虑析漏损失和经济角度，确定新型木质纤维的最佳掺量。
　　（3）在确定掺量后，首先采用马歇尔试验确定最佳用油量，再用车辙试验评价新型木质纤维的高温性能，并与其他常用纤维进行车辙试验比较，以此来评价新型木质纤维的高温性能。
　　（4）将加入新型木质纤维的SMA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，评价新型木质纤维SMA对抗车辙能力的提高效果。
2、木质纤维的比选及最佳掺量的确定
　　本文选用3种木质纤维样品，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木质纤维。混合料的析漏试验根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ　052-2000）的规定进行，混合料均采用相同的级配SMA－10，其集料级配组成见表1。
表1　SMA-10的级配组成
方孔筛尺寸mm　13.2　9.5　4.75　2.36　1.18　0.6　0.3　0.15　0.075
通过率%　　　　100　96　　29　　24　　21　　18　14.5　12.1　10.6
　　对该级配，根据经验值采用6.0%的油石比用油量，沥青为SK70号沥青，根据所选3种木质纤维的特点，采用较高的用量0.5%（纤维与集料之比）来进行评价，试验结果见表2。
表2　不同木质纤维析漏试验结果
纤维种类　　　　　　　　析漏损失%
　　　　　第一次　　第二次　　第三次　　平均
木质纤维A　0.316　　0.499　　　0.463　　0.426
木质纤维B　0.078　　0.084　　　0.091　　0.084
木质纤维C　0.266　　0.479　　　0.195　　0.313
　　从表2可以看出，木质纤维B的吸没性能明显优于木质纤维A与木质纤维C，因此通过本试验确定采用木质纤维B进行进一步评价试验，以下将木质纤维B统一简称为新型纤维。
　　采用相同的级配，根据经验值采用6.0%的油石比用油量，沥青为SK70号沥青，新型纤维分别采用0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（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。
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　　平均
　0.4　　　　0.152　　0.215　　　0.093　　0.153
　0.6　　　　0.068　　0.074　　　0.081　　0.074
　0.8　　　　0.057　　0.083　　　0.071　　0.070
　1.0　　　　0.061　　0.037　　　0.039　　0.046
　　从图1可以看出，纤维掺量从0.4%增加到0.6%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0.6%的纤维量是比较合适的，而当纤维掺量增加到0.8%和1.0%时，析漏损失减少幅度并不明显。综合析漏试验结果及经济考虑，确定新型纤维掺量0.6%（纤维与集料之比）为最佳掺量。
3、新型纤维SMA的车辙性能评价
3.1　最佳油石化的确定
　　在确定了新型纤维的最佳掺量后，对该纤维的抗车辙性能进行评价，仍采用级配SMA－10。马歇尔试验的试验结果见表4。
表4　　马歇尔试验结果
油石比%　空隙率%　VMA%　VFA%　稳定度KN　流值0.1mm
　5.6　　5.179　　17.1　69.4　　7.1　　　30
　6.0　　4.473　　17.3　72.7　　6.8　　　28
　6.4　　2.692　　16.9　83.1　　7.1　　　38
规范要求 3-4.5　  ＞17  70-85   ＞5.5    20-50
    根据表4的马歇尔试验结果，确定该级配的最佳油石比为6.1%。
3.2　掺加不同木质纤维的试验结果及分析
　　根据马歇尔试验结果，以6.1%的油石化作为最佳用油量进行了车辙试验。新型纤维的用量为0.6%，同时采用某国产木质纤维和德国某进口木质纤维进行了对比试验（用量均为0.3%），用沥青路面分析仪（APA）进行了车辙性能评价，即在60℃条件下对旋转压实仪成型的试件进行8000次轮压，测其车辙深度，车辙深度值越大表明其抗车辙性能越差，试验结果见表5。
表5　不同木质纤维的车辙试验结果
纤维类型　　　　　车辙深度mm　　　　　平均车辙深度mm
　　　　　　　　　试件1　　试件2
