公交专用车道采用彩色沥青混凝土, 具有色彩绚丽、舒适度高、区分及诱导交通等优点^[1,2], 20世纪70年代日本已开始在公交车道推广应用。常规彩色沥青混凝土由彩色结合料、集料及着色剂按照一定比例经加热、搅拌、碾压而成。铺筑绚丽多彩的彩色沥青路面, 可以与道路周围的建筑艺术更好地协调, 体现出一个国家或一座城市的特色和风格, 提升整座城市的形象和功能, 更能显示出现代化都市的气派和魅力^[3]。

本文依托珠海市翠微路路面改造及美化工程, 将原路两侧的绿化带改造为3.5m宽彩色沥青混凝土公交专用车道。由于珠海多雨、高温天气较多, 加之公交停靠站台又需频繁制动和起步, 因此路面易产生车辙及坑槽等病害, 常规的彩色沥青混凝土难以满足要求, 故添加了增强PAN纤维对彩色沥青混合料进行改性, 提高路面抗车辙和水稳定性能。PAN纤维是一种合成纤维, 主要成分是分子量约为100 000的聚丙烯腈^[4]。为此, 研究增强PAN纤维彩色沥青混合料配合比设计, 对比研究增强PAN纤维彩色沥青混合料与普通彩色沥青混合料的高温稳定性与水稳定性, 为推广应用增强PAN纤维彩色沥青混合料提供依据。

彩色沥青结合料是经石油化工产品调制而成的具备道路石油沥青性能的可以着色或无色的黏结材料, 本文采用深圳海川新材料科技股份有限公司生产的OP-50彩色沥青结合料, 技术指标如表1所示。

着色剂选择无机颜料, 并且应在长期日光照射下不易褪色、不分解、不溶于水, 易在彩色沥青中分散, 在施工温度范围内不反应, 具有优良的耐候性。根据工程经验, 本文着色剂添加量为混合料的2.5%, 着色剂技术指标如表2所示。

本文采用海川 Dolanit AS-PAN 路用增强纤维, 其中抗拉强度≥1 000MPa、弹性模量≥25GPa。海川 Dolanit AS-PAN 路用增强纤维的添加量为沥青混合料的0.3%, 增强PAN 纤维需与集料干拌分散, 再喷入结合料进行湿拌。

彩色沥青混合料集料有粗集料、细集料等。粗集料的技术要求需满足CJJ/T218—2014《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》相关技术要求^[5]。 细集料宜采用机制砂。彩色沥青路面颜料应作为填料使用, 但不能完全替代填料, 细集料和填料的技术要求需满足《城市道路彩色沥青混凝土路面技术规程》相关技术要求。

本文依托珠海市翠微路改造及美化工程, 并结合大量实际工程的级配进行对比分析, 初拟3种级配 (级配1、级配2和级配3) , 如表3和图1所示。

本项目采用经验油石比为4.9%, 对以上3种级配进行马歇尔试验, 试验结果如表4所示。增强PAN纤维彩色沥青混合料的制备工艺为:首先将沥青混合料质量0.3%的Dolanit AS -PAN 路用增强纤维先与热集料干拌120s, 然后喷入彩色沥青结合料拌合60s, 最后加入着色剂及填料拌合60s。

从表4中可以看出, 级配1和级配3的孔隙率均超出规范规定的3%～6%, 而且矿料间隙率VMA和沥青饱和度VFA均不满足规范要求, 而级配2的各项马歇尔体积参数均满足规范要求, 故本文后续研究将采用级配2作为设计级配。

分别采用4.0%, 4.4%, 4.8%, 5.2%, 5.6% 5种油石比成型马歇尔试件, 测定试件的马歇尔体积参数和力学指标, 最终确定彩色沥青结合料的最佳油石比为4.85%。试验结果如表5所示。

依据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定^[6], 用城市主干道通过车辙试验的动稳定度指标评价彩色沥青混合料的高温稳定性能。试验结果如表6所示。

由表6可知, 添加增强PAN纤维的彩色沥青混合料的高温稳定性提高了89.4%, 说明添加增强PAN纤维对彩色沥青混合料的高温稳定性能改善明显;其中, 增强PAN纤维通过加筋作用将集料与彩色沥青混合料形成嵌锁结构, 增强混合料的内摩擦角, 提高悬浮-密实级配的高温稳定性能。

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定, 同时由于残留稳定度试验结果几乎均可满足规范要求, 而冻融劈裂试验试件的状态更接近路面真实条件^[7], 故本文采用冻融劈裂强度比指标评价彩色沥青混合料的水稳定性能。试验结果如表7所示。

通过表7所示试验结果可以得出, 添加增强PAN纤维的彩色沥青混合料的冻融劈裂强度比提高了6.8%, 说明添加增强PAN纤维后彩色沥青混合料的水稳定性能得到明显改善。其主要是通过增强PAN纤维界面作用增强沥青混合料的黏稠性和稳定性, 提高彩色沥青混合料的水稳定性能。

彩色沥青公交车路面施工主要分为生产、运输、摊铺、碾压等几个工序, 所使用的主要设备都借助常规普通沥青的施工设备^[8], 但需对施工设备进行清理、改造。

本文依托珠海市翠微路路面改造及美化工程, 将黑色沥青路面成型后预留彩色沥青路面公交专用车道, 彩色沥青公交专用车道路面施工工艺流程如图2所示。

由于彩色沥青施工需要借助黑沥青拌合楼及相关施工机械进行, 防止黑色沥青残留对彩色沥青路面污染^[9]。其中, ①彩色沥青混合料生产时, 宜设立专用沥青储罐和沥青管道, 清理沥青泵和沥青称量装置, 并利用热的粗集料对拌合缸进行3～5次干拌彻底清理;②对运输沥青混合料车辆黑色沥青的残留污染物进行清洗;③对摊铺机及钢轮压路机进行清洗;④施工后应封闭交通, 防止污染, 路表温度降至40℃以下时方可开放交通。

彩色沥青路面施工对温度要求更严格, 尤其需控制混合料的出料温度不得过高, 防止着色剂发生变色而影响路面效果。各环节温度控制如表8所示。

采用增强PAN纤维, 混合料生产时需先与热集料拌合, 一般拌合时间为15s, 若分散不均匀, 需增加拌合时间5～10s, 防止纤维结团, 影响路面性能及美观。

1) 进行增强PAN纤维彩色沥青混合料配合比设计, 确定了最佳油石比为4.85%。

2) 添加增强PAN纤维的彩色沥青混合料的高温稳定性能和水稳定性能都得到明显改善。

3) 增强PAN纤维彩色沥青路面施工质量控制 关键点为:防止污染、温度控制及纤维拌合分散。

4) 增强PAN纤维应用于机动车彩色沥青路面效果良好, 解决了机动车彩色沥青路面的车辙和水损害问题。