沥青纤维范文

沥青纤维范文（精选12篇）

沥青纤维 第1篇

近年来, 随着我国高等级公路的飞速发展, 交通流量也在迅猛增长, 特别是重型车辆的日益增多, 普遍存在的工程问题是路面的使用寿命不足和路面的早期损坏, 因此不断地改进沥青砼的使用品质, 研究应用新型的沥青砼道面材料, 是当前重要的研究应用方向。加纤维沥青砼作为一种新型的高等级路面材料, 在国外的应用和发展很快。目前尚没有规范的设计规程, 本文就近年来应用较为广泛的博尼维 (BoniFibers) 纤维对沥青用量的影响进行研究探讨。

2博尼维 (BoniFibers) 纤维的物理化学性能

博尼维是1970年由美国DuPont (杜邦) 公司的化学工程师Boni Martine z研制开发的, 首次在新疆高速公路、河北省石黄高速公路应用, 其主要物理化学性能指标如下:

直径:0.02±0.0025mm长度:6.35±1.58mm比重:1.36±0.04 g/cm3颜色:自然色 (白色)

熔点温度:大于249℃燃点温度:大于556℃抗拉强度:517±26Mpa断裂延伸度:33±9%

3博尼维纤维的作用

当纤维加入到沥青混凝土中, 纤维与周围基体 (沥青以及沥青胶浆) 、纤维与纤维之间存在着复杂的相互作用, 根据各种理论分析的结果, 纤维不但对沥青具有改性的效果, 同时还会显著的影响沥青混合料的韧性和破坏过程, 即具有改性、加筋和桥联作用, 显著的提高沥青混凝土的抗车辙能力和抗低温裂缝能力, 延缓疲劳寿命。

4博尼维纤维对沥青用量的影响

4.1比表面积的概念

比表面积指单位质量的物体的表面积大小。

当矿料为立方体时, 则边长L的石料表面积为6L2, 体积为L3, 质量M=ρL3, 则比表面积为:6L2/ (ρL3) =6/ (ρL)

假定矿料为球体时, 比表面积为6/ (ρD) , D为球体直径, ρ为矿料的粒径。

4.2矿料的总表面积计算

矿料表面积计算:假定矿料为立方体, 矿料总质量为100g, 筛余为M (g) , 平均尺寸为L (cm) , 密度为ρ (g/cm3) , 则面积S=6M/ (ρL) 。如果密度ρ相同, 矿料尺寸及筛余分多级, 则上式可化S= (6/ρ) (ΣM/L)

因而粗集料 (>4.75mm) 表面积

Sc=6/2.697 (2.5/1.75+15.0/1.46+14.5/1.13515.5/0.7125) =108.85 cm2。

细集料 (0.075～4.75mm) 表面积

Sf=6/2.698

(11.5/0.3555+11.0/0.177+8.0/0.089+6.0/0.045+5.0/0.0225+5.0/0.01125) =2189.14 cm2。

由于矿粉中小于0.004mm的颗粒极少, 取0.004mm做为计算的下限。

矿粉的平均尺寸为 (0.075mm+0.004mm) /2=0.0395m m, 因而矿粉表面积

Sa=6/2.720 (6.0/0.00395) =3350.71 cm2

矿料总表面积为粗、细集料和矿粉面积之和, 即

S=108.85+2189.14+3350.71=5648.7 cm2。

通过计算可以看出, 大于>4.75 mm的粗集料只占矿料总表面积的1.93%, 细集料 (4.75-0.075 mm) 占38.76%, 矿粉占59.32%。由于矿粉的用量仅为6.0%, 而面积却占到矿料总表面积的近60%, 可见矿粉用量对沥青用量的影响之大, 所以沥青混合料设计中强调要求适宜的粉油比 (粉胶比) 是很有必要的。

4.3纤维表面积计算

纤维掺量按推荐的2.5磅/吨沥青混合料外掺, 折合1.135kg/吨沥青混合料, 沥青用量按4.5%进行计算, 则纤维与矿料的比例为0.119g/100g。纤维的基本技术参数如下:

直径D=0.02±0.0025mm长度L=6.35±1.58mm

密度ρ=1.36±0.04 (g/cm3) 。

每根纤维的质量为M=π (D/2) 2Lρ=3.142 (0.02mm/2) 26.35mm1.3610-3=2.7110-6g

0.119g纤维共有:0.119/2.7110-6=4.39104根

每根纤维的表面积S=πDL=3.1420.02mm6.35mm10-2=3.9910-3cm2

纤维的总表面S总=4.391043.9910-3cm2=175.16 cm2

纤维面积与矿料总面积之比为:175.16/5648.7=3.1%。

4.4沥青用量范围的确定

如果未掺加纤维的沥青混合料沥青用量为4%～5%, 掺加2.5P/T纤维后, 表面积增加3.1%, 按沥青平均分摊于这些表面积上, 则纤维掺量为2.5P/T的沥青混合料的沥青增加量为0.12%～0.16%, 即增加3.1%。按7.5P/T的纤维掺量计算时, 沥青增加量为0.36%～0.48%。

考虑到纤维与石料对沥青吸持能力的差异, 以及理论计算的误差等因素, 同时, 由于普通沥青混合料在确定沥青用量时, 对于寒区、热区及渠化交通的道路有一定范围的上下调整, 所以加纤维沥青混凝土的沥青增加量的范围应在0.0%～0.6%范围内确定。

