路工程建设中纤维对沥青混合料性能的影响研究

   [摘    要]  沥青路面是公路主要的路面结构形式,其破坏形式已逐渐引起人们的注意,并形成世界性范围的问题。要解决这一问题,必须加强公路工程建设中纤维对沥青混合料性能的影响研究。
   [关键词] 纤维;沥青;沥青混合料;马歇尔试验指标

  一、评价方案概述
  沥青是公路工程建设中主要用料,沥青路面是公路主要的路面结构形式,其破坏形式主要表现为车辙、开裂和疲劳破坏,水损害和反射裂缝,这已逐渐引起人们的注意,并形成世界性范围的问题。纤维在沥青混凝上AC和SMA中究竟起什么作用,其各类纤维效果情况如何,本文针对这一问题,对上述选用的聚丙烯睛纤维、聚酯纤维、木质素纤维和矿物纤维、结合AH-70重交沥青和SBS改性沥青,选定两种纤维沥青混合料 (AC-16工和SMA-16),对比分析其马歇尔试验指标、低温劈裂强度、残留稳定度、冻融劈裂强度比和高温稳定性(动稳定度)等使用性能。
  评价设计的原材料与混合料类型:
  首先,沥青。普通沥青选用AH-70。改性沥青采用的原沥青为中海石油AH-70,改性剂为深圳路安特SBS,掺量为3.8%。
  其次,集料。集料采用玄武岩碎石,填料采用水泥厂生产的矿粉。
  再次,纤维。纤维采用德兰尼特聚丙烯睛纤维和JRS公司产的木质素纤维,美国产博尼维聚酷纤维和加拿大产的福贝矿物纤维,共四种纤维。
  最后,沥青混合料。本评价沥青混合料选用AC-16工,S撇-16两种混合料的级配中值。
  二、纤维对对沥青混合料马歇尔试验指标的影响
  (一)纤维用量对马歇尔试验指标的影响
  用聚丙烯睛纤维为代表和普通沥青进行纤维用量的影响分析,矿料级配均采用规范中的AC-161的级配中值,纤维剂量为0%,0.25%,0.30%,0.35%, 0.50% 。
  试验室内首先按马歇尔法确定不同纤维剂量下的最佳油石比,再在此最佳油石比一下测试各马歇尔试验指标,对于纤维沥青混凝上而言,存在最佳纤维用量,本研究条件下聚丙烯睛纤维的最佳纤维用量为0.3%,相应的沥青用量为4.7%。
  (二)纤维类型对马歇尔试验指标的影响
  所用沥青普通沥青和改性沥青两种,纤维用量为最佳纤维用量。四种纤维对AC-16I中值级配的马歇尔试验结果的影响如表1,并可知,四种纤维对AC-16I中值级配的马歇尔试验指标的作用效果比较聚合物纤维好于其他两种,聚和物纤维之间以及木质素纤维与矿物纤维之问没有明显差别。

  为了分析验证纤维在SMA的作用,分别对比了掺加纤维和不掺加纤维的试验。纤维采用聚丙烯睛纤维,沥青采用普通沥青和改性沥青作对比。试验结果见表2。由表2可知,对于SMA-16马歇尔试验指标而言,纤维的作用比较明显,而沥青的改性反而作用不明显。
  (三)沥青类型对马歇尔试验指标的影响
  由表1和表2可知,在AC—16Ⅰ中使用改性沥青均能达到普通沥青加纤维的效果;当然改性沥青混凝土再添加纤维性能可以更进一步提高。
  三、 纤维对沥青混合料低温抗裂性能的影响
  本文采用了不同温度的间接拉伸试验(劈裂试验)方法,试验对四种纤维和两种沥青的沥青混合料进行了劈裂试验分析。由表3给出的试验数据可知,在AC—16I普通沥青混凝土中,纤维对提高低温抗裂性能没有大贡献,各种纤维之间也就没有差异。在AC-16I改性沥青混凝土中,纤维对提高低温抗裂性能有一定贡献,但没有达到期望值,且各种纤维之间也没有大的差异。
  表3   纤维对沥青混合料在不同温度下劈裂强度的影响

