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2017年论文 短切玄武岩纤维在沥青路面上的应用

 陈静波1,丁芳1
 
(1.海宁安捷复合材料有限责任公司,浙江,海宁 314400 )
摘要:短切玄武岩纤维是一种新型的环保纤维,也是目前正快速发展的纤维增强材料。本文主要从玄武岩纤维特点的介绍入手,对目前短切玄武岩纤维在沥青混凝土中应用的优势进行了分析和总结,提出了玄武岩纤维在沥青混凝土路面中应用的一些施工方法,并对短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的应用前景作了展望。
 
关键词:短切玄武岩纤维  混凝土  应用
 
1   前言
近年来,随着我国公路工程建设的迅猛发展,沥青混凝土结构技术进步飞速,日新月异,并取得了大量的成熟、优异的技术成果。目前,沥青混凝土已经广泛应用于公路建设领域,突出了其在建设项目中的重要地位。然而,在看到取得成就的同时,我们也应知道沥青混凝土路面的变形损坏问题也日益严重。路面严重的坑洼、变形会对行车安全造成极大的影响。短切玄武岩纤维是一种新型的纤维材料,其独特的力学性能、良好的稳定性和较高的性能价格比,使其成为一种优良的混凝土增强材料【1】。本文接下来就将对短切玄武岩纤维的特性进行着重介绍并对短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的实际应用进行一些探讨。
 
2   短切玄武岩纤维性能
2.1 定义
短切玄武岩纤维,是由相应的玄武岩纤维基材为原料短切而成的长度小于50mm,能均匀分散在混泥土中的无机矿物纤维【2】。
2.2 短切玄武岩纤维的性能
短切玄武岩纤维拥有高轴向的抗拉强度和高模量的优异性能,其抗拉强度为1050-1250 MPa,弹性模量大于34 GPa【3】;短切玄武岩具有突出的耐高温性,使其可以在为零下269至650摄氏度范围之间连续工作;其在腐蚀性介质中(酸、碱、盐溶液)具有较高耐腐蚀性和化学稳定性,在饱和的碱性溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能,单丝断裂强度保留率大于75%;短切玄武岩纤维还可与无机粘合剂相容,吸湿率小于1%,吸收能力不随时间的变化,这就证明了它在使用过程中的材料稳定性,长寿命和环境协调性;此外,短切玄武岩纤维还具有良好的绝缘性能、高温过滤、抗辐射、透波性好等特点【4】。

3   短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的应用分析
短切玄武岩纤维沥青混凝土主要是将短切玄武岩纤维按合适的比例添加到路面用沥青混凝土材料中,经过严格配比、温度、湿度、搅拌时间等符合的情况下拌和而成。
众所周知,除了玄武岩纤维,聚酯纤维、木质纤维、矿物棉纤维等纤维材料都可以作为增强材料应用到沥青混凝土的增强中。然而多年来的使用情况表明,这几种纤维作为增强材料应用到沥青混凝土中时都存在一些问题,例如抗老化性能弱,加强作用薄弱,对人体有害等。而短切玄武岩纤维的出现从材料和办法上都填补了一个空白,能有效解决现有沥青混凝土路面存在的问题,并起到了一个极大的推动作用,其在沥青混凝土路面中的作用表现在以下几个方面:
(1)短切玄武岩纤维由于其吸水率低,掺入沥青混凝土中,可以使沥青路面厚度增加,不易使路面由于吸水膨胀而出现路面开裂、路基不稳的问题。
(2)短切玄武岩纤维除了可以与钢材纤维一样,可以利用其高模量和高抗拉强度的优势,防止裂缝出现后的继续扩大,同时还可以避免钢材纤维在搅拌时易结块,不利于泵送,施工流程复杂的情况。
(3)短切玄武岩纤维属于典型的硝酸纤维,其具有很好的相容性,并且由于它表面是毛绒状态,可以吸附沥青,使玄武岩纤维在混凝土中均匀分布,形成牢固的界面层,以此来提高沥青混凝土路面的抗老化,耐久性。
(4)短切玄武岩纤维具有十分优越的耐温度应变性。其工作温度范围再零下270至651摄氏度之间,在高温的环境中都能保持稳定性,并能阻止混凝土中矿料元素的滑移,增强其稳定性,从而使沥青混凝土路面的高温抗车辙应变力得到有效改善。此外,短切玄武岩纤维还具有极好的耐低温性能,尤其对于提高沥青混凝土路面的抗低温裂变能力效果显著。
综上所述,短切玄武岩纤维添加到沥青混凝土中,可以提高沥青混凝土路面的的抗冲击性能,抗车辙能力,提高其力学性能。具体而言,短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中起着关键的作用,如抗裂、防渗、耐久性、抗冲击、抗拉强度和美观等。
 