基于以上分析, 建议采用以下方法确定加纤维沥青混凝土的沥青用量:1) 按照马歇尔试验法进行组成设计, 确定不掺加纤维的最佳用油量OAC;2) 根据比表面积理论计算结果, 取OAC, OAC+0.15%, OAC+0.3%, OAC+0.45%, OAC+0.6%五组作为加纤维沥青混合料的用油量范围制备马歇尔试件;3) 测定物理力学指标;4) 进行马歇尔试验结果分析, 确定加纤维沥青混凝土的最佳用油量OACF;5) 进行水稳定性检验;6) 进行抗车辙能力检验。

如果符合第5) 条和第6) 条的检验, 则取OACF作为确定的最佳沥青用量。值得指出的是, 由于加纤维沥青混凝土是近年来的新生事物, 尚没有制订明确的物理、力学对应指标, 各项试验应按照规范中的马歇尔试验技术指标进行。

5结语

石黄高速公路铺筑了博尼维 (BoniFibers) 试验段, 通车多年以来, 未出现任何泛油、松散等由于沥青用量问题引发的病害, 表现出良好的抗高温车辙和抗低温开裂能力, 表面服务功能良好, 表明确定加纤维沥青混凝土沥青用量的方法是可行的。

摘要：加纤维沥青混凝土是近年来沥青路面研究的一个新方向, 加入纤维后, 使得沥青混凝土的高、低温和水稳定性得到明显提高和改善。同时, 由于纤维的加入, 原沥青混凝土的沥青用量会有所增加, 通过从比表面积的角度进行分析, 定量的计算出矿料和纤维的总表面积, 从而计算出纤维面积对矿料总表面积的影响, 为确定加纤维沥青混凝土的沥青用量提供依据。

沥青混合料纤维加强作用的研究 第2篇

通过对沥青混合料掺加纤维的研究,系统分析了纤维加强沥青混合料的.马歇尔稳定度、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性及耐疲劳性能,探讨了纤维增强沥青混合料的强度形成机理,并与普通密集配沥青混凝土进行了对比、分析,结果表明:纤维沥青混合料是一种具有优良品质的沥青路面材料.

作 者：李文龙 韩君良 李文琦 LI Wen-long HAN Jun-liang LI Wen-qi 作者单位：李文龙,李文琦,LI Wen-long,LI Wen-qi(新疆伊犁公路总段,新疆,伊宁,835000)

韩君良,HAN Jun-liang(西安公路研究院,陕西,西安,710054)

沥青纤维 第3篇

【关键词】 纤维沥青；封层；黏结强度 

Experimental study of the mechanism of inter-fiber bonding strength to form layers of asphalt seal

Liu Jian-gang

(Pingdingshan Highway Administration Central Laboratory Pingdingshan Henan 467000) 

【Abstract】 Through the inter-fiber bonding strength to form layers of asphalt seal analysis using shear test and pullout test to obtain bond strength index, fibrous material made of asphalt pavement performance-based options, the analysis of variation between the strength and intensity level formation mechanism, drawn fiber seal bond strength between layers showed an increase over time nonlinear law, in order to improve the bonding between the state of the grass-roots level and below, to prevent grass surface cracks reflected to play an active guidance effect.

【Key words】 Fiber asphalt;Sealing layer;Bond strength

纤维沥青层是由短纤维和沥青组成，属于一种纤维增强复合材料，增强相为纤维，而沥青则是基体相［1］，在研究其力学问题时，需要涉及纤维的排列情况、纤维和基体的性能及界面性能等。目前，纤维封层材料的配合比及施工质量控制主要依靠经验法，通过实验方法研究纤维封层的层间黏结强度和整体抗拉强度等力学性能指标，对促进纤维封层的推广应用具有较好的理论指导意义。

1. 乳化沥青的选择

乳化沥青的选择关键在于对乳化剂的选择，而乳化剂则可根据乳化剂的离子类型来挑选：

（1）乳化沥青按照乳化剂溶解于水中电离的离子类型及电荷种类分为:阳离子型、阴离子型、两性离子型和非离子型。阴离子乳化沥青有节省能源、使用方便、乳化剂来源广且价格便宜等优点，但是，这种乳液与矿料的粘附性不太好，特别是与酸性矿料的粘附性更差，图1是阴离子乳化剂与石料粘附示意图。阴离子乳化沥青与矿料的裹覆只是单纯的物理粘附，沥青与矿料之间的粘附力低。若在施工中遇上阴湿或低温季节，乳液的水分蒸发缓慢，沥青裹覆矿料的时间拖长，这样就影响了路面的早期成型，延迟了开放交通的时间。所以综合各种因素，目前国内己很少使用阴离子沥青乳化剂生产乳化沥青［2］。

（2）图2是阳离子乳化沥青与矿料表面粘附示意图，乳液中沥青微粒带正电荷，湿矿料表面带负电荷，两者在有水膜的情况下仍可以吸附结合。因此，即使在阴湿或低温季节，阳离子乳化沥青仍可照常施工。阳离子乳化沥青可以增强与矿料表面的粘附力，提高路面的早期强度，铺筑后可以较快地开放交通，同时它对酸性矿料和碱性矿料都有很好的粘附能力。因而，阳离子乳化沥青既发挥了阴离子乳化沥青的优点，同时又弥补了阴离子乳化沥青的缺点，是目前沥青乳化剂的首选［3］。

