基于BBR試驗的纖維瀝青結合料低溫性能研究

劉安 陳鵬飛

摘 要：為了研究纖維對瀝青低溫性能的影響，本文選用了三種常用的路用纖維以不同摻量進行纖維瀝青結合料的制備，通過-12℃以下的BBR試驗得到了聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維瀝青結合料的勁度模量S和蠕變速率m等低溫指標。結果表明：聚丙烯纖維、聚酯纖維及聚丙烯腈纖維的最佳摻量分別為3%、3%和4%，并且在此摻量下，聚丙烯纖維對瀝青低溫性能的改善效果最好，其次是聚酯纖維，聚丙烯腈纖維最差。

關鍵詞：纖維瀝青結合料;BBR試驗;低溫性能

中圖分類號：U414? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）24-0076-03

Study on Low Temperature Performance of Fibrous Asphalt Binder Based on BBR Test

LIU An? ? CHEN Pengfei

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou Henan 450045）

Abstract：In order to study the influence of the low temperature performance of asphalt， three commonly used in road fibers were selected in this paper to prepare fiber asphalt binder with different dosage. Through the BBR test below -12℃， the low temperature indexes such as stiffness modulus S and creep rate M of the asphalt binder of polypropylene fiber， polyester fiber and polyacrylonitrile fiber were obtained. The results show that the optimal content of polypropylene fiber， polyester fiber and polyacrylonitrile fiber is 3%， 3% and 4%， respectively， and polypropylene fiber has the best improvement effect on the low temperature performance of asphalt in this content ， the second is polyester fiber， and the worst is polyacrylonitrile fiber.

Keywords： fibrous asphalt binder; BBR test; the low temperature performance

隨著我國交通建設的飛速發展，瀝青路面的低溫開裂病害也越來越常見。路面開裂的原因主要是在低溫下瀝青黏結料變脆變硬，應力松弛能力下降，在溫度和行車荷載的雙重作用下出現拉應力超過瀝青混凝土的極限抗拉強度而發生開裂[1，2]。纖維作為一種高強、耐久、質輕的增強材料，能顯著改善瀝青路面的力學性能，但纖維種類繁多，性能各異，對瀝青的作用效果也不盡相同[3，4]。目前評價瀝青或瀝青結合料低溫性能的方法有很多種，其中美國SHRP計劃中的BBR試驗與混合料的路用低溫性能關聯性較高[5，6]。本文選用聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維分別以不同添加比例摻入到瀝青中，并進行BBR試驗，對比分析了不同纖維瀝青結合料低溫性能的差異，為纖維在寒冷地區的路面工程應用提供一定的理論參考。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 原材料

本文選用中石油昆侖70#基質瀝青，其主要技術指標見表1，選用聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維。將本文涉及的纖維代號作統一說明：聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維分別簡寫為PP、PET和PAN（下同）。

1.2 纖維瀝青結合料的制備

準備3份均為500 g的基質瀝青樣品，置于160 ℃的烘箱中加熱融化，纖維用坩堝盛放并置于105 ℃的烘箱中加熱至恒重，然后分別將摻量為1%、2%、3%和4%的纖維添加到瀝青中，采用機械攪拌機進行攪拌，轉速為1 500 r/min，攪拌時間為不少于30 min，攪拌過程中以160±5 ℃持續加熱[4]。將制備好的纖維瀝青結合料按照規范要求進行BBR試驗。

1.3 BBR試驗

采用CANNON在-12 ℃下對70#基質瀝青和三種纖維瀝青結合料進行240 s的恒定加載試驗，試驗會給出第8 s、15 s、30 s、60 s、120 s及240 s等6個時間點的勁度模量S和蠕變速率m，根據規范要求，一般取第60 s的S和m值作為瀝青的低溫評價指標[7，8]。

2 試驗結果與分析

2.1 勁度模量S和蠕變速率m

通過BBR試驗，在不同纖維摻量下，瀝青的勁度模量和蠕變速率均發生改變，具體如圖1所示。研究表明，勁度模量S和蠕變速率m分別表征了瀝青的變形能力和應力松弛能力，S越小，m越大，則瀝青低溫性能越好[9-10]。由圖1可知，隨著纖維摻量的增加，瀝青的勁度模量S逐漸降低，蠕變速率m則呈上升趨勢;PP、PET及PAN的摻量在3%、3%和4%時，瀝青的勁度模量S最小、蠕變速率m最大，說明此刻的低溫性能最好。