沥青混合料掺加路用聚酯纤维试验分析

[摘 要] 聚酯纤维作为一种良好的沥青混合料添加材料，在沥青路面中广泛应用。本文通过室内对比试验，分析了添加聚酯纤维后对沥青混合料性能的影响，并结合实际工程进行了试验分析。 关键词：沥青混合料；路用聚酯纤维；试验分析 Abstract: Polyester fiber material added as a good asphalt mixture, widely used in asphalt pavement. Through laboratory comparison test, the impact on the performance of asphalt mixture after adding the polyester fiber, and experimental analysis of the actual engineering. Keywords: asphalt mixture; road with polyester fiber; test analysis. 中图分类号：TV442 文献标识码： A 文章编号： 1．概述 随着公路建设的不断发展，对沥青混凝土路面的使用品质和要求也越来越高。经过近几年的试验研究，通过分析病害产生的原因和机理，提出了指导路面工程设计、施工的改进技术措施，已基本解决了沥青路面早期水损坏问题。但由于交通量的不断增加、超载车辆尚未得到有效控制，因超载而加重路面裂缝、车辙等已成为沥青路面早期病害的主要表现。因此，在沥青混合料中掺加特殊添加材料以改善混合料的使用品质已成为一种发展趋势。《公路沥青路面施工技术规范》已把纤维稳定剂作为沥青混合料中的使用材料列入规范当中，虽然因价格、技术等因素没有列入聚合物化学纤维材料，但是，路用聚酯纤维作为一种良好的沥青混合料添加材料，近几年在沥青路面中得到了广泛的应用。 2004年，在慈溪市中横线公路工程建设中首次在沥青混合料中掺加聚合物纤维，对路用聚酯纤维使用只是做了一些试验性的探索。为进一步分析国产聚酯纤维的路用性能，分析在提高沥青路面的抗车辙、抗反射裂缝、抗疲劳能力，改善沥青混合料的使用性能等，以便在其它工程中推广应用。2005年在329国道慈溪段畅通工程中，委托浙江省交通规划设计研究院试验中心，对沥青混合料中加与不加路用聚酯纤维材料进行相关的试验研究分析，试验采用实际工程行车道上面层AC-16F型沥青混合料。 2. 室内试验 2.1 原材料 2.1.1 沥青 采用埃索AH-70重交沥青，依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，对原样沥青检测，其主要技术指标如下： 沥青技术指标表 检测结果表明，该沥青满足1-4区A级沥青的技术指标。 2.1.2 集料 粗集料和细集料采用上虞的玄武岩，经过反击式破碎机加工而成；填料(矿粉)采用憎水性的石灰岩磨细而成，并且经0.075mm筛过筛处理。经检测粗细集料和矿粉质量指标均满足要求，其主要技术指标如下： 粗集料技术指标表 细集料技术指标表 矿粉技术指标表 2.1.3 路用聚酯纤维 聚酯纤维为DCPET路用纤维，外观为白色长丝，单丝的直径为24.32μm，该纤维的断裂强度为5.07cN/dtcx，断裂伸长率为30.6%，熔点为2530C，燃点为5560C，吸油率为纤维质量的4.56倍，其相对密度为1.324(250C/250C水)，掺量取沥青混合料的2.5‰(内掺法)。 3. 矿料级配 根据设计工程路面上面层为密级配DCPET路用纤维加强AC-16F型沥青混凝土和规范中矿料级配范围以及关键性筛孔通过率的要求，同时按Superpave混合料级配的要求避开限制区，为了防止级配中细集料靠近最大理论密度线会造成混合料变得可塑的现象。为此拟定了如下的级配范围： 4. 室内试验结果 4.1 沥青混合料的施工温度 利用Brookfield旋转粘度计通过在1350C、1500C及1750C条件下测定其相应的表观粘度，绘制粘度-温度曲线确定沥青混合料最佳拌和温度为1570C -1620C，沥青混合料最佳压实温度为1460C-1500C。 4.2 沥青混合料的最佳沥青用量 为了验证拟定级配的可行性，级配取上限、下限和中值三个级配；同时考虑到试验的可比性及沥青混合料中掺纤维的因素，对集料严格分档筛取，压实方式采用Superpave旋转压实，根据329国道现状实际交通量，旋转压实参数采用Nmin=8次，Ndes=100次，Nmax=160次。 