4   短切玄武岩纤维沥青混凝土的施工方法及注意事项
4.1 施工温度
短切玄武岩纤维沥青混凝土的施工温度不宜太低,因为短切玄武岩纤维会增强沥青的粘滞性,所以短切玄武岩沥青混凝土的施工温度宜高于普通沥青混凝土,否则会容易出现搅拌不均匀的现象。
4.2 施工质量控制
短切玄武岩纤维沥青混凝土施工质量控制,应注意短切玄武岩纤维混凝土中各组成材料检验、计量和搅拌工序的质量控制。
4.2.1级配
在实际施工中,应根据工程要求在合理的范围内选择不同的短切玄武岩掺量。由于短切玄武岩纤维本身不与其他混凝土成分及外加剂发生反应,纤维的掺量亦不会改变原混凝土的配合比。在施工期间,短切玄武岩纤维混凝土各种材料的质量,应按施工配合比和一次搅拌量计算确定,何军拥,田承宇等通过正交设计的实验方法研究出了玄武岩纤维增强混凝土的极好配合比,试验中选取纤维掺量,水胶比、粉煤灰掺量、砂率、单位用水量五个因素作为主要因素【5】。

 
    实验表明,并不是短切玄武岩纤维的掺量比越高,混凝土的抗裂效果就越好 ,在1.2kg/m³里以内,混凝土的抗压强度随着短切玄武岩纤维掺量的增加而增强,随后减小又增加,呈一个曲线形式【6】。
4.2.2投料顺序及方法
在短切玄武岩纤沥青维混凝土搅拌过程中,应当考虑短切玄武岩纤维的加料顺序。使用时将短切玄武岩纤维与砂、石等骨料同时加入,极好是添加沙子和石头的同时,短切玄武岩纤维在沙子中加入,然后加入沥青和湿混合搅拌。
纤维加入方式可分为人工加入和自动加入。人工加入是指在热骨料掺入搅拌罐后,人工将称量好的短切玄武岩纤维投入,但其缺点是劳动强度大,混合均匀性不高,且需要根据实际情况,延长搅拌时间,以保证纤维在沥青混凝土中分散的更均匀。自动投入是指利用玄武岩纤维投料机自动计量需要加入的用量并随拌合机的热集料一起投入拌锅。纤维送料机具有自动计量、预粉碎和风送机构等优点,具有便捷、快速、精确的添加纤维功能。在实际应用中,则应根据实际施工情况选择合适的方法。
4.2.3摊铺注意点
首先,应当注意摊铺面的清洁;然后预热摊铺机熨平板到120摄氏度,同时注意摊铺速度,控制在每分钟3至4米左右;铺松系数应按工程实际试铺而定;摊铺温度应当保持在160摄氏度【7】。
4.2.4成型及养护
掺加短切玄武岩纤维的混凝土在成型时除了应保证沥青混凝土充分压实外无特殊要求,在高温条件下尽可能碾压瓷实。
 
5  短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的应用实例简述
杭金衢高速公路是国家规划中的国道主干线"五纵七横"之一横--上海至瑞丽高速公路的组成部分,也是浙江省跨世纪发展战略的重要组成部分。近几年来,由于金华段长时间持续的高温天气,交通车量的增加和重载荷情况严重,沥青路面面层发生严重凹凸变形,车辙病害显著。车辙的形成不仅会影响路面的平整度,而且还会危及到汽车的安全稳定性,导致交通事故的发生。
为探寻科学有效的提高路面抗车辙能力的方法,确保高速公路安全畅通,并力求处治车辙病害简易方便、施工工期短、养护费用低,杭金衢高速公路K143+512-K144+141衢向段于09年7月16日采用了加玄武岩纤维AC-13改性沥青混凝土进行罩面养护试验【8】。
从处理效果看,加入短切玄武岩纤维后,沥青混凝土路面的高温稳定性有了很大的提高,增强了路面的耐久性,延长路面的使用寿命,并减少二次车辙的发生,为行车安全提供了强有力的保障。

6   结束语
短切玄武岩纤维,其独特的力学性能,良好的稳定性和较低的成本,使其成为一种优良的混凝土增强材料。短切玄武岩纤维增强沥青混凝土的应用前景十分广阔。无论是经济效益还是社会效益,都将取得双赢的局面,同时成为今后公路建设领域主要的建筑材料之一。
 
参考文献
[1]武迪,邵式亮. 玄武岩纤维混凝土的特性及应用[J]. 路基工程,2010,02:37-39.
[2]方良萍. 玄武岩短切纤维在市政道路建设中的应用[J]. 城市道桥与防洪,2015,11:195-198.
[3]齐建林,朱江. 玄武岩纤维在混凝土中的应用与研究进展[J]. 混凝土,2011,07:46-49.
[4]张远成. 玄武岩纤维混凝土的研究和应用现状[J]. 四川建材,2012,02:32-33.
[5]李国文. 大掺量粉煤灰高强混凝土的试验研究[D].西北工业大学,2004.
[6]付其,马芹永,朱迎. 钢渣粉和玄武岩纤维对混凝土压拉性能影响的试验分析[J]. 科学技术与工程,2015,33:224-227.
[7]JTJ052-2000,《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》,人民交通出版社,2000-8
[8]丁优松.浅谈玄武岩纤维在高速公路沥青路面养护中的应用[J],交通世界,2013(7)
 
 
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