新型纤维　　　　　4.1　　　4.5　　　　　　4.3
某国产木质纤维　　3.3　　　4.5　　　　　　3.9
某进口木质纤维　　5.1　　　5.7　　　　　　5.4
　　从车辙试验结果可以看出，在纤维掺量为0.6%时，新型纤维的抗车辙性能优于进口纤维，比国产木质纤维的抗辙性能要差，但抗车辙性能没有本质的差别。
　　图2结果还显示进口木质纤维的抗车辙性能最差，以在前对3种进口木质纤维的评价中也发现，同为进口木质纤维，其性能有很大的差异，这再一次表明目前对木质纤维的性能评价要有足够的重视，应制定合适的评价方法，进行正确的性能评价。
3.3　掺加新型纤维的SMA与普通及改性沥青混合料高温性能对比分析
　　加入新型纤维的SMA混合料还与普通级配混合料及使用改性沥青的混合料的抗车辙性能进行了比较，采用AC－10级配，成型了普通沥青混合料与SBS改性沥青混合料，进行了APA车辙试验，结果见表6。
　　从图3可以看出，新型纤维SMA混合料的抗车辙性能明显优于AC沥青混合料，但与SBS改性沥青的抗车辙性能相比，还有一定差距。因此建议在使用纤维时，应配合使用性能良好的改性沥青，以进一步提高混合料的抗车辙性能。
表6　SMA与AC级配车辙性能比较
混合料类型　　　   车辙深度mm　　　　　平均车辙深度mm
　　　　　　　   试件1　　　试件2
纤维SMA　　　　   4.1　　　　4.5　　　　4.3
AC10　　　　　    6.9        7.1        7.0
AC10+SBS改性沥青　2.1        2.3        2.2
4、结语
  　（1）所选用的新型木质纤维具有较好的吸油性能，掺加该纤维的SMA有较好的高温稳定性。
　　（2）纤维的使用性能对SMA性能有很大影响。进行SMA设计时不仅要注意集料级配和沥青对SMA性能的影响，还应当注意纤维的使用性能及掺量对SMA性能的影响。
　　（3）纤维在SMA中的掺量不应是固定的，针对不同的纤维，应通过实验研究确定其在SMA中的最佳掺量。
　　（4）纤维的吸油性能可以通过析漏试验进行评价，但析漏损失0.2%的标准较低，应当提高。
　　（5）车辙试验是评价纤维是否有效及所有掺量是否合适的重要方法，在车辙试验评价纤维性能时，最好采用非改性沥青，以突出纤维使用性能对SMA性能的影响。　　　

热用密封胶开槽贴缝处理工艺的应用
李宝强
（京珠高速公路广珠段有限公司　　中山市　528445）
　　摘要：介绍京珠高速公路广珠段沥青混凝土路面裂缝的产生及封闭处理工艺－－热用密封胶开槽贴缝处理工艺的应用，该工艺改善了沥青混凝土路面裂缝密封效果，提高了有效密封寿命和路面使用寿命。
　　关键词：沥青混凝土路面裂缝；传统工艺；密封胶；开槽贴缝工艺；技术要点
　　京珠高速公路广珠段（下称广珠段）位于北京－珠海高速公路的最南端，北起广州市番禺区的塘坑，南至珠海市的金鼎，全长63.65km，其中沥青混凝土路面长41.92km，软基占新建路基总长的85%。由于受路基不均匀沉降影响，全线沥青混凝土路面出现了较多裂缝，大部分裂缝出现在软基路段及过渡性路面段，初期产生的是微小裂缝，对路面的使用性能无明显影响，但随着时间的推移和一年四季的气温变化，导致裂缝宽度不断变大。由于表面水的侵入，使用缝两侧路面结构层，特别是裂缝附近的土基含水量加大，甚至饱和，使路面强度明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，在路面裂缝位置甚至产生冒浆。广珠段沥青混凝土路面的裂缝发展迅速，详见表1，沥青混凝土路面的表面裂缝的维修和养护长期以来一直是困挠众多养护单位的棘手问题，必须对沥青混凝土路面产生的裂缝及时修补。
表1　广珠段近年沥青混凝土路面裂缝数量统计表
　　项目　　　　2001年　　2002年　　2003年
裂缝总数量/条　　726　　　1584　　　　2116
裂缝总长度/m　　9827　　　14965　　　18830
　　在2001年广珠段沥青混凝土路面裂缝出现初期，我公司就对早期产生的裂缝采用传统工艺－－直接灌注乳化沥青进行封闭处理。由于乳化沥青粘性较差，冬天易变脆，天热易发生流动、产生轮迹，而且使用寿命低，处理及时性差，维修后的裂缝失效率半年内在85%以上，1年后基本全部失效，须重新灌注。这不仅加大了养护工作量，还增加了养护费用，频繁的路面维修作业也给车辆通行造成诸多不便和不安全因素。
