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混摻纖維瀝青混合料路用性能試驗研究
2019年04月19日    閱讀量:3954    新聞來源: 瀝青路面  |  投稿

摘要:為改善瀝青混凝土路面的路用性能,在瀝青混合料中摻加一定量的纖維是一種有效的方法和途徑。本研究選取了玄武巖纖維(BF)和聚丙烯腈纖維(PF),以不同比例摻加到瀝青混合料中,通過高溫車轍試驗和浸水馬歇爾試驗來考察混摻纖維瀝青混合料的路用性能,并通過功效系數法來分析不同纖維摻量瀝青混合料路用性能的性價比。試驗和計算分析表明,混摻纖維瀝青混合料的路用性能明顯提升,玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維按纖維瀝青混合料總重的0.3%加入,摻量體積比為2:3時性價比最高中國瀝青網sinoasphalt.com。本研究為混摻纖維瀝青混合料的應用提供了參考和依據。


關鍵詞:瀝青混合料;混摻纖維;路用性能;功效系數


隨著經濟的發展,道路上的大中型客車以及重載貨車越來越多,路面的使用性能受到嚴峻考驗,同時車輛超載、水損壞以及養護管理不當等因素也造成了瀝青混凝土路面的早期破壞現象,這就促使科技工作者從材料本身出發,對路面的耐久性、溫度穩定性、抗裂性、水穩性能等方面進行研究[1]。


近年來,中國在提高瀝青混凝土路面性能的研究方面取得了很大進展,其中新型路面材料的研究對于提高路面性能起著重要作用[2-5]。通過在瀝青混合料中摻加纖維來改善瀝青混合料路用性能的方式成為近年來瀝青混凝土路面材料的研究熱點。一般纖維具有廉價、易獲取、化學性質穩定的特點,因此纖維對于提高路用性能來說具有很高的性價比,同時不同種類的纖維具有不同的物理性能,這樣對于彌補道路的路用性能提供了多重保障,因此在瀝青混合料中加入纖維對于研究新型路面以及提高路面材料的耐久性、穩定性、抗裂性和水穩性能等方面有著重要的意義。本文主要對混摻纖維瀝青混合料路面的高溫穩定性、水穩性能進行試驗和對比分析,運用功效系數法最終確定瀝青混合料的最佳纖維摻量[6-7]。

 原材料

本研究所用的瀝青為SBS改性瀝青,集料為石灰巖質的5-10mm、10-15mm的碎石和石屑,根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》和《公路工程集料試驗規程》的要求進行物理性能試驗,結果如表1~表3所示。

混摻纖維瀝青混合料路用性能試驗研究 中國瀝青網,sinoasphalt.com
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 配合比設計

試驗采用的瀝青混合料類型為AC-13,根據《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)[8]的要求對集料進行顆粒分析,篩分結果如表5所示。

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根據以上篩分結果進行礦質集料級配組成設計,10-15mm∶5-10mm∶0-5石屑∶礦粉=19.5∶32∶46∶2.5,合成級配如圖1所示。混摻纖維摻量按照瀝青混合料總重的0.3%來進行計算,玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維分別按照體積比為1∶4.2∶3.3∶2.4∶1的比例來設計[9-11],根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的規定,對瀝青混合料進行馬歇爾試驗,確定最佳油石比以及相關參數,如表6所示。

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 路用性能試驗

 車轍試驗

車轍試驗根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E 20-2011)中T0719-2011規定的方法進行。

本試驗采用輪碾法成型300mm×300mm×50mm的試件,所用儀器為HYCZ-1型單輪式車轍試驗機。施加荷載為0.7MPa±0.05MPa,往返速度為42±1次/min。


瀝青混合料試件的動穩定度計算公式如式(1)所示。

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車轍試驗中,不同厚度的試件在60min 內的變形通過相對變形率 δ 來反映,計算公式如式(2)所示。

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試驗結果分析

試驗測得各試件第45min和第60min的位移,按式(1)、式( 2 )計算動穩定度和相對變形率,根據數據繪制混摻纖維瀝青混合料穩定度的柱狀關系和相對變形率關系如圖2 、圖3所示。


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從圖2、圖3可以看出,摻加比例為40%BF+60%PF時,混摻纖維瀝青混合料的高溫穩定性最好,其動穩定度比未摻纖維的SBS瀝青混合料提高173%,相對變形率減小40.4%;其次是纖維摻量為60%BF+40%PF,而表現效果最差的是未摻加纖維的SBS改性瀝青混合料,即摻加纖維的瀝青混合料均比未摻加纖維的瀝青混合料效果要好,且混摻的效果要比單摻纖維瀝青混合料的高溫穩定性效果要好,說明混摻纖維對瀝青混合料的高溫穩定性有較大的提升。

 浸水馬歇爾試驗

本試驗根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中T0710-2011規定的方法進行。

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 試驗結果分析

在恒溫水浴60℃條件下,40min和48h馬歇爾穩定度試驗結果如表7所示。


由表7可知,瀝青混合料的殘留穩定度均滿足規范規定的殘留穩定度不低于80%的要求,并且混摻纖維瀝青混合料的殘留穩定度效果提升明顯,其中混摻纖維瀝青混合料的殘留穩定度差別不大并且比未摻加纖維的瀝青混合料提升5~9%,但是效果表現最好的是單摻玄武巖纖維的瀝青混合料,其殘留穩定度為92.1%,由于其抗拉強度比較大,吸附瀝青的效果比較好,經過48h浸水后其表現效果依然較好。綜上比較,混摻纖維瀝青混合料水穩性能表現較好。

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 功效系數法

為考察各種瀝青混合料的技術性和經濟性,使其達到最佳性價比,采用功效系數法來評價。功效系數法是一種常見的具有更大的綜合性的性能評價方法,其全方面性比起其他的評價方法具有更大的優勢[13]。功效系數法是將各項指標進行評分,然后劃定系數,再將各項指標的重要程度進行加權,得出一個最佳方案[14-15]。評價所用路用性能各項指標如表8所示。

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將路用性能和總成本的權數設定為0.6和0.4,符合當前方案決策思維習慣。對各項指標進行合成,按公式(3)計算,結果如表10所示。


從表10可以看到,總成本最低的是普通瀝青混合料,但其總功效系數最低,性價比最低;混摻40%玄武巖纖維和60%聚丙烯腈纖維的瀝青混合料總成本適中,總功效系數最高,性價比最高。

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 結語

本研究選用玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維加入到瀝青混合料中,研究了不同纖維摻加比例的瀝青混合料的路用性能,并對其性價比進行了評價,得出以下結論。


(1)通過車轍試驗得出摻加纖維的瀝青混合料的高溫性能比未摻加纖維的瀝青混合料表現效果好,纖維摻加為40%BF+60%PF時,混摻纖維瀝青混合料的動穩定度表現效果最好,相對變形率最低即高溫穩定性最好。


(2)通過浸水馬歇爾試驗得出單摻玄武巖纖維時瀝青混合料的殘留穩定度最高,即玄武巖纖維瀝青混合料的水穩性能最好,但摻加單一纖維的瀝青混合料殘留穩定度整體差距不大,在2-4%以內,混摻纖維瀝青混合料的殘留穩定度基本一致,相差在2%以內。


(3)通過對纖維瀝青混合料的路用性能和經濟效益進行分析,得出玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維按混合料總重0.3%加入,摻量體積比為2:3的混摻纖維瀝青混合料性價比最高,為混摻纖維瀝青混合料的應用提供了參考和依據。

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標簽:技術中心瀝青混凝土
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