2. 纤维的选择

（1）纤维是一种细长而柔韧的材料，常用的有天然纤维和化学合成纤维。前者是用天然高聚物如棉、麻、羊毛、蚕丝及矿物等，经化学处理和机械加工而制得的，如纤维素纤维，蛋白质纤维，甲壳质纤维基石棉等。后者是以合成高聚物(树脂)为原料经化工处理后得到的［4］。工程中常使用的纤维有玻璃纤维、聚丙烯睛纶纤维、聚酷纤维、木质素纤维、矿物纤维以及钢纤维。

（2）沥青纤维增强封层技术所用玻璃纤维的平均长度一般为30mm、60mm或120mm。根据国外经验，采用60mm的纤维一般效果较好。沥青纤维增强封层要采用喷射用无捻粗纱型玻璃纤维，它由多股原丝络制而成，每股原丝含200根玻璃纤维单丝，玻璃纤维直径12~23μm，特克斯数150-9600tex(g/Km)［5］。

（3）本项目采用无碱玻璃纤维的性能指标见表1。

表1 无碱玻璃纤维材料技术指标

玻璃类型 纤维碱

含量 单纤直径 含水量 硬挺度 分散性 灼烧损失

E <0.5% 13μm 0.1% ≥140mm ≥95% 0.8

3. 沥青纤维封层层间黏结强度变化的定性分析

（1）纤维封层从施工到通车运营以后，其层间黏结强度的变化可以定性的表示为图3的形式。

（2）图中，AB段表示纤维封层施工从撒铺改性乳化沥青、纤维，然后进行胶轮压路机碾压、初期养护到限速开放交通前的强度变化；BC段描述了限速开放交通期间和在自然行车的碾压下，纤维封层的层间黏结逐渐上升，至黏结强度达到到最大值的过程；CD段代表路面养护后其纤维封层层间黏结强度达到峰值后，其服务能力在交通荷载和环境作用下服务能力逐渐下降，层间的黏结强度也在逐渐降低；在CD段层间黏结强度变化期间，根据路面状况和对其服务能力的要求选择下一次的养护方法。

4. 纤维封层层间黏结强度形成机理分析

（1）AB段强度变化分析。

纤维封层层间黏结强度的形成是从撒铺改性乳化沥青开始的，刚撒铺的SBR改性沥青流动性较好，与原路面充分接触，并且原路面施工时较干燥，乳化沥青容易渗透到路面集料空隙及孔隙中，为提高上封层与原路面的层间私结性能提供了前提条件。

(2)BC段强度变化分析。

从开放交通初期限制车速到自然行车的碾压，破乳后的乳化沥青存在的少量的水被逐渐的蒸发出来，渗透到原路面中的乳化沥青固化程度加强，原路面上的一薄层沥青起到连接上封层和原路面的粘结层作用，增强了层间粘结性和抗剪能力。纤维封层中玻璃纤维与其吸附的乳化沥青之间的粘结力随着水分的蒸发也在逐渐的增大，玻璃纤维被牢牢的粘结在上封层和原路面之间，其在层间的位置同时被固定。随着环境和自然行车的碾压，纤维封层的抗压强度以及纤维封层和原路面的黏结强度逐渐的趋于稳定［6］。

（3）CD段强度变化分析。

纤维封层的层间豁结强度达到最大值之后，在交通荷载和气候环境的影响下，沥青也随着时间的推移逐渐的老化，使其与原路面、纤维和罩面层的粘结性降低，纤维封层的黏结强度随时间的增长而不断的下降，其服务能力也在不断的降低，在有效地使用年限内，路面有可能出现裂缝、坑槽和推移等病害；路面状况恶化，路面层间的黏结强度急剧下〖LL〗降。何时选择下一次的养护时期，既能保持路面良好的使用性能，又能延长道路的使用寿命和节约寿命周期成本，显得尤为重要。

endprint

5. 层间拉拔强度试验分析

通过对纤维封层层间的黏结强度形成机理进行定性的描述，初步掌握了层间黏结强度形成的过程，为了更好的理解和掌握层间黏结强度的变化，用直接拉伸试验对纤维封层施工后初期的层间的拉拔力进行了检测，试验结果如图4所示。纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加。现场施工后两三个小时就可以限速开放交通，从施工开始到施工后12小时左右，纤维封层层间的黏结强度的变化过程与定性分析时AB段的强度变化是一致的［7］；有图4知，开放交通后初期层间黏结强度增长较快，在强度持续增长的后期，增长的趋势减缓。这一试验结论基本上和层间黏结强度定性分析的AB段和BC段的结果是一致的。

6. 结论

通过对应力吸收层在路面结构中关键功能的分析可知，应力吸收层是处在基层与下面层之间的功能层，为使其路用性能得到更好的发挥，纤维沥青应力吸收层能够改善基层与下面层之间的粘结状态，并且可以在一定程度上防止基层裂缝反射到面层。根据纤维沥青应力吸收层的这些特点，采用剪切试验得到剪切强度和拉拔试验得到粘结强度指标，提出了基于路用性能的沥青纤维材料选择方案，并分析了层间强度的变化规律及强度的形成机理，得出了纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加的结论，绘制出层间拉拔力随时间的变化曲线，对改善基层与下面层之间的粘结状态及防止基层裂缝反射到面层起到积极的指导作用。

参考文献

［1］ 赵晓亮. 沥青纤维增强封层配合比设计研究［D］．西安：长安大学，2010.

［2］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.

［3］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），

2005(5)28-32.

［4］ 陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).

［5］ 孙雅珍， 赵颖华. 新型纤维增强沥青路面的研究［J］. 华东公路， 2002,(02).