  同样,对于SMA-16而言,纤维对改善其劈裂强度比在AC-16I中有一定的提高,提高幅度为10-20%。而通过沥青改性提高15-30%。
  四、纤维对沥青混合料水稳定性的影响
  (一)浸水马歇尔试验结果分析
  试件分成两组:一组在60℃水浴中保养30Inin-40min后测定其马歇尔稳定度MS;另一组在60℃水浴中恒温保养48h后测定其马歇尔稳定度MSZ,用残留稳定度MSO来表征沥青混凝土的水稳定性,MS。值越大,水稳定性越好。AC-16I试验结果如表4所示。

表4  纤维对沥青混凝土AC-16I马歇尔残留稳定度MS}(%)的影响
  

  由表4可以得出如下结论:在两种沥青的AC-16I中,纤维对提高沥青混凝一上的残留稳定度有一定贡献,且聚丙烯睛纤维的作用比其他纤维的作用明显。
  纤维对提高SMA的残留稳定度的贡献超过了AC--16工(普通沥青中提高17%,改性沥青中4.5%);但同时我们也发现,在标准的SMA中沥青改性对残留稳定度的贡献超过了纤维的贡献(提高n%),也两点说明沥青与骨料之间的粘结力才是关键。
  (二)冻融劈裂试验结果分析
  我国的冻融劈裂试验是根据美国的洛特曼(Lottlnan)试验简化而成的。试件分成两组:试验对四种纤维和两种沥青组合沥青混凝土作了试验对比,其试验结果如表5所示。由表5可知,纤维对AC-16I的冻融劈裂强度有一定影响但也不显著,其结论与纤维对沥青混凝上不同温度下劈裂强度的影响基本一致。纤维对SMA-16的冻融劈裂强度的影响比AC-16I明显,在标准SMA中,通过添加纤维可提高13. 6 %,改性沥青只提高8.2%。

  表5 纤维对沥青混合料冻融劈裂强度比TSR(%)的影响
  

  (三)纤维剂量对沥青混凝土水稳定性的影响
  为分析纤维剂量对纤维沥青混凝土耐水害性能的影响,用聚丙烯睛纤维和普通沥青进行纤维用量的影响分析,纤维剂量为0%,0.25%,0.30%,0.35%,0.50%。试验室内首先按马歇尔法确定不同纤维剂量下的最佳油石比,以讨论不同纤维剂量对耐水性指标的影响,其结果如表6、表7所示。

表6    纤维剂量对残留稳定度的影响表  

表7   纤维剂量对冻融劈裂强度比的影响

  由以上表6、表7的结果可知,纤维剂量存在最佳剂量,对于本文的聚丙烯睛纤维而言,其最佳剂量为0.3%,此时纤维对提高沥青混凝土的残留稳定度最大达9.5%,对于提高冻融劈裂强度比为8.5%,因此可以进一步说明纤维对提高沥青混凝土的水稳定性有贡献。
  五、 纤维对沥青混凝土的高温稳定性的影响
  为了评价沥青混凝土抗车辙能力,本文选室内轮辙试验测试的动稳定度和变形速率来表征纤维沥青混凝土的高温性能。试验中选用两种级配和五种纤维对车辙试验结果进行比较分析,其结果如表8所示。
 表8   纤维对沥青混合料的动稳定度(次/MM)的影响
  

