纖維瀝青膠漿及混合料高溫性能研究

袁祖光 張明月 熊劍平

摘要：為掌握纖維對瀝青膠漿及瀝青混合料高溫性能的改善效果，選取兩種聚酯纖維，分別對不同纖維摻量的瀝青混合料及瀝青膠漿進(jìn)行動穩(wěn)定度及粘度試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：添加聚酯纖維可顯著提升瀝青混合料及瀝青膠漿高溫性能且溫度越高提升效果越明顯;隨著聚酯纖維摻量的增加，瀝青抗車轍性能先提升后下降，以0.25%摻量最優(yōu);纖維礦粉雙摻瀝青膠漿高溫性能優(yōu)于單摻纖維或礦粉，建議進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮用部分纖維代替礦粉。

關(guān)鍵詞：纖維;瀝青混合料;瀝青膠漿;高溫性能

中圖分類號：U414???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的提升與進(jìn)步，我國公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展。瀝青路面因其具有良好的行車舒適性、噪音低、養(yǎng)護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于我國高等級公路中。然而伴隨交通量的增長，在役時(shí)間的延長，瀝青路面使用中常出現(xiàn)車轍、裂縫、推移、擁包等病害，嚴(yán)重影響行車的安全性與舒適性，因此，如何提高瀝青路面質(zhì)量，提升使用性能成為道路科研工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。在瀝青混合料中添加纖維無疑提供了一種新思路，其利用纖維與瀝青的吸附及纖維的加筋作用改善了瀝青混合料的路用性能^[1]。為此，本文在瀝青混合料及瀝青膠漿中添加纖維進(jìn)行動穩(wěn)定度及粘度試驗(yàn)，以掌握添加纖維對瀝青路面使用性能的提升效果。

1 原材料

選用SBS改性瀝青、粗集料為英安巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制，纖維選用路伏特聚酯纖維和路孚聚酯纖維，上述原材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，混合料級配采用AC-13，級配設(shè)計(jì)見表1。

2?纖維瀝青混合料高溫性能

本文基于前述級配設(shè)計(jì)，在瀝青混合料中分別添加0%、0.25%、0.5%聚酯纖維，制備車轍板試件，測定試件在60、65、70℃時(shí)的動穩(wěn)定度，結(jié)果見表2，由此可知：

（1）添加聚酯纖維可顯著提升瀝青混合料抗車轍性能且溫度越高提升效果越明顯。在60℃、65℃及70℃條加下，摻入纖維后瀝青混合料動穩(wěn)定度平均提升幅度分別為8.8%、46.9%、73.7%（見圖1）。其主要原因在于纖維具有加筋作用，且可增加混合料內(nèi)部抗拉作用，消耗或緩解部分行車荷載傳遞的應(yīng)力^[2]。

（2）隨著聚酯纖維摻量的增加，瀝青抗車轍性能先提升后下降。在60℃、65℃及70℃條件下，當(dāng)纖維摻量由0%增加至0.25%時(shí)，路伏特纖維瀝青混合料動穩(wěn)定度分別提升289次/mm、2852次/mm、2392次/mm，路孚纖維瀝青混合料動穩(wěn)定分別提升1460次/mm、1747次/mm、2007次/mm，纖維摻量繼續(xù)增加至0.5%時(shí)，路伏特纖維瀝青混合料動穩(wěn)定度分別下降167次/mm、547次/mm、548次/mm，路孚纖維瀝青混合料動穩(wěn)定分別下降860次/mm、883次/mm、720次/mm（見圖2）。這是因?yàn)樵诶w維摻量提高時(shí)，拌和時(shí)間相同的情況下，拌和的均勻性一定程度下降，未拌和均勻的聚酯纖維作為一種填料在混合料中起到一定的負(fù)作用。

3?纖維瀝青膠漿高溫性能

瀝青膠漿對影響著混合料的路用性能，為此，本文測試礦粉和纖維在摻量變化情況下瀝青膠漿在不同溫度下的粘度以表征其高溫性能。瀝青膠漿種類及測試結(jié)果見表3，由此可知：

（1）在膠漿由瀝青和纖維組成時(shí)，隨著纖維摻量的增加，瀝青膠漿高溫性能提升，且隨著溫度的升高，由纖維摻量增加帶來的高溫性能提升效果成倍增長。對比分析3、5、7、9四組數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度為75℃時(shí)，纖維摻量由0.25%增加至0.5%時(shí)，瀝青膠漿粘度平均增長10.37%，當(dāng)溫度為175℃時(shí)，瀝青膠漿粘度平均增長56.2%（見圖3）。這是因?yàn)槔w維具有相較大的比表面積，其分散在瀝青中，表面積成為浸潤界面，瀝青和纖維之間會產(chǎn)生物理和化學(xué)作用，如吸附、擴(kuò)散、化學(xué)鍵結(jié)合等，在這種作用下，瀝青成單分子排列在纖維表面上，形成結(jié)合力牢固的結(jié)構(gòu)瀝青層，減少自由瀝青比例，從而提高瀝青膠漿的粘度，改善其高溫性能^[3]。

（2）在膠漿由瀝青、纖維和礦粉組成時(shí)，纖維與礦粉摻量越高，瀝青膠漿高溫性能越好。對比分析4、6、8、10四組數(shù)據(jù)，當(dāng)纖維摻量由0.25%增加至0.5%、礦粉摻量由3%增加至5%時(shí)，不同溫度下瀝青膠漿粘度增長5.09%至20.20%不等（見圖4）。這是因?yàn)槔w維的加筋與礦粉、瀝青之間的橋接作用，使瀝青膠漿形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效阻止了膠漿間相對移動。纖維這種特點(diǎn)可以有效消散礦料間相對移動的應(yīng)力，故能有效改善混合料高溫性能^[4]。

（3）纖維礦粉雙摻瀝青膠漿高溫性能優(yōu)于單摻纖維或礦粉。添加礦粉和纖維對較低溫度下的粘度增加絕對量非常大，在混合料工作的最高溫度（75℃），不管纖維和礦粉的添加量是多少，總體的粘度都在300Pa·s。當(dāng)?shù)V粉量和纖維量都達(dá)到本次試驗(yàn)的最大值時(shí)，總體的粘度增加并不明顯，這說明在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮用部分纖維代替礦粉。

4 結(jié)語

（1）添加聚酯纖維可顯著提升瀝青混合料及瀝青膠漿高溫性能且溫度越高提升效果越明顯;

（2）隨著聚酯纖維摻量的增加，瀝青抗車轍性能先提升后下降，以0.25%摻量最優(yōu);

（3）纖維礦粉雙摻瀝青膠漿高溫性能優(yōu)于單摻纖維或礦粉，建議進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮用部分纖維代替礦粉;

（4）纖維對瀝青混合料路用性能的提升不僅體現(xiàn)在高溫性能方面，后續(xù)可針對水穩(wěn)定性能、疲勞特性等做進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

[1]吳萌萌.纖維瀝青膠漿及其混合料路用性能研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2015.

[2]劉志華.纖維對瀝青混合料性能影響試驗(yàn)分析[J].中國公路，2018（14）：110-111.

[3]陳磊.不同種類纖維瀝青混合料性能及其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比研究[D].石家莊鐵道大學(xué)，2017.

[4]張楠，鄭南翔，高志敏.中空聚酯纖維瀝青膠漿特性及增韌機(jī)理研究[J].硅酸鹽通報(bào)，?2018，37（02）：553-560.

收稿日期：2019-07-08

作者簡介：袁祖光（1977 —），男，廣西玉林人，本科，高級工程師，研究方向：道路工程。