［6］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.

［7］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.



［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

［文章编号］1619-2737（2014）06-05-818

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5. 层间拉拔强度试验分析

通过对纤维封层层间的黏结强度形成机理进行定性的描述，初步掌握了层间黏结强度形成的过程，为了更好的理解和掌握层间黏结强度的变化，用直接拉伸试验对纤维封层施工后初期的层间的拉拔力进行了检测，试验结果如图4所示。纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加。现场施工后两三个小时就可以限速开放交通，从施工开始到施工后12小时左右，纤维封层层间的黏结强度的变化过程与定性分析时AB段的强度变化是一致的［7］；有图4知，开放交通后初期层间黏结强度增长较快，在强度持续增长的后期，增长的趋势减缓。这一试验结论基本上和层间黏结强度定性分析的AB段和BC段的结果是一致的。

6. 结论

通过对应力吸收层在路面结构中关键功能的分析可知，应力吸收层是处在基层与下面层之间的功能层，为使其路用性能得到更好的发挥，纤维沥青应力吸收层能够改善基层与下面层之间的粘结状态，并且可以在一定程度上防止基层裂缝反射到面层。根据纤维沥青应力吸收层的这些特点，采用剪切试验得到剪切强度和拉拔试验得到粘结强度指标，提出了基于路用性能的沥青纤维材料选择方案，并分析了层间强度的变化规律及强度的形成机理，得出了纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加的结论，绘制出层间拉拔力随时间的变化曲线，对改善基层与下面层之间的粘结状态及防止基层裂缝反射到面层起到积极的指导作用。

参考文献

［1］ 赵晓亮. 沥青纤维增强封层配合比设计研究［D］．西安：长安大学，2010.

［2］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.

［3］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），

2005(5)28-32.

［4］ 陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).

［5］ 孙雅珍， 赵颖华. 新型纤维增强沥青路面的研究［J］. 华东公路， 2002,(02).

［6］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.

［7］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.

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［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

［文章编号］1619-2737（2014）06-05-818

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5. 层间拉拔强度试验分析

通过对纤维封层层间的黏结强度形成机理进行定性的描述，初步掌握了层间黏结强度形成的过程，为了更好的理解和掌握层间黏结强度的变化，用直接拉伸试验对纤维封层施工后初期的层间的拉拔力进行了检测，试验结果如图4所示。纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加。现场施工后两三个小时就可以限速开放交通，从施工开始到施工后12小时左右，纤维封层层间的黏结强度的变化过程与定性分析时AB段的强度变化是一致的［7］；有图4知，开放交通后初期层间黏结强度增长较快，在强度持续增长的后期，增长的趋势减缓。这一试验结论基本上和层间黏结强度定性分析的AB段和BC段的结果是一致的。

6. 结论

通过对应力吸收层在路面结构中关键功能的分析可知，应力吸收层是处在基层与下面层之间的功能层，为使其路用性能得到更好的发挥，纤维沥青应力吸收层能够改善基层与下面层之间的粘结状态，并且可以在一定程度上防止基层裂缝反射到面层。根据纤维沥青应力吸收层的这些特点，采用剪切试验得到剪切强度和拉拔试验得到粘结强度指标，提出了基于路用性能的沥青纤维材料选择方案，并分析了层间强度的变化规律及强度的形成机理，得出了纤维封层层间的黏结强度随时间的推移呈现非线性的增加的结论，绘制出层间拉拔力随时间的变化曲线，对改善基层与下面层之间的粘结状态及防止基层裂缝反射到面层起到积极的指导作用。

参考文献

［1］ 赵晓亮. 沥青纤维增强封层配合比设计研究［D］．西安：长安大学，2010.

［2］ 陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究［D］．西安：长安大学，2010.

［3］ Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验， 长安大学学报（自然科学版），

2005(5)28-32.

［4］ 陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能［J］. 华南理工大学学报(自然科学版)，2004,(04).

［5］ 孙雅珍， 赵颖华. 新型纤维增强沥青路面的研究［J］. 华东公路， 2002,(02).

［6］ 申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究［R］.2009.2.

［7］ 朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究［D］.吉林:吉林大学，2007.

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［基金项目］河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

［文章编号］1619-2737（2014）06-05-818

不同纤维改性沥青的性能研究 第4篇

近年来,随着我国公路建设的大力发展,路用纤维改性沥青的研究在国内也得到了进一步的重视。但纤维种类繁多,性能各异,对沥青的改性效果也各不相同。本文用聚丙烯纤维、聚脂纤维、纤维素纤维和造纸污泥纤维分别以不同的添加比例对沥青进行了改性,对改性后的沥青进行了三大指标试验和动态流变剪切(DSR)试验,讨论了不同纤维的最佳掺量及其对沥青性能的影响。

1 试 验

1.1 原材料

本文选用SK90#基质沥青,其主要技术指标见表1;纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维、纤维素纤维和造纸污泥纤维, 种纤维的常规性能指标见表2。

1.2 改性沥青样品的制备

每份样品准备300 g基质沥青,先将基质沥青置于160 ℃的烘箱中融化,然后分别将掺量为1%、2%、3%、4%和5%的纤维添加到基质沥青中。将沥青和纤维混合2~3 min后放入烘箱中加热至170~180 ℃,置于容量为1.5 L的机械搅拌器中搅拌,搅拌器转速设置为1550 r/min,搅拌时间为30 min,搅拌过程中要持续加热。将制备好的改性沥青试样按相关标准进行针入度实验、软化点试验、延度试验和动态流变剪切(DSR) 试验。

