某高速沥青路面工程项目建议书.doc

广三高速沥青路面工程项目建议书 一、概述随着经济的高速发展，我国的道路建设事业取得令人瞩目的成就。但道路质量的通病仍未根除，我们看到有不少新建道路的沥青路面使用不久便出现损害。例如：炎热季节在重车作用下造成的车辙、推拥的永久变形，半刚性基层开裂的反射裂缝，在雨季及春融季节造成的坑槽、松散等水损害破坏。造成上述病害的原因，除了设计、施工方面的原因外，材料性能差是很重要的原因。道路的发展史就是路面材料的发展史，近年来，越来越多的新型材料进入沥青路面应用领域。其中，纤维作为一种特殊添加材料，已经普遍用于各类沥青混凝土结构中。德兰尼特AS（DOLANIT AS）腈纶纤维（Acrylic Fibers）就是近年来应用较为广泛、效果较好的一种添加剂。以下将从该纤维材料的特点及其技术、经济方面作论述。二、德兰尼特AS纤维的技术特性纤度（dtex）0.9-2.1密度（g/mm2）1.18直径（m）10-15抗拉强度（MPa）500-600长度（mm）61.5初始模量（MPa）7000-9000织物数/千克11亿断裂延伸率15-20从表中可以看出，德兰尼特AS纤维具有高模量、高强度、低质量等多种优点。适用于各类沥青混凝土结构，如SMA、AK、AC、LH等结构，特别适用于高等级路面、混凝土桥面、钢桥桥面的沥青混合料铺设。根据不同的沥青混合料种类及不同添加量，德兰尼特AS纤维在沥青混合料中能起到不同的作用效果（见后表）。沥青混凝土种类添加量（重量比）主要作用普通沥青混凝土0.3%物理改性、加筋、增韧、抗疲劳老化改性沥青混凝土0.2%加筋、增韧、抗水损SMA沥青混凝土0.20.3%稳定、加筋、增韧三、技术性分析1德兰尼特AS纤维在沥青混合料中发挥的作用A 耐疲劳、耐久、抗车辙性能；德兰尼特AS纤维的直径为15m左右，有很大的表面积，每克纤维提供的表面积可达数平方米之多。纤维分散在沥青中，其巨大的表面积成为浸润界面。在界面层中，沥青与纤维之间会产生物理和化学作用，使沥青呈单个分子排列在纤维表面，形成结合力牢固的结构沥青界面层。结构沥青界面层以外的自由沥青粘度高、粘结性强、稳定性好。与此同时，由于纤维及其周围的结构沥青一起裹覆在集料表面，使集料表面的沥青膜增大，同未加纤维的普通密级配沥青混合料相比，沥青膜约增厚65%110%。集料表面的沥青膜，有利于减缓沥青老化的速度，延长路面使用寿命。国外的经验表明，可延长使用寿命30%50%。因此，掺加德兰尼特AS纤维可大大提高路面的耐久性。华南理工大学曾经提出以冲击韧性作为指标评价沥青混合料抵抗反射裂缝能力（张肖宁、邹桂莲，评价沥青混合料抵抗反射裂缝能力方法的研究，第一届中日铺面技术研讨会论文集，2001.10）。据此，采用AAPA（Automatic Asphalt Pavement Analyzer自动式沥青路面分析仪）对于不同级配沥青混合料按照添加（图1）纤维和不添加纤维进行对比，分别测定出冲击韧性与AAPA疲劳寿命的相关关系曲线。未添加纤维添加德兰尼特纤维沥青碎石非改性沥青混合料改性沥青混合料车辙实验：不使用纤维0,3%Inorbit10,5%Inorbit10,3%Dolanit AS0,1%Dolanit AS0,3%Technz1.0,5%Technz.10,5%Arboz.10,3%Arboz.1以下图表是在奥地利联邦经济事务部的科研项目对添加纤维的高稳固沥青混合料的长期观察数据的体现，通过五年的长期观测，得出结论：加入0.1-0.3%（重量比）的德兰尼特AS纤维与不加纤维或加入其他纤维相比，路面车辙可减少35-60%。综合研究表明：在相同混合料类型和同样的冲击韧性条件下，使用德兰尼特AS纤维的沥青混合料具有相当优良的疲劳抵抗能力，说明使用德兰尼特AS纤维可以显著提高抵抗车辙和疲劳的能力，提高路面的疲劳寿命和耐久性。高温稳定性能；广东夏天时经常会出现高温天气，因此道路材料的耐温性也很重要。