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    混掺纤维沥青混合料路用性能试验研究
    2019年04月19日    阅读量:4593    新闻来源: 沥青路面  |  投稿

    拜仁纽伦堡 www.ktyjk.com 摘要:为改善沥青混凝土路面的路用性能,在沥青混合料中掺加一定量的纤维是一种有效的方法和途径。本研究选取了玄武岩纤维(BF)和聚丙烯腈纤维(PF),以不同比例掺加到沥青混合料中,通过高温车辙试验和浸水马歇尔试验来考察混掺纤维沥青混合料的路用性能,并通过功效系数法来分析不同纤维掺量沥青混合料路用性能的性价比。试验和计算分析表明,混掺纤维沥青混合料的路用性能明显提升,玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维按纤维沥青混合料总重的0.3%加入,掺量体积比为2:3时性价比最高中国沥青网www.ktyjk.com。本研究为混掺纤维沥青混合料的应用提供了参考和依据。


    关键词:沥青混合料;混掺纤维;路用性能;功效系数


    随着经济的发展,道路上的大中型客车以及重载货车越来越多,路面的使用性能受到严峻考验,同时车辆超载、水损坏以及养护管理不当等因素也造成了沥青混凝土路面的早期破坏现象,这就促使科技工作者从材料本身出发,对路面的耐久性、温度稳定性、抗裂性、水稳性能等方面进行研究[1]。


    近年来,中国在提高沥青混凝土路面性能的研究方面取得了很大进展,其中新型路面材料的研究对于提高路面性能起着重要作用[2-5]。通过在沥青混合料中掺加纤维来改善沥青混合料路用性能的方式成为近年来沥青混凝土路面材料的研究热点。一般纤维具有廉价、易获取、化学性质稳定的特点,因此纤维对于提高路用性能来说具有很高的性价比,同时不同种类的纤维具有不同的物理性能,这样对于弥补道路的路用性能提供了多重保障,因此在沥青混合料中加入纤维对于研究新型路面以及提高路面材料的耐久性、稳定性、抗裂性和水稳性能等方面有着重要的意义。本文主要对混掺纤维沥青混合料路面的高温稳定性、水稳性能进行试验和对比分析,运用功效系数法最终确定沥青混合料的最佳纤维掺量[6-7]。

     原材料

    本研究所用的沥青为SBS改性沥青,集料为石灰岩质的5-10mm、10-15mm的碎石和石屑,根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》和《公路工程集料试验规程》的要求进行物理性能试验,结果如表1~表3所示。

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     配合比设计

    试验采用的沥青混合料类型为AC-13,根据《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)[8]的要求对集料进行颗粒分析,筛分结果如表5所示。

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    根据以上筛分结果进行矿质集料级配组成设计,10-15mm∶5-10mm∶0-5石屑∶矿粉=19.5∶32∶46∶2.5,合成级配如图1所示。混掺纤维掺量按照沥青混合料总重的0.3%来进行计算,玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维分别按照体积比为1∶4.2∶3.3∶2.4∶1的比例来设计[9-11],根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的规定,对沥青混合料进行马歇尔试验,确定最佳油石比以及相关参数,如表6所示。

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     路用性能试验

     车辙试验

    车辙试验根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20-2011)中T0719-2011规定的方法进行。

    本试验采用轮碾法成型300mm×300mm×50mm的试件,所用仪器为HYCZ-1型单轮式车辙试验机。施加荷载为0.7MPa±0.05MPa,往返速度为42±1次/min。


    沥青混合料试件的动稳定度计算公式如式(1)所示。

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    车辙试验中,不同厚度的试件在60min 内的变形通过相对变形率 δ 来反映,计算公式如式(2)所示。

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    试验结果分析

    试验测得各试件第45min和第60min的位移,按式(1)、式( 2 )计算动稳定度和相对变形率,根据数据绘制混掺纤维沥青混合料稳定度的柱状关系和相对变形率关系如图2 、图3所示。


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    从图2、图3可以看出,掺加比例为40%BF+60%PF时,混掺纤维沥青混合料的高温稳定性最好,其动稳定度比未掺纤维的SBS沥青混合料提高173%,相对变形率减小40.4%;其次是纤维掺量为60%BF+40%PF,而表现效果最差的是未掺加纤维的SBS改性沥青混合料,即掺加纤维的沥青混合料均比未掺加纤维的沥青混合料效果要好,且混掺的效果要比单掺纤维沥青混合料的高温稳定性效果要好,说明混掺纤维对沥青混合料的高温稳定性有较大的提升。

     浸水马歇尔试验

    本试验根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0710-2011规定的方法进行。

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     试验结果分析

    在恒温水浴60℃条件下,40min和48h马歇尔稳定度试验结果如表7所示。


    由表7可知,沥青混合料的残留稳定度均满足规范规定的残留稳定度不低于80%的要求,并且混掺纤维沥青混合料的残留稳定度效果提升明显,其中混掺纤维沥青混合料的残留稳定度差别不大并且比未掺加纤维的沥青混合料提升5~9%,但是效果表现最好的是单掺玄武岩纤维的沥青混合料,其残留稳定度为92.1%,由于其抗拉强度比较大,吸附沥青的效果比较好,经过48h浸水后其表现效果依然较好。综上比较,混掺纤维沥青混合料水稳性能表现较好。

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     功效系数法

    为考察各种沥青混合料的技术性和经济性,使其达到最佳性价比,采用功效系数法来评价。功效系数法是一种常见的具有更大的综合性的性能评价方法,其全方面性比起其他的评价方法具有更大的优势[13]。功效系数法是将各项指标进行评分,然后划定系数,再将各项指标的重要程度进行加权,得出一个最佳方案[14-15]。评价所用路用性能各项指标如表8所示。

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    将路用性能和总成本的权数设定为0.6和0.4,符合当前方案决策思维习惯。对各项指标进行合成,按公式(3)计算,结果如表10所示。


    从表10可以看到,总成本最低的是普通沥青混合料,但其总功效系数最低,性价比最低;混掺40%玄武岩纤维和60%聚丙烯腈纤维的沥青混合料总成本适中,总功效系数最高,性价比最高。

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     结语

    本研究选用玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维加入到沥青混合料中,研究了不同纤维掺加比例的沥青混合料的路用性能,并对其性价比进行了评价,得出以下结论。


    (1)通过车辙试验得出掺加纤维的沥青混合料的高温性能比未掺加纤维的沥青混合料表现效果好,纤维掺加为40%BF+60%PF时,混掺纤维沥青混合料的动稳定度表现效果最好,相对变形率最低即高温稳定性最好。


    (2)通过浸水马歇尔试验得出单掺玄武岩纤维时沥青混合料的残留稳定度最高,即玄武岩纤维沥青混合料的水稳性能最好,但掺加单一纤维的沥青混合料残留稳定度整体差距不大,在2-4%以内,混掺纤维沥青混合料的残留稳定度基本一致,相差在2%以内。


    (3)通过对纤维沥青混合料的路用性能和经济效益进行分析,得出玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维按混合料总重0.3%加入,掺量体积比为2:3的混掺纤维沥青混合料性价比最高,为混掺纤维沥青混合料的应用提供了参考和依据。

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    标签:技术中心,沥青混凝土
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