沥青混合料性能、使用环境与路面损害的关系PPT

1、沥青混合料性能、使用环境与路面损害的关系Basic Relations Among Asphalt Mixture Properties, Working Environment and Pavements Premature Destruction,刘立新 (L.X. Liu) 哈尔滨工业大学 材料科学与工程 博士 副教授 Ph.D. 被美国40多个州广泛采用; 乔治亚州曾于1994年规定:所有州际公路一律采用; 对乔治亚州的交通事业发展做出了重要贡献：乔治亚州已经连续多年被美国联邦公路总署 （FHWA）评为建有全美最佳州际公路的州，在21133英里的州际公路中只有42英里即0.2%的路况不

2、好,Keep Fibers Dry,Fiber Hopper Loose,Monitor Loose Fiber Introduction,谢谢大家! Thank You All.推荐一本书： 沥青混合料粘弹性 力学与材料学原理 刘立新 著 人民交通出版社 2006年1月发行,为何有机类纤维不适合作为路用纤维,木质素纤维（用于SMA）： 1. 纤维强度太低：起不到加强作用； 2. 与沥青产生高温溶解或分解反应： 纤维自身性能被破坏; 沥青将变得更脆; 3. 纤维吸水： 降低沥青集料界面结合力，易造成剥离； 4. 无法再生利用 5. 浪费沥青,为何有机类纤维不适合作为路用纤维,聚脂类纤维 (AC

3、,桥面,坡道等) 1. 纤维强度不高: 难以起到加强作用; 2. 与沥青产生高温溶解或分解反应 纤维自身性能被破坏; 沥青将变得更脆; 3. 低温脆化 4. 与沥青的表面亲和力不强 5. 无法再生利用,为什么福倍安矿物纤维是最理想的选择 ,福倍安道路专用矿物纤维是美国福倍安 公司(Fiberand Corporation)为沥青路面应 用而开发的专利产品。它以特选的玄武岩为 原料，经过特定的预处理后，在1600高温 熔融提炼抽丝制成,福倍安道路专用矿物纤维,Asphalt Stabilizer Asphalt Reinforcement,美国最大的纤维供应商,Largest Supplier

4、of Fiber in USA,三. 福倍安矿物纤维对沥青混合料性能的巨大改善,福倍安矿物纤维对各种沥青混合料均具有显著的作用： 高温性能(抗车辙变形能力):提高约35% - 40%； 低温性能(抗裂能力): 提高约60% - 70%; 疲劳耐久性: 提高100%以上; 水稳定性： 可避免早期水破坏的形成,3.1. 福倍安矿物纤维在SMA与OGFC中的应用,SMA 混合料的构成,70%#7 13%#89 10%#810 7%Min. Filler,Example,Coarse Aggregate Fine Aggregate Mineral Filler + AC + Fiber,1. 有效防

5、止沥青流失,矿物纤维可有效防止沥青流失,2提高沥青混合料抗老化性能,纤维可减轻老化约20%-40%，改性沥青约减轻0-20,3. 提高抗拉性能及低温抗裂能力,A. 提高沥青混合料抗拉强度：比加木纤约高25,3. 提高抗拉性能及低温抗裂能力,B. 提高沥青混合料韧性： 比加木纤约高30%; 注意: 加纤维的SMA 比不加纤维的AC的韧性仍低约30%。可以想象，不加纤维的嵌挤结构混合料（如AK，AM）多么脆弱,3. 提高抗拉性能及低温抗裂能力,C.提高冻融劈裂残余强度：大大优于木纤,4. 改善沥青混合料的水稳定性,浸水残余强度TSR (%)：大大优于木纤,5.提高沥青混合料疲劳耐久性,福倍安矿物纤

6、维可提高疲劳常数a达2至3个数量级（约80-400倍），比木纤约高10倍。改性沥青提高疲劳常数a约60倍,6提高抗车辙变形能力,A.车辙变形速率: 可降低3-5倍,改性沥青可降低 5-20倍,6提高抗车辙变形能力,A.车辙变形速率: 比木纤约降低50,6提高抗车辙变形能力,B. 提高动稳定度: 比木纤约提高80,3.3. 福倍安道路专用矿物纤维在水泥路面上加铺沥青面层的应用,可大幅提高沥青混合料的抗拉强度与韧性，有效增大沥青膜厚度并增大沥青粘合剂的弹性。因此，可有效阻止反射裂缝的产生。 有效沥青膜厚度的增大及抗拉强度的提高，可减少反射裂缝发生后松散与剥离的产生,8 Years Old,3.4.

