聚酯纤维对橡胶粉沥青混凝土路用性能影响的研究.pdf

12：2023年9 月试验与研究江西建材聚酯纤维对橡胶粉沥青混凝土路用性能影响的研李凌云，郭沛铭河南天平工程质量检测有限公司，河南濮阳457000摘要：文中主要分析了不同聚酯纤维掺量下橡胶粉改性沥青混合料的高低温性能及水稳性能的演变规律，确定最佳的聚酯纤维掺量。研究结果表明，橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度、劲度模量、残留稳定度及冻融劈裂强度比与聚酯纤维掺量呈现先正相关后负相关的关系。当聚酯纤维掺量为0.2%时，橡胶粉改性沥青混合料的高温性能、低温性能及水稳性能均达到最佳。关键词：聚酯纤维；橡胶粉沥青混合料；路用性能中图分类号：U414.7+5文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 0 12-0 3Study on the Influence of Polyester Fiber on Pavement Performanceof Rubber Powder Asphalt ConcreteLi Lingyun,Guo PeimingHenan Tianping Engineering Quality Inspection Co.Ltd.,Puyang,Henan 457000Abstract:The paper mainly analyzes the evolution law of high and low temperature properties and water stability of rubber powder modifiedasphalt mixture under different polyester fiber content,and determines the best polyester fiber content.The results show that the dynamicstability,stiffness modulus,residual stability and freeze-thaw splitting strength ratio of rubber powder modified asphalt mixture are firstpositively correlated and then negatively correlated with the content of polyester fiber.When the content of polyester fiber is O.2%,the hightemperature performance,low temperature performance and water stability of rubber powder modified asphalt mixture are the best.Key words:Polyester fiber;Rubber powder asphalt mixture;Road performance0引言随着国内经济水平的快速发展，道路超负荷运行，加上恶劣环境的耦合作用，沥青路面不断出现裂缝、网裂、坑槽等病害，严重影响了沥青路面的使用效果及服役安全性能，长寿命沥青路面的建设理念一直是道路行业工作者追逐的目标。因此，研究者开始将SBS、橡胶粉及纤维等材料掺人沥青混合料中，达到提高混合料路用性能的目的-2 。目前，研究者已经开展了大量橡胶粉或者纤维沥青混合料路用性能方面的研究 3-41，但是针对两者复合改性的沥青混合料路用性能研究相对较少。鉴于此，本研究首先确定AC13沥青混合料的最佳油石比，然后分析不同聚酯纤维掺量下（0.1%、0.2%、0.3%）沥青混合料的高低温性能及水稳性能的变化规律，确定最佳的聚酯纤维掺量。以期为纤维橡胶粉复合改性沥青混合料的性能提升及配合比优化设计提供一定的参考。原材料及试验方法1.1原材料本文采用中石油橡胶粉改性沥青，根据规范JTGE20一2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程对该沥青进行相关的物理技术指标测试，结果如表1所示。