2 纤维对沥青常规性能的影响

2.1 纤维对沥青三大指标的影响

软化点可以反映沥青的热稳定性,也是沥青黏度的一种度量。软化点的提高可以改善沥青路面的抗车辙、抗疲劳性能和温度敏感性。纤维改性沥青的软化点试验结果如图1所示。

从图1可以看出,在基质沥青中添加纤维后,4种纤维改性沥青的软化点与基质沥青相比普遍有所提高。当纤维掺量为1%~4%时,改性沥青的软化点持续升高,这是由于纤维表面有着微小的孔洞和微裂纹,可以吸收沥青中的轻油分,这样相当于沥青中的沥青质含量相对提高;另一方面,纤维在沥青基体内形成了纵横交错的空间网络结构,从而使沥青的软化点升高。当纤维掺量超过4%以后,软化点的升高幅度趋于平缓,甚至有所下降,这是由于当纤维掺量超过4%以后,纤维的区域网络结构相互接触从而逐渐形成连续的网络结构,整个体系的性能主要由纤维决定,而且纤维中吸附的轻油分也趋于饱和。4种纤维中纤维素纤维改性后的沥青软化点明显高于其它3种,这是由于纤维素纤维的长度和直径均相对较小,因此在沥青中的分散性较好,更容易形成连续的网络结构。

沥青的针入度反映了沥青的流变性能[5]。几种纤维改性沥青的针入度试验结果如图2所示。

从图2可以看出,在基质沥青中加入纤维后,沥青的针入度明显降低。这表明纤维的加入可以提高沥青的黏度,降低沥青的流动性。在纤维改性剂的掺量为1%~4%时,改性沥青的针入度随着掺量的增加快速下降。当纤维的掺量超过4%以后,针入度曲线趋于平缓。产生此规律的原因与软化点类似, 也是由于纤维的连续网络结构的形成。

纤维改性沥青的延度试验结果如图3所示。

从图3可以看出,在基质沥青中加入纤维后,延度有不同程度的降低,并且纤维的掺量越大,延度降低越明显。这是因为纤维并不像橡胶类改性剂一样可以部分溶解于沥青,但能吸收部分油分,从而使沥青的塑性流动作用减少,延度降低。 随着纤维掺量的增大,吸收的油分也增多,延度就随之减小。 从流变学角度分析认为,延度的降低对沥青的流变性能有不利影响,但林贤福等[6,7,8]研究表明,高分子改性沥青在低温(小于5 ℃)时优于未改性沥青,而纤维的低温柔性比其它高分子材料更好,并具有三维加筋作用,从而使沥青的低温稳定性得到改善。

2.2 纤维对沥青温度敏感性的影响

沥青类材料属于粘弹性材料,其使用性能会随着温度的变化发生改变。而沥青对于温度的敏感程度,则反映了沥青的温度稳定性。针入度指数是一个反映沥青温度敏感性的指标, 也是决定沥青使用时工作性以及应用于路面中的服务性的重要指标。本文将15 ℃、25 ℃、30 ℃测试的针入度值P取对数, 按式(1)的针入度对数与温度的直线关系,进行一元一次方程的直线回归,求取针入度温度指数A。

式中:lg P———不同温度条件下测得的针入度值的对数;

T———试验温度,℃;

K——— 回归方程的常数项;

A——— 回归方程的系数 。

按式(2)计算沥青的针入度指数PI。

几种纤维改性沥青的针入度指数计算结果如图4所示, 针入度指数越小,表示沥青对温度越敏感。

从图4可以看出,将不同的纤维加入沥青之后,沥青的温度敏感性均有较为明显的改善。随着纤维掺量的增加,改性沥青的针入度指数随之升高;当纤维掺量超过一定值后(纤维素纤维、造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维分别为2%、3%、 4%和4%),改性沥青的针入度指数曲线趋于平缓甚至下降。 这是由于纤维对沥青中轻质油分的吸收以及纤维网状结构的形成改善了沥青的高低温性能,所以沥青的温度敏感性减小。 但是由于沥青基体与纤维之间的界面会产生附加应力,所以当纤维掺量继续增大时,针入度指数趋于平稳甚至降低。从图4还可以看出,纤维素纤维改性的沥青温度敏感性最小,聚丙烯纤维改性沥青的温度敏感性最大,结合表1分析认为,纤维素纤维、造纸污泥纤维和聚酯纤维的熔点较高,在拌合铺路过程中(180 ℃左右)仍然可以保持原来的性质;而聚丙烯纤维的熔点为190 ℃,与拌合铺路温度较为接近,因此其高温稳定性与其它3种纤维相比较差;而这几种纤维的低温脆化温度均为-40 ℃左右,低温下柔性较好,有一定的断裂延伸率,可以较好地改善沥青的低温抗裂性能。

3 纤维对沥青高温流变性能的影响

3.1 PG 分级

Superpave沥青混合料规范根据路面性能的要求,采用PG温度的分级对沥青性能进行了划分。该评价方法采用改变温度而固定规定值进行试验的作法,从而保证了使用标准的一致性。故本文采用PG温度对纤维改性沥青的高温性能改性效果进行研究。几种纤维改性沥青的DSR试验PG温度如图5所示。