7、 福倍安道路专用矿物纤维在桥面铺装，坡道，隧道等的应用,可大幅提高沥青混合料的抗拉强度与韧性，有效增大沥青膜厚度并增大沥青粘合剂的弹性。因此，可有效阻止反射裂缝的产生。 有效沥青膜厚度的增大及抗拉强度的提高，可减少反射裂缝发生后松散与剥离的产生,四.福倍安矿物纤维的经济成本可行性,单价: 20,000元 / 吨; 单位用量建议: 0.4% (混合料); 每立方混合料纤维成本: 200元; 每平方米面积成本: 2元/公分厚; 减少路面厚度进一步降低路面造价的可行性 (技术讨论,四.福倍安矿物纤维的经济成本可行性,8-6-4面层结构 6-5-4面层结构+矿物纤维 路面成本 180元/平米 168元

8、/平米 抗车辙能力 没有提高 提高40%以上 抗温度裂纹能力 没有提高 提高60%以上 抗反射裂纹能力 提高20% 提高60%以上 抗微观收缩裂纹 （抗早期水破坏） 没有提高 提高60%以上 疲劳耐久性 提高20% 提高100%以上 比较基准：6-5-4路面结构，不加纤维,五. 福倍安矿物纤维在中国的推广应用,中国公路面临严峻考验 客观因素: 超载严重, 气温变化快; 公路情况: 路面早期破坏严重,普遍 无法达到设计寿命,福倍安矿物纤维是解决中国公路问题的重要手段,2004年:开始在中国的推广工作; 2005年: 引起了交通部及学术界的关注; 交通部公路司已决定推广使用; 交通部科技司已决定立

9、项研究; 受到了若干省交通厅的重视; 进入路面应用:山东,河北,河南, 山西,内蒙,湖南等,六. 福倍安矿物纤维的拌合与施工,1. 对于间隙式拌合楼（Batch) 预先将矿物纤维称重包装，每拌合一锅，投入一包。干拌时间为8-12秒,湿拌时间35秒。采用SBS改性沥青时的拌合温度为163度。 2. 对于连续式拌合楼（Drum） 纤维将被机械自动打散，再利用风力将打散的矿物纤维送入拌合机的拌合锅中。纤维的喷入口靠近沥青加入口，使纤维可直接喷入沥青中，与喷入沥青同时进行。 无需增加干拌和湿拌时间，生产效率高,福倍安道路专用矿物纤维添加量选择,添加量选择依据： 1）沥青混合料结构 2）路面性能要求 现

10、在应用情况： SMA沥青混合料：0.3%-0.5%； OGFC沥青混合料：0.5%； AC沥青混合料：0.2%-0.5,Issues with Fibers,Feed can clog add clear sight glass Introduce loose fiber just after AC introduced otherwise may clog baghouse Feed is typically by mass if the workers lean on the feeder, it will cause surges Fibers must be included in i

11、gnition furnace calibration impossible to separate AC and Fiber changes,Build Up in Truck Beds,Truck drivers hate having to clean out mix. Build up of mix reduces net weight trucks haul,Truck Bed Release Agents,Trucks Properly Loaded with Three Drops,Insulated and tarped trucks,Paver Set Up,Roll dow

12、n is only about 10-15%, about half of dense graded mixes,Heat All Parts of the Paver that Contact the Mix,Bad Texture due to Cold Screed Extension,Remixing MTV is Recommended,Care must be taken not to allow SMA to cool in a transfer vehicle,Fat Spots on the Roadway,Generally Cosmetic,Fat Spots - Cau

13、ses,Lack of or inconsistent distribution of fibers Excess release agents in trucks Excess temperature Excess tack coat Inconsistent mineral filler feed Excess moisture in mineral filler Build up on Silo gates and paver conveyors,Compaction,3 wheeled rollers (10 to 12 T) work well No pneumatic roller

14、s Care with vibratory rollers Density of 94 % minimum Roller speed 1 to 3 mph Within 500 feet of laydown machine,Breakdown Roller Keep Close to Paver,Roller Close To Paver,2 Breakdown Rollers Close to Paver,Compaction Train (note three rollers,Breakdown rollers split mat to cover entire mat quickly,SMA - Compaction,Required density - 94% of Gmm Roll down is 10-15% vs 20-25% Use vibratory rollers with caution P