　　为解决这一问题，2003年4月我公司针对所属路段沥青混凝土路在产生的裂缝，对其分布和发展情况进行了详细调查，并去外省对有高速公路沥青混凝土路面裂缝成功处理经验的单位进行了考察，决定采用“路斗士”密封胶处理路面裂缝，取得了较好的效果。目前广珠段高速公路全路段采用专用开槽机械灌注“路斗士”密封胶对沥青混凝土路面裂缝进行处理，其工艺方法为：采用专用开槽机开槽，利用水泥混凝土路面嵌缝机作为灌缝机，进行热用密封胶的灌缝处理。
表2　沥青混凝土路面裂缝处理方法的对比
　　项目　　　　采用“路斗士”密封胶开槽处理　　　乳化沥青直接灌缝
造价/（元/m）　　15（槽宽12mm*深12mm）　　　　　　　　6
1年后失效率%　　　　　　　0.2　　　　　　　　　　　　100
处治及时性　　　　　　　　好　　　　　　　　　　　　　差
开放交通时间/h            0.5-1                       3
　　从表2可以看出，作为预防性养护的一种方法，用密封胶处理路面裂缝有较高的综合性能，其工艺流程所需的主要设备是1台装有旋转式碳钢切缝刀头的开槽机和1台灌缝机，适用材料为“路斗士”H1190热用型高分子聚合密封胶。
1、热用密封胶开槽贴缝工艺流程
1.1裂缝开槽
　　开槽灌缝施工必须在严格的质量监控体系下，由经过正规培训的操作人员进行操作。选取需开槽灌缝的沥青混凝土路面裂缝，按照开槽机上的浓度指示器调好切割浓度，为达到最佳密封效果，宜将裂缝开凿成深度12mm、宽度12mm（由刀具的厚度决定）的槽口，即深宽比为1：1。开槽机尽可能按切割段的裂缝尺寸对准裂缝中线，切割出均匀的正/长方形凹槽。
1.2裂缝清理
　　开槽后，用高压气体喷射设备（吹风机）清出缝内的碎石和粉末等杂物，然后用钢丝刷沿凹槽刷出干净的表面，吹风机必须对裂缝周边和裂缝槽至少进行2遍高压喷气清理。第一遍清除裂缝内杂物时，喷气嘴应在距离裂缝不大于5cm的位置，第二遍距离可以较远些，以便清除裂缝和裂缝周边的所有松散颗粒和杂物。
1.3裂缝填封
　　采用专用灌缝设备在清缝工序完成后立即灌注，而且必须灌注在干净、干燥的裂缝中。程序：用高温火焰烤热清理过的槽口，紧接着沿烤热的槽口灌注加热好的填缝胶（温度必须介于190℃－200℃之间），灌注时要自下而上充分填满，应避免在填料下部产生气穴。必须注意的是：每条裂缝的灌注工作是连续的，如出现轻微龟裂裂隙可采用橡胶抹平板来摊铺填缝材料。在填封材料灌注完成后可在表面撒砂子或干细骨料。理想的密封表面应比裂缝宽一点，以确保密封胶与裂缝两壁紧密粘结，并在裂缝表面形成T形密封层。
2、开槽贴缝技术要点及注意事项
　　（1）开槽机锯片必须对准裂缝中线，切割出均匀的正/长方形凹槽。
　　（2）开槽后必须利用吹风机并配合钢丝刷把裂缝及周边清理干净，以防止填缝料与路面之间浮有杂物，影响粘结效果。
　　（3）必须用火焰枪热清理过的槽口，并注意烤缝温度，确保灌缝前工作面温度不低于60℃，紧接着沿烤热的槽口灌填缝胶。
　　（4）确保密封胶的加热温度在190℃－200℃之间，控制出料温度不低于190℃，湿度过高时密封胶老化变质降低使用性能，温度过低则无法操作。
　　（5）每条裂缝的灌注工作是连续的，并在裂缝表面形成T形密封层。
　　（6）灌缝贴缝施工后开放交通时间必须在30min后，以确保一定的结合时间，可适当在封缝表面撒砂子或干的细骨料，防止开放交通后车轮带走灌缝料。
　　（7）禁止在路面潮湿或温度低于4℃的环境下施工，否则将会降低密封胶的粘合力，易造成脱落，影响施工质量。
　　广珠段高速公路于2003年5月开始对全线较严重的沥青混凝土路面裂缝（即缝宽较大并冒浆）用热用密封胶开槽贴缝工艺进行封闭处理，统计到2003年底共处理沥青混凝土路面裂缝1512条，约10832m。至2004年4月份对所处理过的裂缝进行调查，并发现有填缝料老化，但发现14条共38m长的裂缝由于施工质量（填缝料烧焦、缝槽未清理干净等）引起的脱皮，分别占总数量及总长度的0.93%和0.35%。今年我公司还将继续对全线沥青混凝土路面剩余裂缝及新发展裂缝用热用密封胶进行封闭处理，为了避免对沥青混凝土路面过多的开槽导致路面的破坏，规定对于缝宽≥4mm的裂缝才进行开槽贴封处理，而缝宽＜4mm的微小裂缝则直接对其贴封处理。
　　对沥青混凝土路面裂缝的开槽贴封处理，由于为被填补的材料开出一个小的、新的接触面，去除了裂缝边缘老化的沥青材料以确保填封材料与接触面长久的粘合，是成功修补裂缝最重要也是最经济的修补方法。开槽贴缝工艺在沥青混凝土路面裂缝处理的应用是改变传统密封施工方式的新型工艺，不仅改善了沥青混凝土路面裂缝密封效果，而且还提高了有效密封寿命和路面使用寿命。它是一种施工简便、效果长久的新工艺，能有效地降低施工强度，保护施工人员，减少事故发生的几率，是一种较好的路面养护手段。