从图5可以看出,纤维的加入提高了沥青的PG温度,这表明纤维改性沥青可以满足更高的使用环境温度。其中纤维素纤维的掺量为2%时,PG温度为78 ℃,这表明掺量为2%的纤维素纤维改性沥青具有78 ℃路面温度下的抗车辙能力,远大于夏季路面最高温度。通过与前面三大指标和针入度指数的试验结果对比分析,可以认为2%对纤维素纤维来说是一个较好的添加比例,因为更高的掺量对沥青性能的影响不是非常显著,却会使成本增加,而且纤维的掺量过高时会导致整个体系的脆性增大,在沥青混合料的拌合过程中易产生空穴, 从而损害路面性能。用同样的思路对其它3种纤维进行分析, 认为造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青的较合适掺量分别为3%、4%和4%。并且此3种纤维在其最佳掺量下的PG温度分别为72.6 ℃、77.3 ℃和76.5 ℃,均远大于夏季路面最高温度。

3.2 DSR 试验

在沥青材料的动态流变剪切(DSR)试验中,可以测试材料的复数剪切模量G* 和相位角 δ,G*/sinδ 定义为车辙因子。 车辙因子是表征沥青结合料抗车辙能力的指标。车辙因子越大,表明沥青的弹性变形越大,其结合料的高温抗车辙能力越强。本文采用车辙因子对几种纤维改性沥青在其最佳掺量下的抗车辙性能进行研究分析。为了使结果更直观明了,测试了SBS改性沥青的车辙因子作为对比,结果如表3所示。

k Pa

从表3可以看出,几种纤维改性沥青的车辙因子均随着温度的升高而变小,这主要是因为随着温度的升高,改性沥青的粘弹性成分发生了相应的变化,即沥青中饱和酚与芳香酚等组分的粘性增加,弹性相应减小。

现行的Superpave沥青混合料规范中,要求沥青的车辙因子不小于1.0 k Pa。而所测的几种改性沥青中,纤维素纤维、 聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青在76 ℃下的车辙因子均满足要求,而造纸污泥纤维在76 ℃下的车辙因子不足1.0 k Pa, 因此不能在该温度下使用,需降级使用。

由表3还可以看出,4种纤维改性沥青的车辙因子在不同温度下均高于SBS改性沥青,这表明纤维改性沥青比SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能,更适合在高温环境条件比较恶劣的地区使用。而4种纤维改性沥青的抗车辙性能由强到弱分别为纤维素纤维改性沥青、聚酯纤维改性沥青、聚丙烯纤维改性沥青和造纸污泥纤维改性沥青,因此在实际使用时可选用抗车辙性能较好的纤维素纤维改性沥青作为路面面层的结合料。

4 结 语

(1)纤维的加入可以降低沥青的针入度,提高沥青的粘性与弹性;提高沥青的软化点,改善沥青路面的抗车辙、抗疲劳性能;降低沥青的延度,改善沥青的低温稳定性。

(2)纤维素纤维对改善沥青的温度敏感性效果最显著,而聚丙烯纤维效果较差。聚丙烯纤维改性沥青的高温性能与其它3种纤维相比较差;而这4种纤维均可以较好地改善沥青的低温性能。

(3)纤维素纤维、造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青的较合适掺量分别为2%、3%、4%和4%,且它们在其最佳掺量下的PG温度分别为78.0 ℃、72.6 ℃、77.3 ℃和76.5 ℃,均远大于夏季路面最高温度。

沥青纤维 第5篇

2.1纤维的稳定作用

路用木质素纤维具有很强的.吸油能力，由于沥青玛蹄脂碎石混合料SMA 中的沥青含量较其它混合料要高，纤维的存在可以吸收沥青马蹄脂混合料中多出的沥青，使其在拌和、储存、运输、摊铺以及碾压过程中处于相对稳定状态，防止沥青滴漏现象的发生。纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，提高了温度稳定性。

2.2纤维的增强作用

沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质，它在纤维表面产生物理浸润和化学吸附作用，形成“结构沥青层”，结构沥青比层外的自由沥青粘度高、热稳定性好。沥青基体中的纤维数目惊人，大量的纤维及其表面的结构沥青构成了空间网状结构，使玛蹄脂粘性增大、软化点升高、温度敏感性降低。另外，由于温度、载荷等因素的影响，沥青基体内会产生许多微小的裂纹，在加入纤维后，纤维对裂纹的扩展起阻滞作用，极大地提高了玛蹄脂的抗疲劳性能、延缓了老化、破坏速度，延长了沥青路面的使用寿命

2.3纤维的分散作用

如果没有纤维，用量颇大的沥青、矿粉很可能成为胶团，它不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看见“油斑”存在。纤维在混合料中呈三维分散状态存在，可以使胶团适当分散;另外还起到加筋作用，提高混合料的承载力。

2.4纤维的吸附及吸收沥青的作用

在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附(表面)及吸收(内部)沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性。

2.5纤维的防裂缝作用

纤维在沥青混合料中的使用可用于预防路面的反射裂缝。使用场合也由最初的沥青加铺层发展到各式各样的沥青混合料中，如SMA路面、薄层或超薄层的沥青混凝土、多孔性沥青混凝土(OGFC)、稀浆封层等，特别对于沥青玛蹄脂碎石混合料路面的反射裂缝起到了很好的抑制和延迟作用。

3 结论

纤维和纤维织物在沥青混合料中得到推广应用，其使用目的由最初的抗反射裂缝的产生转变到对沥青混合料综合性能的改善，使用场合也由最初的沥青加铺层发展到各式各样的沥青混合料中。以上浅述希望能为纤维在沥青混合料的普及应用提供一些借鉴。

参考文献：

[1]加拿大多伦多大学，Davis， N.M，《水泥混凝土路面沥青加铺层

反射裂缝防治措施研究》 1960.

