 Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2013, 2, 138-141 http://dx.doi.org/10.12677/ojtt.2013.22025 Published Online May 2013 (http://www.hanspub.org/journal/ojtt.html) Experiment Study on the Polyester Fiber Mix into Asphalt Mixture Minwei Xie1*, Baoping Feng2 1Hangzhou City Traffic Engineering Group Co., Ltd., Hangzhou 2Shaanxi Provincial Expressway Construction Group Co., Xi’an Email: *462814608@qq.com Received: Mar. 28th, 2013; revised: Apr. 21st, 2013; accepted: Apr. 30th, 2013 Copyright © 2013 Minwei Xie, Baoping Feng. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution Li- cense, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: The paper analyzes three kinds of asphalt mixture with the same gradation mixture of matrix as- phalt, adding 4.5% SBS modified mixes agent and simultaneously adding 0.25% polyester fiber and 4.5% SBS modifier. The three kinds of mixture are conducted by Marshall stability test, rutting test, split test, re- sidual stability and freeze-thaw splitting test, aiming to properties of mixture Marshall stability, water stabil- ity, high temperature stability and low temperature crack resistance. The results show that the high tempera- ture stability, asphalt mixture rutting resistance and low temperature properties of asphalt mixture can be im- proved by the addition of the SBS modifier and polyester fiber. Asphalt mixture with polyester fiber and SBS modifier is better than that of SBS modified asphalt and asphalt mixture in the aspects of rutting resistance, low temperature performance, water stability and freeze-thaw splitting strength ratio. Keywords: Polyester Fiber; Road Service Performance; Asphalt Mixture; Modified Asphalt 基于掺加聚酯纤维的沥青混合料对比试验研究 谢民伟 1*，冯宝平 2 1杭州市交通工程集团有限公司，杭州 2陕西省高速公路建设集团公司，西安 Email: *462814608@qq.com 收稿日期：2013 年3月28日；修回日期：2013 年4月21 日；录用日期：2013年4月30 日 摘 要：文章对相同配合比的基质沥青、掺加 4.5%SBS 改性剂和同时掺加 0.25%聚酯纤维与 4.5%SBS 改性剂的混合料分别进行了马歇尔稳定度试验、车辙试验、劈裂试验、残留稳定度和冻融劈裂试验， 研究三种沥青混合料的马歇尔稳定度、水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性。结果表明：掺加 SBS改 性剂和聚酯纤维后，沥青混合料的高温稳定性能得到改善。抗车辙能力和低温性能优劣依次为掺加聚 酯纤维和SBS 改性沥青混合料、SBS 改性沥青混合料、基质沥青混合料。残留稳定度和冻融劈裂强度 比的优劣顺序为：纤维沥青混合料、SBS 改性沥青混合料、基质沥青混合料。 关键词：聚酯纤维；路用性能；沥青混合料；改性沥青 1. 引言 近年来，我国公路建设与研究部门将加强沥青混 合料路面铺筑技术研究、改善沥青混合料路面使用品 质、延长其使用寿命列为研究对象。其中聚酯纤维在 沥青混合料路面上的应用，被视为一个提高沥青混合 *通讯作者。 