第一作者：李凌云（19 7 4-），男，河南濮阳人，本科，高级工程师，主要研究方向为道路与桥梁工程。表1沥青基本物理指标试验项目橡胶粉改性沥青要求测试方法软化点/44.343T0606针人度/0.1mm46.260-80T060415延度/cm10040T06055延度/cm3120T0605本研究粗集料采用玄武岩，压碎值为7.8%，磨光值为30.5%，针片状颗粒含量为1.2%；细集料也为玄武岩，表观密度为2.14g/cm，砂当量为5 0.2%，棱角性2.4；矿粉采用石灰岩视密度为2.11g/cm，亲水系数为0.42，无团粒结块现象；上述集料技术指标均满足JTGE20一2 0 11公路工程沥青及沥青混合料试验规程要求。1.2试验方法为了评价不同聚酯纤维掺量下的橡胶粉改性沥青AC13型沥青混合料的路用性能，本文根据JTGF40一2 0 0 4公路沥青路面施工技术规范进行动稳定度试验、低温弯曲试验及残留稳定度试验，通过分析不同聚酯纤维掺量下沥青混合料路用性能的演变规律，确定最佳的聚酯纤维掺量。1.2.1动稳定度试验本文采用室内车辙试验对高模量沥青混合料高温性能进行表征，动稳定度计算公式如式（1）所示。(60-45)XNDs=C,C2(1)D60-D4513：2023年9 月试验与研究江西建材式中，DS为动稳定度（mm/次）；D60为6 0 min试件变形量（mm）；D 45 为45 min时试件变形量（mm）；N为往返次数（次），N=42次；C为试验机修正系数，C=1.0；C,为试件系数，C2=1.0。1.2.2低温弯曲试验本文采用低温弯曲试验以破坏时的弯曲劲度模量表征沥青混合料的低温抗裂性能，劲度模量计算公式如式（2）（4）所示。3LP,R=(2)2bh26hd&=(3)LRbSb=(4)式中，R,为弯拉强度（MPa）；&为弯拉应变；S,为劲度模量（MPa）；b 为跨中断面宽度（mm）；h 为断面高度（mm）；L为试件跨径（mm）；P,为破坏时最大荷载（N）；d 为破坏时跨中挠度（mm）。1.2.3沥青混合料水稳定性能试验本文以残留稳定度和冻融劈裂强度比为指标评价沥青混合料的水稳定性能，对应的计算公式分别如式（5）（6）所示。MS,MS=100(5)MS2式中，MS为残留稳定度（%）；MS，为浸水48 h后稳定度（k N）；M S，为标准方法稳定度（kN）。RlTSR=100(6)R2式中，TSR为冻融劈裂强度比（%）;R为冻融后劈裂强度（M Pa）；R 为冻融前劈裂强度（MPa）。2沥青混合料最佳油石比的确定图1为本研究的AC13配合比设计图。以3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五组油石比制备橡胶粉改性沥青混合料。根据JTGF402004公路沥青路面施工技术规范测定不同油石比下的沥青混合料的体积参数及力学参数，结果如表1所示。AC13最佳沥青用量的计算步骤如下所示。由式（7）得出橡胶粉改性沥青混合料最佳沥青用量初始值OAC,=4.62%；根据技术标准的公共沥青范围由式（8）得出橡胶粉改性沥青混合料最佳沥青用量初始值为OAC2=4.28%，最后由式（9）得出该级配下AC13的最佳沥青用量为4.4%。a,+a2tas+a4OAC=（7)4OACma+OACmlrOAC2=(8)2OAC,+OAC2OAC,=(9)2式中，为马歇尔稳定度最大值对应的油石比；2为相对密度最大值对应的油石比；a3为孔隙率中值对应的油石比；4为饱和度中值对应的油石比；OACmax为符合技术标准对应的油石比最大值；OACmin为符合技术标准对应的油石比最小值。100一一级配上限80一会一级配下限S%/率豆60一日一设计级配402001613.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔尺寸/mm图1AC13沥青混合料级配设计图表1沥青用量与体积参数及力学参数的关系马歇尔理论最大有效沥青矿料间隙油石比/%流值/mm毛体积相对密度空隙率/%稳定度/kN相对密度饱和度/%率1%3.57.72.91.92.04.057.713.84.07.72.52.02.02.963.513.64.56.62.91.92.02.865.214.15.06.43.11.92.02.367.914.45.56.22.81.92.02.169.414.93聚酯纤维掺量对橡胶粉改性沥青混合料路用性能的影响研究3.1聚酯纤维掺对橡胶粉料高温性能的影响研究对不同条件下的沥青混合料高温性能进行测试，结合动稳定度计算公式，其测试数据如图2 所示。