[2]JTG F40-《公路沥青路面施工技术规范》，人民交通出版社，2004，北京.

沥青纤维 第6篇

关键词：沥青混凝土；路面工程；公路建设；纤维

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0055-03

1 概述

到2011年底，我国高速公路总里程达8.5万公里。新增公路通车里程达到7.14万公里，其中高速公路1.10万公里，新改建农村公路19万公里。沥青混凝土路面由于具有非常多的优点，在高等级路面中都得到了应用，比例达到了95%以上。

当前，中国的公路交通也面临着一些实际的问题，需要接受一定的挑战。在实际的路面建设过程中，沥青混凝土的应用还有很多问题需要解决，例如许多技术和质量问题，主要是路面破损严重、路面使用寿命短等，由于受到车辆多、车速快、车辆重载等因素的影响，这些情况更容易产生。如何解决上述问题，改善沥青路面的路况和质量、增加沥青路面的使用期限、提高投资的效益是亟待解决的重要问题。

2 纤维沥青混凝土国内外研究现状

中国在研究纤维沥青混合料起步相对比国外发达国家要晚，到了20世纪90年代才有人关注此类研究。陈华鑫主要进行了沥青混合料的室内试验研究，这里使用的沥青混合料是由6种纤维和3种矿料级配组成的。他的论文全面分析了纤维对沥青混合料路用性能的影响。在此基础之上，他又结合复合材料理论和界面化学的相关知识，较系统地讨论了纤维对沥青混合料路用性能的改善作用机理。对纤维沥青混合料进行马歇尔试验研究，得出了纤维沥青混合料马歇尔试验指标的变化规律。侯金成的研究结果表明，沥青混凝土面层的静、动态蠕变变形对路表面最大弯沉有很大影响，纤维加入到沥青路面后，能够明显改善路面抵抗变形的能力。结果表明，不同种类的纤维在沥青混合料中对应着不同的最佳掺量。在该用量下，混合料表现出较高的低温弯拉强度和弯曲应变，对应的低温劲度模量也处于适宜状态。

纤维的可承受的应力发生在路面的表面层，进行了马歇尔稳定性试验，测定了样品的使用的聚集体的最佳沥青含量值。结果表明，所确定的最佳的沥青含量（5.5%），三个试样的一系列不同的纤维率（0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.0%、1.5%、2.0%的每一个、2.5%），制备和纤率的最佳值，在稳定性最好值的结果被确定为0.75%。试验分析了沥青混合料对石棉纤维改性沥青的影响，并进行了包括弹性模量、低温度的直接拉伸、车辙性和耐疲劳性等的测试。首先表明，纤维改性混合物的空隙与未改性的沥青和两个弹性体改性混合物相比，同时保持最高的百分比。对专有的混合材料改性粘合剂进行了评价。一个未修改的混合物用作对照样品。测试程序包括马歇尔稳定性、间接拉伸强度（IDT）、湿气损坏易感性、冷冻/解冻的敏感性、弹性模量和反复负载变形。含有聚丙烯纤维的混合物中发现有较高的拉伸强度和抗开裂。没有纤维改性的混合物表明耐湿气诱导，冷冻/解冻损坏。纤维改性混合物在剥离潜在未见改善。IDT结果预测，控制和聚丙烯混合物的热裂解，而聚酯纤维和聚合物的混合物不会有问题。中温度范围的弹性模量试验表明，聚丙烯纤维改性混合物是硬的，而高温弹性模量测试测量所有混合物在控制刚度增加。只有聚丙烯改性样品被发现可以减少车辙潜力的重复荷载变形测试。复合体中均匀分布的纤维混合物是混合料性能的关键。从实验室测试得出的结论，纤维改性混合物略硬并表明提高了疲劳寿命。聚丙烯纤维所遇到的最大的问题是由于纤维的熔点低的热沥青粘合剂的固有的不符合。普通沥青粘结剂和纤维的混合物是间接拉伸强度最高的。但是，变量统计分析证明，蠕变模量和回收效率较好的混合物含有纤维和普通的粘合剂，而不是纤维和聚合物改性剂。研究的结论是SMA与纤维素纤维没有显著提高，是在两个组合的基础上进行的测试。笔者认为，纤维分布可能已经造成了有限的改善。

3 纤维在路面沥青混凝土施用中的优点分析

3.1 纤维对沥青混合料抗疲劳性能的改善

疲劳破坏的过程，首先是在结构的某个部位开始产生微小裂纹，裂纹的起点为疲劳源。对沥青混凝土结构来讲，荷载、温度及内部不均匀结点的存在是裂纹产生的主要因素。

当混合料受荷载作用时，裂纹尖端发生应力集中，裂纹扩展，当裂纹尺寸达到临界值时，出现失稳扩展，产生较大的裂缝直至断裂破坏。由于三维随机各向短纤维阻滞了裂纹的扩展，延长了材料失稳扩展、断裂出现的时间，因而复合的混合料的抗疲劳性能得到明显改善。

另外，纤维的拔出需要额外的能量，建立新表面时应力的重新分布等也需要消耗能量，这就对复合体产生了增韧效应，从而增强了混合料（复合体）的抗疲劳能力。进行了纤维改性的沥青混合料与普通沥青混合料的疲劳试验后，以作对比。结果表明在同样180×1－5应变、10℃、25Hz条件下，掺加纤维的沥青混合料的疲劳寿命几乎是普通沥青混合料的100倍。可见，纤维加入对沥青混合料抗疲劳性能的改善是明显的。