普通沥青混合料面每一级配分别以3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%的沥青用量试验；DCPET路用聚酯纤维加强沥青混合料，考虑到纤维的吸油特性，每一级配分别以4.0%、4.5%、5.0%、5.5%和6.0%的沥青用量试验。 经试验，推算出DCPET路用聚酯纤维加强沥青混合料当空隙率VV=4%时最佳沥青用量为：上限=4.71%，中值=4.60%，下限=4.65%。 4.3 马歇尔和水稳定性试验 根据SGC压实测试获得每种类型每个级配的最佳沥青，按JTJ 052-200试验规程和确定的混合料拌和温度，在600C水中浸泡45h后测定其残留稳定度，试验结果如下： 注①：当VV=4%时，VMA≥13.5%；当VV=5%时，VMA≥14.5%。 4.4 高温稳定性和渗水系数试验 根据沥青混合料的种类、级配和最佳沥青用量及对应的毛体积相对密度，用轮碾法成型车辙试块，依据试验规程中方法，测定试件的渗水系数和在0.7MPa、600C的条件下进行车辙试验，以动稳定度来评价混合料的高温稳定性，试验结果如下： 4.5 低温抗裂性能试验 本试验仅做了掺纤维的沥青混合料低温弯拉试验。试验根据每种级配和相应的沥青用量成型300mm×300mm×50mm试件，再切割成长250mm，宽30mm的棱柱体试件，在环境温度为-100C下放置5小时，用加载速率为500mm/min进行试验，试验结果如下： 检测项目 掺纤维型 4.6 沥青混合料肯塔保飞散试验 本试验是评价沥青用量或粘结性不足，在交通荷载作用下，路面表面集料脱落而散失的程度，以此来反映纤维对沥青混合料结构的加强作用及抗松散能力，试验结果如下： 检测项目 普通型 掺纤维型 4.7 Superpave的Nmax验证 Superpave要求Nmax下混合料的毛体积相对密度不超过最大相对理论密度的98%，规定Nmax下的最大毛体积密度是为了防止混合料在交通荷载下过度的压实，成为塑性体从而产生永久变形。Nmax代表相当于或大于设计交通量的压实度，从而保证不会发生过度的压实。现将各级配的SGC压实结果汇总如下： 检测项目 普通型 掺纤维型 5. 试验结果分析 通过以上一系列的对比试验，沥青混合料中掺加一定量的DCPET路用纤维对沥青混合料路用性能有一定程度上的改善： ⑴马歇尔稳定度有所提高，但同时流值也相应增大，如：中值级配稳定度从18.45KN提高到19.36KN，同时流值从3.43mm增加到3.77mm；下限级配稳定度从17.70KN提高到18.39KN，同时流值从3.32mm增加到3.80mm。 ⑵沥青混合料的水稳定性：从残留稳定度、冻融劈裂强度比及浸水飞散试验结果看，其水稳定性有大幅度提高。如：残留稳定度：中值级配从90.8%提高到97.8%，下限级配从94.5%提高到97.6%；冻融劈裂强度比：上限级配从75.4%提高到84.2%，并且掺纤维后，其冻融劈裂强度比趋势：下限>中值>上限。从浸水飞散试验结果看：下限级配损失从8.9%下降到2.8%。 ⑶从车辙试验和渗水试验分析： a.沥青混合料高温稳定性近倍增长，同时车轮凹槽深度减少。如上限级配从DS=705次/mm提高到1714次/mm，同时车槽深度从4.588mm下降到期2.940mm；中值级配从DS=1381次/mm提高到1959次/mm，同时车槽深度从3.526mm下降到2.709mm；下限级配从DS=1714次/mm提高到3156次/mm，同时车槽深度从3.214mm下降到2.204mm。单从掺纤维型趋势分析：其动稳定度：下限>中值>上限；同时车辙凹槽深度：上限>中值>下限。 b.从渗水试验结果看，其抗渗性略有提高。 c.从成型试件过程和外观看：掺纤维型混合料碾压遍数比普通型的近增加25%，外观：上限级配最细密、光面，下限级配为稍粗糙、平整，中值级配位于两者之间。 ⑷从低温抗裂性能试验，掺纤维型的沥青混合料低温破坏应变均满足技术规范不小于2000με的要求，其趋势为中值级配>下限级配>上限级配。 ⑸从沥青混合料肯塔保飞散试验看，标准飞散损失：普通型>掺纤维型。说明掺纤维后改善了沥青对矿料的粘附性，起了加固作用。 ⑹在施工中，一定要严格控制拌和温度和碾压温度，同时确保纤维在沥青混合料中的分布均匀；从室内成型效果看，掺纤维沥青混合料压实遍数比普通沥青混合料多。 ⑺掺纤维后沥青用量比普通沥青混凝土宜增加0.2%左右；纤维掺量为矿料的0.20%-0.25%。 ⑻级配趋势宜取中值与下限级配之间；或满足关键性筛孔控制点，同时