聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層力學性能研究

曹建青，馮曉海，張 斌，李 偉，易 寶，張 鵬

(1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830047；2.塔城市建筑工程質量監督檢測站，新疆 塔城 834300)

聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層力學性能研究

曹建青1，馮曉海2，張 斌1，李 偉1，易 寶1，張 鵬1

(1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830047；2.塔城市建筑工程質量監督檢測站，新疆 塔城 834300)

分別在二灰砂礫中添加不同長度及不同摻量的聚酯纖維，進行彎拉強度力學性能試驗。結果表明，添加聚酯纖維能明顯提高二灰砂礫的抗彎拉強度和抗裂性能；并且在一定范圍內，抗彎拉強度與抗裂性能隨著聚酯纖維摻量的增加而增加。

半剛性基層；二灰砂礫；聚酯纖維；力學性能

1 材料選定與級配設計

1.1 試驗原材料

試驗選用的石灰滿足Ⅱ級以上標準且已充分消解。粉煤灰滿足總含量超過70%，燒失量小于20%，且0.3 mm篩孔通過量達90%以上，0.075 mm篩孔通過量達70%的要求。二灰砂礫混合料中的礫石集料來源于新疆烏魯木齊烏拉白料場，共有0～0.5 cm、0～0.8 cm、和4.5～26.5 cm三檔集料，嚴格將集料的含泥量控制在7%以下，選用合理的配合比進行試驗。

1.2 配合比的確定

(1)二灰與砂礫的配合比確定

石灰與粉煤灰的配比1∶3～1∶4，且集料含量為80%～85%時，這種基層材料既可抗干縮又可抗溫縮，并且減少了由基層反射裂縫而引起的瀝青面層開裂問題。此研究選用的配合比為石灰∶粉煤灰∶砂礫=5∶15∶80。

(2)砂石集料的級配確定

采用三檔集料配合設計滿足級配上限、下限值，而且最接近中值的級配，如圖1所示。

圖1 配合比設計曲線

2 力學性能試驗及分析

半剛性材料作為路面的基層材料，其主要要求就是能夠承受較大的外力，并能夠抵抗外力作用引起的變形且具有良好的抗裂性能。為了評價半剛性材料的這些性能，主要應該從抗壓強度以及抗彎拉強度進行分析。經過多年研究已經證明二灰砂礫半剛性基層具有較強的抗壓強度，雖具有一定的抗拉強度卻滿足不了抗裂性能的要求。

為研究聚酯纖維的加入對二灰砂礫混合料抗彎拉、抗裂性能的有益影響。在確定混合料級配的同時，通過擊實試驗確定混合料的最佳含水量和最大干密度。分別采用5 cm、10 cm、15 cm長度的聚酯纖維，選用0.5‰、1.0‰、1.5‰、2.0‰的摻量，進行抗彎拉及抗裂性能的試驗并分析。

2.1 擊實試驗

采用錘重4.5 kg，錘擊面直徑5.0 cm,落高45 cm，試筒尺寸為內徑(15.2 cm)、高(12.0 cm)、容積(2 177 cm3)的擊實方法。得到含水量與干密度的關系圖見圖2。

從圖中可以看出最佳含水量為9.76%到9.77%之間。

圖2 含水量—干密度曲線圖

2.2 彎拉強度試驗及結果分析

根據材料粒徑的大小可知：中梁(尺寸為100 mm×100 mm×400 mm)適用于中粒土(由于大梁試件的成型難度較大，在實驗室不具備成型條件時，中梁試件的最大公稱粒徑可放寬到26.5 mm)。故制備中梁試件在標準養護條件下養護28 d，進行彎拉強度試驗。