Copyright © 2013 Hanspub 138  基于掺加聚酯纤维的沥青混合料对比试验研究 料路面路用性能的有效措施，正日益受到公路行业的 重视。 2. 材料及试验 本试验所用石料均为玄武岩，石料洁净、干燥、 无风化、无杂质，细集料以及填料包括天然砂、石屑、 矿粉、水泥。经试验测定质量符合(公路沥青路面施工 技术规范)JTG F40-2004 中规定的沥青面层用集料质 量技术要求。本试验所用基质沥青为埃索AH-90 重交 通道路沥青，改性剂为燕山 SBS，剂 量4.5%，改性沥 青质量检测结果见表 1。纤维采用美国杜邦公司生产 的聚酯纤维，主要技术参数见表 2。 3. 矿料级配 采用 AC-13C 级配类型，级配范围及合成级配见 表3。 4. 沥青混合料性能试验 4.1. 马歇尔稳定度 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ052-2000)的方法，进行了混合料的马歇尔稳定度 试验，结果见表4。 由表 4可知，在相同的级配下，基质沥青混合料 的油石比最小，SBS 沥青混合料和加博尼纤维沥青混 合料的油石比比基质沥青混合料的油石比增加 0.2%~0.3%，由于纤维比表面大，加入沥青混合料后 会吸收一定量的沥青，故使得混合料的油石比有所增 加[1]。 从稳定度结果看，SBS 改性沥青混合料、掺加纤 维的 SBS 改性沥青混合料马歇尔稳定度明显高于未 改性沥青的稳定度，这从一定程度上说明 SBS 改性沥 青混合料和加纤维沥青混合料的高温稳定性能得到 改善。由于纤维在混合料中的纵横交错的分布和加筋 作用，加强了混合料的受力性能，从而使纤维沥青混 合料的马歇尔稳定度较基质沥青混合料获得提高。 4.2. 抗车辙试验 对表 4的3种混合料按照《公路工程沥青及沥青 混合料试验规程》(JTJ052-2000)的试验方法，进行车 辙试验。从图 1的试验结果可以看出，聚酯纤维沥青 Table 1. Asphalt index 表1. 沥青指标 项目 单位 实测值 规范值 试验方法 针入度(25℃，100 g，5 s) 0.1 mm 86.3 80~100 T0604 针入度指数 PI，不小于 −1.24 −1.5~+1.0 T0604 10℃延度 ，不小于 (cm) 136.8 20 T0605 15℃延度不小于 (cm) 129.8 100 T0605 软化点(环球法)，不小于 (℃) 45.5 45 T0606 运动粘度 60℃，不小于 (Pa·s) 197.6 160 T0620 含蜡量(蒸馏法)，不大于 % 1.8 2.2 T0615 闪点，不小于 (℃) 295 245 T0611 溶解度(三氯乙烯)，不小于 (%) 99.8 99.5 T0607 密度(15℃) (g/cm3) 1.011 实测记录 T0603 质量变化，不大于 (%) 0.55 ±0.8 T0609 残留针入度比(25℃)，不小于 (%) 73.1 57 T0604 残留延度(10℃)，不小于 (cm) 8.14 8 T0605 Table 2. The physical chemistry index of polyester fiber 表1. 聚酯纤维物理化学指标 直径(mm) 长度(mm) 密度(g/cm3) 弹性模量(MPa) 熔点()℃ 断裂伸长率(%) 抗拉强度(MPa) 0.10~0.025 6 ± 1.5 1.36~1.40 9524 260 38 >500 Copyright © 2013 Hanspub 139  基于掺加聚酯纤维的沥青混合料对比试验研究 Table 3. Gradatio n of AC-13C mixture 表3. A C-13C混合料级配 通过以下筛孔质量百分率(%) 级配 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 合成级配 100.0 99.1 76.5 45.6 25.9 19.8 14.7 12.2 10.2 7.5 90 68 38 24 15 10 7 5 4 级配范围 100 100 85 68 50 38 28 20 15 8 Table 4. Marshall stability test of asphalt mixture 表4. 沥青混合料马歇尔试验 序号 沥青混合料 油石比(%) 空隙率(%) 饱和度(%) 密度(g/cm3)稳定度(KN) 流值(mm) 马氏模数(N/0.01cm) ① 沥青 4.8 3.75 77.5 2.492 9.05 3.51 2.602 ② 沥青 + 4.5%SBS 5.2 3.21 79.8 2.514 14.37 4.43 3.321 ③ 沥青 + 4.5%SBS + 0.25%纤维 5.8 3.41 81.5 2.581 13.01 4.53 2.914 技术要求 - 3~5 65~75 - >8.0 2.0~5.0 - 835.4 3675.8 4512.2 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 ①②③ Figure 1. Wheel tracking test of asphalt mixture 图1. 沥青混合料车辙试验 混合料的抗车辙能力高于SBS 改性沥青混合料、基质 沥青混合料。加入聚酯纤维后，由于纤维的吸附作用， 使沥青的粘稠度和粘聚力增大，同时由于纵横交错的 加筋作用，能够抵抗高温条件下行车荷载的反复作用 产生的沥青混合料变形性能，使沥青的高温稳定性得 到了很大的提高，从而增强了混合料的抗车辙能力。 