  从表8的试验数据看出,改性沥青混凝上:AC-16I的动稳定度是普通沥青混凝土的2倍多。各种纤维的比较显示出聚丙烯睛纤维优于其他纤维,其在普通沥青混凝土AC-16工中,动稳定度提高11%,在改性沥青混凝土AC-16I中,动稳定度提高65%。改性沥青混凝上AC-16I再加聚丙烯睛纤维的动稳定度是普通沥青混凝土AC-16I的3.6倍。对于SMA-16,使用普通沥青添加纤维动稳定度比不添加纤维提高88%,使用改性沥青添加纤维比不添加纤维动稳定度提高33%:对于标准的S撇,沥青改性使稳定度提高117%(即为2.17倍)。对于断级配的SMA(不含纤维),沥青改性使动稳定度提高206%(即为3.06倍,)说明沥青改性的效果也明显。由此可见,对于重载作用的沥青路面(HDP),为了提高其抗车辙的能力,无论是AC-16路面或是SNA-16路面,采用改性沥青加纤维,其抗车辙能力最强。
   六 、结论
  1.公路工程建设中对于沥青混凝土的马歇尔试验指标、残留稳定度和冻融劈裂强度比均存在纤维最佳用量。
  2. 四种纤维对AC-16工中值级配的马歇尔试验指标的作用效果方面:腈纶与聚酯纤维的效果相当,但都好于其他两类,腈纶高出木质素5~7%。对于马歇尔试验指标而言,使用改性沥青均能达到普通沥青加纤维的效果;改性沥青混凝后再添加纤维性能可以更进一步提高,但提高程度不大。对于SMA-16马歇尔试验指标而言,纤维的作用比较明显,而沥青的改性反而作用不明显。
  3. 公路工程建设中纤维对低温抗裂能力的影响在普通沥青和改性沥青的AC-16中,纤维对提高低温抗裂性能有一定的贡献,改善程度方面:腈纶纤维>聚酯纤维>矿物纤维>木质素纤维。15℃时睛纶高出木质素纤维6%。同样,对于SMA-16而言,纤维对改善其劈裂强度比在AC-16I中有所提高,提高幅度为10-15%。
  4 .公路工程建设中纤维对提高水稳定性的影响通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,说明纤维对沥青混凝土AC-161水稳定性的贡献不很明显,在某种程度上讲比改性沥青的作用差点,各种纤维之间没有明显差别。这点与其他实验有差异,值得深入研究。
  5 .公路工程建设中纤维对动稳定度的影响对于重载作用的沥青路面(HDP),为了提高其抗车辙的能力,无论是AC-16路面或是SMA-16路面,采用改性沥青加纤维,其抗车辙能力最强:不同纤维之间表现:腈纶纤维>聚酯纤维>矿物纤维>木质素纤维。在AH-7、AC-16I结构中腈纶纤维高出木质素纤维18%;在SBS改性沥青AC-16I结构中,腈纶纤维高出木质素达到了41%。腈纶纤维优势较为明显。但矿物纤维和木质素纤维没有明显差别。在投资受限的情况下,仅采用沥青改性来提高路面抗车辙能力不失为一种经济的措施。
  
[参考文献]

 [1] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象预防[M].北京:人民交通出版社.2001.
 [2] 常魁和,高群.公路沥青路面养护新技术[M].北京:人民交通出版社,2001.
 [3] 赵国藩.混凝土及其增强材料的发展与应用[J].建筑材料学报,2000,4.
 [4] 郑宏,戴自强等:纤维增强塑料材料在预应力混凝土结构中的应用[M].建筑技术开发,1999,9.
 [5] 张勇.不同纤维对轻集料混凝土韧性性能影响的研究[J].混凝土,2002,5.
 [6]中华人民共和国行业标准:公路沥青路面设计规范(JTJ014-2004)[S].2004,5.

[作者简介]潘斌(1970-),男,广西金秀人,助理工程师,主要从事道路、桥梁设计、施工和监理工作。

分享到: 新浪微博分享  分享到网易微博  分享到QQ空间  分享到开心网  分享到人人网  分享到豆瓣  百度收藏  分享到腾讯微博  分享到google
免责声明:本信息真实性未经本网证实,仅供您参考,中国沥青网发布此信息目的在于传播更多信息与本网站立场无关。若有转载请注明信息来源。 如您(单位或个人)认为本网站内容有侵权嫌疑,敬请立即通知我们, 我们将在第一时间予以处理。
相关新闻
企业新闻专题 - 海川新材
国内沥青动态
厂家分布
icon_top 一周资讯关注排行榜