在沥青混合料中，纵横交错的德兰尼特AS纤维所吸附的沥青，增大了结构沥青的比例，少了自由沥青，使沥青混合料的粘滞性增强，沥青软化点提高，有效地提高了高温稳定性。4.3%B70不加纤维4.5%B70/0.3%木质素纤维4.7%B70/0.1%Dolanit AS纤维4.7%B70/0.3%Dolanit AS纤维4.7%PMB30-50改性沥青4.7%PMB改性沥青/0.1%Dolanit AS纤维从图中可以看出，使用相同的沥青，添加0.3%德兰尼特AS纤维的混合料比不添加纤维的混合料的稳定度提高了22.4%，比添加了0.3%木质素纤维的沥青混合料提高了36.5%。而且使用了改性沥青同时添加0.1%德兰尼特AS纤维的稳定度可达到17.8。加筋作用；在混合料中纤维是三维随机分布的，由于数量众多而且强度高，故分布极为广泛，对混合料的开裂起到阻滞作用，从而提高沥青路面的强度和裂纹自愈能力，减少裂缝的出现。抗拉性能的实验：抗拉性能可以通过劈裂试验和小梁弯曲试验来衡量，此次所做的混合料采用AC-16，沥青用AH-90石油沥青，沥青用量（油石比）为5.0%，添加0.3%纤维后为5.4%。试验结果如下：类别劈裂强度(Mpa)破坏荷载(KN)挠度(mm)试验温度未加纤维1.230.560.425掺加纤维1.460.700.3725从表中数据可看出，掺加了0.3%德兰尼特纤维后，劈裂强度提高了18.7%，同样在小梁弯曲试验中也可看出沥青混合料的抗弯拉强度提高了19%左右。可可以看出：掺加德兰尼特AS纤维后，沥青混合料可提高抗拉强度约19%。良好的泌水性。广东属高温多雨地区，德兰尼特AS纤维良好的泌水性能可以防止或减少水分进入沥青混合料内部，不致侵入到沥青与集料的界面中去。特别针对开级配型沥青混合料，添加德兰尼特AS纤维能明显改善沥青混合料的抵抗水损害能力。分散作用。沥青混凝土在实际应用中，由于用量颇大的沥青矿粉容易形成胶团，不能均匀地分散在集料之间，故铺筑后的路面上将容易产生“油斑”现象。纤维可以使胶团适当分散，避免油斑现象的发生。增韧作用。由于纤维吸附沥青，能够增强沥青对集料颗粒的握裹力，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力保证沥青路面的整体性而不易离析、松散，并有利于施工。2最佳纤维用量的确定最佳纤维用量及最佳沥青用量的确定是衡量纤维加筋沥青混凝土的力学性能及经济指标的重要依据。室内试验（上海市市政工程设计研究院，“多兰”（Dolanit AS）路用增强纤维在沥青路面中应用研究报告，2000.8）采用“埃索”60/70#进口沥青，沥青混合料采用LH-15标准级配，纤维用量为0.2%、0.3%、0.4%。经试验分析，0.2%0.3%为力学/经济的最佳平衡点。0.2%纤维用量0.3%纤维用量0.4%纤维用量马歇尔稳定度（kN）沥青用量（%）图2 不同纤维用量的马歇尔试件稳定度曲线由图可见，在LH-15标准级配中添加德兰尼特AS纤维越多，最佳沥青用量也就越多；当最佳沥青用量时的马歇尔稳定度随纤维的增加而增大，但当纤维用量超过0.3%后，稳定度增量不明显；当纤维用量达到0.4%后，沥青用量的不足对稳定度的影响很明显。因此，使用0.3%以上的掺量时显得既不经济也没意义，而0.2%以下的掺量对沥青混凝土加筋的作用不大。所以，采用0.2-0.3%的纤维掺量比较合理，而在如非机动车道这种要求较低的路面中也可适当降低掺量。四、经济性分析由于广三高速沥青路面工程采用开级配的沥青结构，现就沥青磨耗层提出优化设计方案：针对4cm AK改性沥青混凝土磨耗层，建议添加0.2%德兰尼特AS纤维；由试验可以看出：添加德兰尼特AS纤维后的沥青混凝土远远高于同类型同沥青含量的改性沥青混凝土的综合性能，亦有助改善沥青混凝土路用寿命。下面就广三高速沥青路面采用增强纤维做相应的经济分析，以供参考。路面为AK结构，基价相同，最终价格取决于沥青种类、油石比、纤维的添加量，沥青混合料比重以2.3吨/立方米计。