从图2 可知，橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度与聚酯纤维掺量呈现先正相关后负相关的关系，当聚酯纤维掺量为0.2%时，橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度达到最佳。这是由于当纤维掺量较少时，可以在沥青混合料内部分散均匀，达到有效填充空隙且链接骨料的作用，增强了沥青混合料组分之间的粘结力，因此其动稳定度有所提升；但是当纤维掺量过高，纤维在沥青混合料内部分散性较差且容易结团，反而降低了混合料内部的粘结能力，对沥青混合料的高温性能反而起到负面作用 5-6 。8000600040002000000.10.20.3聚酯纤维掺量/%图2橡胶粉改性沥青混合料动稳定度与聚酯纤维掺量演变规律142023年9 月试验与研究江西建材3.2聚酯纤维掺量对橡胶粉沥青混合料低温性能的影响研究对不同条件下的沥青混合料低温性能进行测试，结合劲度模量计算公式，其测试数据如图3所示。从图中可知，橡胶粉改性沥青混合料的低温劲度模量与聚酯纤维掺量呈现先正相关后负相关的关系，当聚酯纤维掺量为0.2%时，橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度达到最佳。这是由于当纤维掺量较少时，沥青混合料内部的纤维分散均匀且有效发挥了其增强作用，提升了沥青混合料组分之间的粘结力，因此，其低温抗压能力有所提升；但是当纤维掺量过高，纤维在沥青混合料内部分散性较差且容易结团，对沥青混合料的低温性能反而起到负面作用。90008500800000.10.20.3聚酯纤维掺量/%图3橡胶粉改性沥青混合料劲度模量与聚酯纤维掺量演变律规律3.3聚酯掺量对橡胶粉沥青混合料水稳性能的影响研究对不同条件下的沥青混合料残留稳定度和冻融劈裂强度进行测试，结合计算公式，其测试数据如图4所示。从图4可知，橡胶粉改性沥青混合料的残留稳定度比与冻融劈裂强度比与聚酯纤维掺量呈现先正相关后负相关的关系，当聚酯纤维掺量为0.2%时，橡胶粉改性沥青混合料的水稳定性达到最佳。这是由于当纤维掺量较少时，沥青混合料内部的纤维分散均匀且提供了良好的桥接和加筋作用，可以有效抵消一部分水压力；此外纤维的掺人提高了混合料的空隙，可以为混合料的收缩变形提供一定的空间。更重要的时纤维吸收了沥青的轻质组分，使得沥青更加黏稠，提高了与集料之间的粘结。但是当纤维掺量过高，纤维在沥青混合料内部分散性较差且容易结团，形成的纤维束存在于沥青膜中，容易刺破沥青膜，降低了沥青与集料之间的有效粘结，导致沥青膜容易脱落。100908000.10.20.3聚酯纤维掺量/%（a）残留稳定度-聚酯纤维掺量100908000.10.20.3聚酯纤维掺量/%（b）冻融劈裂强度比一聚酯纤维掺量图4橡胶粉改性沥青混合料沥青混合料残留稳定度比、冻融强度比与聚酯纤维掺量演变规律4结论（1）本研究确定的AC13级配类型最佳沥青用量为4.5%。（2）橡胶粉改性沥青混合料的动稳定度、劲度模量、残留稳定度及冻融劈裂强度比与聚酯纤维掺量呈现先正相关后负相关的关系。（3）当聚酯纤维掺量为0.2%时，橡胶粉改性沥青混合料的高温性能、低温性能及水稳性能均达到最佳。参考文献1】陈华鑫，胡长顺，张争奇.纤维沥青混合料高温稳定性能研究J。华东公路，2 0 0 3（3）：7 6-7 9.2马翔，倪富键，顾兴宇，等，聚酯纤维沥青混合料路用性能研究分析J】.公路交通科技，2 0 0 2（2）：6 3-6 6.3张志祥.SMA沥青混合料中木质素纤维用量的试验研究J.公路交通科技，2 0 0 6，2 3（1）：2 8-314韦佑坡，张争奇，司伟，等.玄武岩纤维在沥青混合料中的作用机理J：长安大学学报（自然科学版），2 0 12，32（2）：39-44.5杜德龙，范永亮，邬瑞峰。废橡胶粉沥青混凝土的低温性能研究J.江西建材，2 0 17（10）：12 5.6 盛赛华。橡胶粉沥青混凝土在广东地区的应用C.橡胶沥青在路面工程中应用技术交流会会议资料汇编，2 0 0 6：2 7-36.