試驗采用三分點加壓的方法進行，加載時保持均勻、連續加載，且保持加載速率為50 mm/min,直至時間破壞。

(1)纖維摻量對彎拉強度的影響

通過對不同聚酯纖維摻量的二灰砂礫試件進行彎拉強度試驗，可以得到不同聚酯纖維摻量的二灰砂礫試件的極限破壞荷載平均值P，見表1。

從表1中可以看出，聚酯纖維的長度一致，當聚酯纖維的摻量小于1.0‰時，試件的破壞極限荷載會隨著聚酯纖維的增加而增加，而當聚酯纖維的摻量超過1.0‰時，破壞極限荷載反而會隨著聚酯纖維摻量的增加而減小。

按公式(1)計算得出不同聚酯纖維摻量二灰砂礫材料的彎拉強度見表1。

(1)

其中：P為平均破壞極限荷載，N；L為兩只點間的距離，mm；b為試件寬度，mm；h為試件高度，mm。

表1 不同纖維摻量二灰砂礫試件的破壞荷載及彎拉強度表

聚酯纖維的摻量對二灰砂礫試件的彎拉強度影響如圖3所示。

圖3 不同聚酯纖維摻量彎拉強度圖

從圖3中可以看出，聚酯纖維的加入可有效的增強二灰砂礫的彎拉強度，而彎拉強度與聚酯纖維摻量存在一個峰值，加入聚酯纖維的二灰砂礫試件彎拉強度隨著聚酯纖維的摻量增加而增加，但當達到一定的值時，其彎拉強度就隨著聚酯纖維的增加而減小，該峰值為1.0‰。

同時，在試件經過28 d的養護后，可以明顯的觀察到加入聚酯纖維的試件整體性比沒有加入聚酯纖維的試件強，沒有加入聚酯纖維的試件出現裂縫的可能性較高，由此可知，聚酯纖維的加入能增強二灰砂礫的抗裂性能。

(2)聚酯纖維的長度對彎拉強度的影響

聚酯纖維過短，則不能夠貫穿在集料顆粒之間，故起不到加筋、增強彎拉強度的作用。聚酯纖維過長，容易使聚酯纖維團在一起，形成薄弱點，不但起不到加筋、增強彎拉強度的作用，反而會降低混合料的均勻性。所以，聚酯纖維不應過長也不應過短，此實驗選用0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm三個長度參量作為研究對象。

通過對標準養護28 d后的聚酯纖維二灰砂礫試件(聚酯纖維摻量均為2.0‰，長度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm)進行彎拉試驗，確定聚酯纖維的長度對彎拉強度的影響，實驗結果見表2及圖4。

根據公式(1)計算得出聚酯纖維長度不同對應試件的彎拉強度值，見表2。

表2 不同纖維長度的二灰砂礫試件彎拉強度表

根據表2繪得不同纖維長度對二灰砂礫彎拉強度的影響關系，見圖4。

圖4 不同聚酯纖維長度彎拉強度圖

從圖4中可以看出，聚酯纖維的長度也在一定程度上影響著彎拉強度，當聚酯纖維長度為0.5 cm和1.5 cm時與聚酯纖維長度為1.0 cm相比，彎拉強度降低了大約0.35 MPa。為能夠有效利用聚酯纖維，減少不必要的浪費，認為應當采用長度適中的聚酯纖維。

3 結 論

經過實驗研究可知，聚酯纖維的摻入在一定范圍內能大大提高二灰砂礫的彎拉強度與抗裂性能。說明聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層較普通二灰砂礫半剛性基層具有更強大的抗彎拉能力與抗裂能力。從而可以證明，聚酯纖維作為軟纖維中最優的纖維可以成為改善二灰砂礫半剛性基層的一劑良藥。

在未來的發展中，考慮到二灰砂礫的廉價與環保，二灰砂礫半剛性基層的諸多優點以及聚酯纖維的加入能很大程度的提高其抗彎拉強度與抗裂性能，聚酯纖維二灰砂礫半剛性材料將會成為值得推廣并長期信賴的道路基層材料。

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2016-09-26

U416

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：1008-3383(2017)06-0025-02