聚酯纖維瀝青混合料路用性能研究

□文/牛 軍

隨著交通量不斷增加，瀝青路面會(huì)受到不同程度的損壞，研究新的材料提高瀝青路面路用性能成為一大熱點(diǎn)，在瀝青中添加纖維已成為一種選擇。在許多纖維材料中，選擇聚酯纖維是因?yàn)榫埘ダw維具有高拉伸強(qiáng)度并且可以改善混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

本文從原材料級(jí)配調(diào)試、配合比設(shè)計(jì)入手，通過(guò)高溫抗車轍性能試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)、低溫抗裂性能試驗(yàn)來(lái)研究聚酯纖維對(duì)AC-20 型普通瀝青混合料路用性能的影響。

1 原材料

1）瀝青。試驗(yàn)所用70 號(hào)A 級(jí)道路石油瀝青符合JTGF 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求，見表1。

表1 試驗(yàn)用70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青檢測(cè)

續(xù)表1

2）粗集料。石灰?guī)r10～20 mm和5～10 mm，見表2。

表2 試驗(yàn)用粗集料檢測(cè)

3）細(xì)集料為機(jī)制砂，見表3。

表3 試驗(yàn)用細(xì)集料檢測(cè)

4）礦粉為石灰?guī)r礦粉，見表4。

表4 試驗(yàn)用礦粉檢測(cè)

2 混合料級(jí)配組成

依據(jù)技術(shù)規(guī)范關(guān)于AC-20 型瀝青混合料礦料級(jí)配范圍要求確定級(jí)配，見圖1。

圖1 AC-20型礦料級(jí)配曲線

3 不同種類聚酯纖維瀝青混合料最佳油石比的確定

根據(jù)不同摻配方案選擇兩種聚酯纖維，與未添加纖維的普通瀝青混合料進(jìn)行比較。由于聚酯纖維具有良好的吸附性能，瀝青會(huì)被包裹在聚酯纖維分散而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，纖維瀝青混合料比普通瀝青混合料的瀝青量要多。因此，確定聚酯纖維瀝青混合料的最佳油石比時(shí)，在普通瀝青混合料最佳油石比基礎(chǔ)上，以+0.2%分級(jí)設(shè)定4個(gè)油石比。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 AC-20型瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

4 拌和工藝

4.1 瀝青混合料溫度控制

瀝青混凝土拌和溫度與馬歇爾穩(wěn)定性、孔隙率的大小有直接關(guān)系：當(dāng)拌和溫度高時(shí)，瀝青混合料的溫度高于瀝青，同時(shí)瀝青的流動(dòng)性增加，黏性降低，擊實(shí)成型時(shí)，能使空隙減小，試件高度也減小，穩(wěn)定度增加；反之，瀝青混合料溫度低于瀝青，瀝青將會(huì)局部冷卻結(jié)塊，黏度加大，孔隙也會(huì)增加，穩(wěn)定性降低。添加聚酯纖維瀝青混合料與普通瀝青在拌和溫度上存在一定差異，應(yīng)結(jié)合聚酯纖維的自身特性和反應(yīng)機(jī)理[1～4]，綜合分析后確定，見表6。

表6 熱拌瀝青混合料室內(nèi)試驗(yàn)溫度控制 ℃

4.2 拌制方法

混合時(shí)，必須確保纖維的均勻分散，本研究采用干拌法進(jìn)行：首先將纖維在風(fēng)送設(shè)備內(nèi)蓬松化，然后鼓風(fēng)吹入攪拌鍋內(nèi)，與粗集料一起干拌，時(shí)間控制在30～40 s，再加入瀝青拌和，根據(jù)瀝青均勻裹覆集料的具體情況，適當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間，確保纖維充分分散，最后加入礦粉，繼續(xù)攪拌90 s。

5 聚酯纖維瀝青混合料路用性能

主要對(duì)瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能及抗?jié)B性能進(jìn)行檢測(cè)，綜合評(píng)價(jià)聚酯纖維瀝青混合料的路用性能。

5.1 高溫抗車轍性能試驗(yàn)

采用車轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫抗車轍性能，結(jié)果見表7。

表7 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7 看出，細(xì)聚酯纖維瀝青混合料的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定度最大，其次是細(xì)纖維和粗纖維的混合物，粗纖維混合料動(dòng)穩(wěn)定度最小，但是纖維改性瀝青混合料的指標(biāo)都明顯高于普通瀝青混合料的性能，滿足技術(shù)規(guī)范改性瀝青混合料≥2 800次/mm的要求。

5.2 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果見表8。

表8 瀝青混合料殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 %

由表8 可知，細(xì)聚酯纖維瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度、動(dòng)凍融劈裂強(qiáng)度最高，其次是細(xì)纖維和粗纖維混合物，粗纖維混合料最小，但仍高于普通瀝青混合料，同時(shí)達(dá)到改性瀝青混合料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 低溫抗裂性能試驗(yàn)

采用低溫彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，結(jié)果見表9。

表9 瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表9 可知，細(xì)聚酯纖維瀝青混合料低溫抗裂性性能最優(yōu)，細(xì)纖維和粗纖維混合物次之，均滿足規(guī)范改性瀝青混合料彎曲應(yīng)變≥2 500的要求，但是粗纖維混合料應(yīng)變＜2 500。

6 結(jié)論

1）聚酯纖維瀝青混合料在配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，應(yīng)嚴(yán)格控制各階段溫度，聚酯纖維瀝青加熱溫度及其混合料的拌和、成型溫度與改性瀝青混合料相近。

2）聚酯纖維瀝青混合料能夠明顯改善普通瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足改性瀝青混合料的技術(shù)要求。

3）通過(guò)試驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)細(xì)聚酯纖維的使用效果最佳、粗細(xì)混合使用聚酯纖維次之、粗聚酯纖維改善效果相對(duì)最小；實(shí)際使用過(guò)程中因受施工條件、建設(shè)成本等條件控制，應(yīng)綜合考慮擇優(yōu)選擇。

4）本次試驗(yàn)研究樣本較少，建議繼續(xù)進(jìn)行研究。