4.3. 间接拉伸试验 间接拉伸试验即通常所说的劈裂试验，按照《公 路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-200 0)的 试验方法，进行−10℃沥青混合料间接拉伸试验，结 果见表 5。 一般情况下，良好的低温抗拉伸性能反映为较大 的抗拉伸强度，较大的变形和较小的劲度模量[2]。从 破坏应力、破坏应变、破坏劲度都可以得出，沥青混 合料的低温性能优劣顺序为：SBS + 纤维 > SBS > 基质沥青。纤维沥青混合料中纵横交错的纤维使混合 料具有了较高的弹性，沥青混合料的强度得到提高， 相应地沥青混合料脆性有所降低。在受力过程中聚醋 纤维阻止了裂缝的引发[3]，从而减少了裂缝源的数量， 并使裂缝尺度变小，降低了裂缝尖端的应力强度因 子，缓和了裂缝尖端的应力集中程度。 4.4. 水稳定性试验 本文主要采用浸水马歇尔试验残留稳定度和冻 融劈裂试验劈裂强度比双指标来评价其抗水害能力， 沥青混合料水稳定性试验结果见表 6。 从试验数据可以看出相同级配的沥青混合料残 留稳定度和冻融劈裂强度比的排列顺序为：SBS + 聚 酯纤维沥青混合料 > SBS改性沥青混合料 > 基质沥 青混合料。因为纤维可以吸附部分沥青，从而增大沥 青用量，提高沥青饱和度，并且使粘附在矿料上的结 构沥青膜变厚，降低了水对沥青胶浆的浸蚀破坏作 用，使纤维沥青混合料抗水损害能力强于基质沥青混 合料的抗水害能力[4]。在相同击实条件下，纤维混合 料的孔隙率大，而孔隙率对抗冻融破坏影响又较大， 故施工中特别强调压实遍数比普通混合料要多，以保 证纤维沥青混合料空隙率减小，使纤维改善性能得以 发挥。 Copyright © 2013 Hanspub 140  基于掺加聚酯纤维的沥青混合料对比试验研究 Table 5. The results of indirect tensile test of asphalt mixture 表5. 沥青混合料间接拉伸试验结果 序号 沥青混合料 破坏应力(MPa) 破坏应变(με) 破坏劲度(MPa) ① 沥青 3.84 3.978 77.5 ② 沥青 + 4.5%SBS 4.62 3.21 79.8 ③ 沥青 + 4.5%SBS + 0.25%纤维 5.04 3.41 81.5 Table 6. The water stability of asphalt mixture surface 表6. 沥青混合料水稳定性 序号 沥青混合料 残留稳定度(%) 冻融劈裂残留强度比(%) ① 沥青 89.1 84.2 ② 沥青 + 4.5%SBS 92.1 91.3 ③ 沥青 + 4.5%SBS + 0.25%纤维 94.6 94.8 5. 施工过程中的几个关键性问题 1) 纤维沥青混合料采用马歇尔击实试验确定最 佳沥青用量，与普通混合料相比，一般增加0.15%~ 0.6%的沥青用量。 2) 纤维的掺加方式有 2种：一是根据每盘沥青混 合料的总重量计算出纤维的用量，预先用易熔塑料袋 包装好，在热料进入拌缸后，立即投入，在沥青加入 前，纤维已经基本均匀分布在矿料中；二是通过压缩 空气从筒仓吹入到拌缸。本文采取的是第一种方法。 3) 为了保证矿料与纤维均匀混合，干拌和湿拌的 时间都要延长，拌和时间延长多少，取决于拌缸的构 造和拌和方式以及加入纤维的类型和数量。在一般情 况下，干拌时间比普通混合料延长 5~15 s，湿拌时间 要延长 5~10，具体情况应根据纤维的分散性来确定。 4) 适当提高混合料的出厂温度，一般控制在 170℃ ~180℃。 5) 试拌一盘后要及时进行抽样检测，并仔细观察 纤维是否分散均匀。 6) 摊铺完成后及时进行碾压，初压温度不小于 150 ℃，复压温度不小于 120℃，终压温度不小于 100℃。 6. 结论 1) 掺入0.25%聚酯纤维和4.5%SBS 的改性沥青 混合料抗车辙能力、低温抗裂性和水稳定性比SBS 改 性沥青混合料、基质沥青混合料均有明显的改善和提 高。 2) SBS 改性沥青混合料和加纤维沥青混合料的 高温稳定性能均得到改善。 3) 掺加聚酯纤维和SBS 改性剂沥青混合料的抗 车辙能力高于 SBS 改性沥青混合料、基质沥青混合 料。 4) 相同级配的沥青混合料残留稳定度和冻融劈 裂强度比的排列顺序为：掺加聚酯纤维和 SBS 改性沥 青混合料 > SBS 改性沥青混合料 > 基质沥青混合 料。 5) 掺加聚酯纤维沥青混合料明显改善沥青路面 的使用性能。尽管建设期投资比普通沥青路面高出较 多。但是从减少路面病害和延长路面使用年限等方面 综合考虑。纤维沥青路面的社会效益和经济效益还是 高于普通沥青路面。尤其是在高速公路、桥面铺装上， 值得大力推广。 参考文献 (References) [1] 李洪斌. 纤维稳定剂对沥青混合料路用性能影响分析[J]. 中 外公路, 2005, 25(6): 113-115. [2] 沈金安. 沥青及沥青混合料路用 性能[M]. 北京: 人民交通出 版社, 2003. [3] 孙同策. 纤维沥 青混凝土试验及应用[J]. 公路交通科技, 2005, 22(2): 20-23. [4] 李明, 邹勃. 聚酯纤维增强沥青混合料性能研究[J]. 西部交 通科技, 2007, 1: 44-46. Copyright © 2013 Hanspub 141 |