聚酯纖維對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量影響的試驗研究

□文/王建國 李海波 虞金金

□李海波、虞金金/天津城建設(shè)計院有限公司。

聚酯纖維對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量影響的試驗研究

□文/王建國 李海波 虞金金

文章為了揭示聚酯纖維對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的影響，通過室內(nèi)試驗研究纖維形狀、纖維含量和纖維長度對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的影響規(guī)律。

水泥穩(wěn)定碎石；聚酯纖維；回彈模量

水泥穩(wěn)定碎石因其優(yōu)良的路用性能，廣泛應(yīng)用于我國公路基層與底基層中，取得了較好效果。然而，裂縫作為水泥穩(wěn)定碎石的常見病害，嚴重影響其路用性能。已有研究表明[1～3]，將聚酯纖維摻入水泥穩(wěn)定碎石混合料中可有效防治裂縫產(chǎn)生并能一定程度提高其力學(xué)性能。

回彈模量作為半剛性基層材料的重要技術(shù)指標，對于材料設(shè)計與優(yōu)化具有舉足輕重的意義。但是，目前針對聚酯纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的研究尚不多見。鑒于此，本文通過室內(nèi)試驗，研究纖維形狀、纖維含量和纖維長度對聚酯纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的影響并最終提出了最佳纖維形狀下的建議纖維用量和纖維長度。

1 原材料

1.1 水泥

采用普通32.5硅酸鹽水泥，技術(shù)指標見表1。

表1 水泥技術(shù)指標

1.2 聚酯纖維

聚酯纖維技術(shù)指標見表2。

表2 聚酯纖維技術(shù)指標

1.3 集料

所用集料屬于石灰?guī)r，壓碎值為23.7，本試驗所采用的礦料級配見表3。

表3 礦料級配

1.4 粉煤灰

粉煤灰技術(shù)指標見表4和表5。

表4 粉煤灰的主要化學(xué)成分

表5 粉煤灰的顆粒組成

1.5 水

采用飲用水。

2 纖維形態(tài)與含量對回彈模量的影響

2.1 試驗方案與結(jié)果

分別按纖維含量 0.0‰、0.1‰、0.3‰、0.5‰、0.7‰和0.9‰成型水泥劑量5%（其中的20%由粉煤灰替代）的水泥穩(wěn)定碎石試件[1～3]，按規(guī)定要求測試其回彈模量，結(jié)果見表6。其中，纖維采用絲狀、網(wǎng)狀、條狀3種形態(tài)，纖維長度采用7cm[1]。

表6 回彈模量試驗結(jié)果 MPa

續(xù)表6

2.2 纖維含量對回彈模量的影響

為了分析纖維含量對回彈模量的影響，在表6數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別建立不同纖維形狀時的纖維含量與回彈模量的關(guān)系曲線，見圖1。

由圖1可知，不論纖維形狀和齡期如何變化，水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量總是隨著纖維含量的增加而降低，但是，這種降低的趨勢卻因纖維形狀而異。具體表現(xiàn)為：當纖維為絲狀時，隨著纖維含量的增加，回彈模量的降低趨勢逐漸趨于平緩，特別當含量超過5‰后，回彈模量基本不再減小；當纖維為網(wǎng)狀和條狀時，隨著纖維含量的增加，回彈模量基本呈線性趨勢降低。

上述現(xiàn)象說明，聚酯纖維的添加對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量具有一定的不利影響。但對于絲狀纖維和網(wǎng)狀纖維而言，回彈模量仍能保持在一個較高的標準（＞1100MPa），同時考慮到聚酯纖維水泥穩(wěn)定碎石優(yōu)良的抗裂性能和力學(xué)性能，聚酯纖維仍具有應(yīng)用于道路基層材料的價值，但對纖維含量應(yīng)嚴格控制。

2.3 纖維形態(tài)對回彈模量的影響

為了分析纖維形態(tài)對回彈模量的影響，在表6數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別建立不同纖維含量時的纖維形狀與回彈模量的關(guān)系曲線，見圖2。

由圖2可知，不論纖維含量如何變化，總存在如下規(guī)律：

1）絲狀纖維水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量高于網(wǎng)狀纖維水泥穩(wěn)定碎石和條狀纖維水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量；

2）隨著纖維含量的增加，絲狀纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量與網(wǎng)狀纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的差異逐漸減小，與條狀纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的差異加大；

3）當齡期超過60d后，絲狀纖維水泥穩(wěn)定碎石回彈模量明顯優(yōu)于其他兩種水泥穩(wěn)定碎石。

3 纖維長度對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的影響

以絲狀聚酯纖維水泥穩(wěn)定碎石為對象，分別采用1、3、5、7、9、11、13cm纖維按 0.5‰含量成型水泥劑量5%（其中的20%由粉煤灰替代）的水泥穩(wěn)定碎石試件，按規(guī)定要求測試其回彈模量，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，不論齡期如何變化，隨著纖維長度的增加，水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量總是呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢且在纖維長度為7cm時出現(xiàn)峰值，但纖維長度＞7cm后，水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的下降趨勢并不明顯。因此，水泥穩(wěn)定碎石中聚酯纖維的長度應(yīng)結(jié)合抗裂性能試驗和力學(xué)性能試驗確定，但不應(yīng)低于7cm。

4 結(jié)論

1）不論纖維形狀和齡期如何變化，水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量總是隨著纖維含量的增加而降低，這說明聚酯纖維的添加對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量具有一定不利影響，因此，應(yīng)結(jié)合聚酯纖維水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能試驗和力學(xué)性能試驗合理確定纖維含量。

2）不論齡期如何變化，絲狀纖維對水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的不利影響總是弱于網(wǎng)狀纖維和條狀纖維，因此，建議采用絲狀纖維作為水泥穩(wěn)定碎石的添加材料。

3）不論齡期如何變化，隨著纖維長度的增加，水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量總是呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢且在纖維長度為7cm時出現(xiàn)峰值，但纖維長度＞7cm后，水泥穩(wěn)定碎石回彈模量的下降趨勢并不明顯。因此，建議水泥穩(wěn)定碎石中采用的聚酯纖維長度應(yīng)結(jié)合抗裂性能試驗和力學(xué)性能試驗確定，但其長度不應(yīng)低于7cm。

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1008-3197（2011）03-46-03

2011-04-07

王建國/男，1965年出生，高級工程師,天津濱海新區(qū)投資控股有限公司，從事市政工程建設(shè)及管理工作。

□李海波、虞金金/天津城建設(shè)計院有限公司。