参考单价：普通沥青（RMB元/吨）1800改性沥青（RMB元/吨）4000德兰尼特 AS纤维（RMB元/公斤） 50沥青种类纤维稳定剂纤维掺量油石比沥青造价纤维造价沥青胶浆造价价差（%）（RMB元 / 公分平米 混合料）改性沥青无05.3%4.94 0.00 4.94 对比价格普通沥青德兰尼特 AS纤维0.3%5.0%2.07 3.50 5.57+0.63 改性沥青德兰尼特 AS纤维0.2%5.3%4.94 2.30 7.24+2.30 改性沥青德兰尼特 AS纤维0.3%5.3%4.94 3.50 8.19+3.50 虽然使用德兰尼特AS纤维的前期成本有一定的提高，但长远来看，它将带来有较大的经济及社会效益。因为在实际使用中，普通的沥青混凝土路面须经常进行或大或小的维修，而且维修周期较短，这势必对交通造成很大的阻碍，像广三高速公路这样重要的交通动脉，保证其畅通必须加以考虑。采用德兰尼特AS纤维的工程，短期来看，可以保持路面良好的使用性能，避免封闭道路维修带来的负面影响；长远来看，可以减少养护周期，节省大量道路维修和改建费用。国内外多项重点工程应用德兰尼特AS纤维就很好地证明了这一点。五、德兰尼特AS纤维工程应用实例德兰尼特AS纤维可通用于普通沥青混合料、改性沥青混合料及SMA混合料结构中。1998年上海外环线一期工程外环线路用性能跟踪观测报告中显示，上海外环线正常运营一年以后，采用PE改性沥青并添加德兰尼特AS纤维的SMA路面的构造深度衰减最小。广州市北环高速公路交通量平均达180000辆/昼夜之多，其中重载、超载车辆约占60%以上。2000年，广州市北环高速公路桥面沥青层铺装工程，采用了德兰尼特AS纤维配制的厚度仅为5cm的SMA混合料（纤维用量为0.25%）结构。自2000年12月桥面加铺工程竣工开放交通以来，该路段经历了广州市50年以来最恶劣的气候条件，至今路面使用性能良好。2001年，湖北军山长江大桥钢桥面双层SMA铺装也采用了德兰尼特AS纤维。该项工程技术难度大，对于桥面铺装的技术要求相当高。采用德兰尼特AS纤维配制的SMA混合料性能，完全满足该项工程的技术要求。次年，该工程一致通过专家评审，并获得交通部优质工程称号。序号时 间工程名称11998年上海外环线一期工程21999年沪杭高速大蒸港桥31999年广深珠高速公路42000年广深珠高速公路桥面52000年河北石黄高速公路62000年京津唐高速南淀段改造工程72001年广州北环高速82001年广东肇庆马房钢桥桥面铺装92001年广州新机场高速102001年京珠高速湖北军山大桥钢桥桥面铺装112001年107国道河南驻马店段改造122001年武汉江汉二桥、五桥桥面铺装132001年京津唐高速天津金钟路高架桥面铺装142001年哈双高速152001年宁夏石中高速162002年湖北荆州长江公路大桥桥面铺装172003年上海泸埔大桥桥面铺装182003年东莞西四环改建工程192003年广州夏港大道改建工程202003年广东揭普高速桥面沥青铺装工程应用德兰尼特AS纤维的部分重点工程六德兰尼特纤维沥青混凝土的生产、摊铺工艺及其质量控制德兰尼特AS纤维的使用方法相当简单，无须添置任何设备或更改现有的生产及施工工艺，只要按照指定的添加量投放到沥青混合料中去，即可产生高性能的沥青混凝土，其相关工艺如下。1拌和工艺德兰尼特AS纤维采用定量包装，拌和时无须拆包，可连同包装物一起由拌和楼的观察孔投入。为确保纤维在沥青混合料中均匀分散性，应适当延长干拌时间。详细的生产工艺如下： 投料：德兰尼特AS纤维采用定量包装，人工搬上拌和楼平台。当料门闭合后，由观察孔连同包装物投入干集料中。 搅拌：集料和纤维进入搅拌缸后开始进行干拌，一般干拌时间定为2025秒，其中充分考虑了人工投料所需的时间。干拌结束后，将进入沥青油湿拌阶段，时间大约为3540秒，总搅拌时间约60秒，以搅拌均匀为原则。2