另外，由于纤维有良好的耐磨阻特性，基质纤维可复合成涂覆集料的保护层。较低温度下，纤维增韧的纤维沥青胶浆对集料颗粒粘裹力增大，使整体不易松散。开裂后的路面也会由于纤维的牵连而不致破碎散失，不会出现大的坑洼，这对行车安全舒适、对路面的易于修补都具有实际意义。

3.2 纤维-沥青之间界面结构的作用

纤维一般有相当大的表面积，每克纤维的表面积可达数平方米以上。纤维分散到沥青中，其巨大的表面积成为可使沥青浸润的界面，在此界面上纤维可以吸附大量的沥青，形成有一定厚度的、一个新形成的相，称为界面层。

界面层的结构与性质取决于沥青与纤维两相的性质，界面层的作用是连接两相并传递、缓冲两相间的应力，是影响整个纤维沥青材料物理、力学性能的关键。纤维与沥青之间的界面层是一个至少为几个分子层厚的区域，其性质取决于纤维的分子排列、化学性质以及沥青的分子结构和化学组成，故不同的纤维对应着不同性质的界面层。

3.3 沥青混合料中纤维阻滞裂纹的作用

纤维对沥青胶结料基体裂纹的阻滞作用，大大提高了沥青混合料裂纹的自愈能力，增强了弹性恢复，减少了路面裂缝的出现，从而推迟了沥青路面的老化与破坏。我们在公路上做了3种不同改性剂的试验路段，几年的寒暑交替和荷载作用后，以细粒式沥青面层裂缝率为100%计：双层SBS改性路面结构裂缝率为50%～100%，而底层为纤维改性、面层为纤维与SBS综合改性的路段；裂缝率仅为5%。

4 结语

综上所述，纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，其各方面性能都有较好的改善，在沥青混合料中添加适当的纤维后，能明显提高沥青混合料的路用性能。可以使沥青混凝土路面的使用寿命得到有效延长，纤维增强沥青混凝土将有更广的使用空间。纤维增强沥青混凝土研究已经取得了丰硕的成果，但是就目前研究状况而言，还存在一些问题没有很好地解决，因此，研究人员要充分认识到这些问题，不断努力创新，为纤维增强沥青混凝土的应用和发展起到促进作用。

参考文献

[1] 李松．纤维沥青混凝土的应用研究[D]．河北工业大学，2011.

[2] 岳红波，吴少鹏，叶群山．纤维增强沥青混凝土的应用及研究进展[J]．广东建材，2007，（11）：29-32．

[3] Simpson，Amy L，Mahboub C．Case study of modified bituminous mixtures：somerset，kentucky．Proceedings of the third materials engineering conference，ASCE，1994：88-96．

[4] Chen P，Chung D，Fu X．Micro structural and mechanical effects of latex，methylcellulose and silica fume on carbon fiber reinforced cement．ACI Mater J ，1997，94（2）：147-155.

[5] Yao W，Li J，Wu K．Mechanical properties of hybrid fiber-reinforced concrete at low fiber volume fraction．Cem Concr Res，2003，33（1）：27-30．

[6] 惠少卿．纤维沥青混凝土施工工艺[J]．黑龙江交通科技，2007，33（4）：53-54．

作者简介：孔国军（1973-），男，江苏丹阳人，南京东部路桥工程有限公司工程师，研究方向：路面工程技术。

纤维加筋沥青混凝土国内研究现状 第7篇

1室内试验性能研究

在将纤维加筋混凝土工艺应用到实际工程之前, 国内学者的研究中对各类纤维加筋沥青混凝土通过马歇尔试验来确定最佳配比和最佳纤维掺量。 车辙试验[2]研究其高温稳定性、低温小梁弯曲试验研究其低温抗裂性、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验研究其水稳定性、劈裂疲劳试验研究其抗疲劳性。

张俊[3]研究了不同掺量、长度的聚酯纤维沥青混凝土和不同种类的纤维沥青混凝土的路用性能, 以能量法中的弯曲应变能密度临界值作为评价指标, 对纤维加筋沥青混凝土的抗裂性能进行深入分析, 综合对比分析得到纤维的最优掺量和长度优化, 并以有限元建立二维宏微观结合模型, 进行线弹性断裂力学分析纤维加筋沥青混凝土的作用机理。

史建方[4]通过分析Boni Fibers纤维和Dolanit AS纤维的物理化学性质对沥青混凝土的影响, 研究纤维的改性机理及纤维对混凝土裂纹扩展的阻滞作用, 确定此铺筑。

赵立东[5]通过对纤维加筋沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土进行对比分析各项性能得到综合评价, 并提出对道路上中面层纤维加筋的最佳方案铺筑试验路进行无损检测, 验证分析纤维对沥青路面的影响。

吴少鹏[6]按照微观到宏观的次序依次对由不同比例的木质素纤维和聚酯纤维组成的混杂纤维改性沥青胶浆、沥青砂浆及沥青混合料的对比试验研究, 综合分析各项性能, 提出了40% 混杂比例的最优方案, 降低了纤维加筋混凝土的生产成本。

Aysar NAJD等[7]采用断裂潜能作为评价玻璃纤维加筋沥青混凝土抗裂性能的指标, 通过测定材料的临界应力强度因子对GFRAC进行分析研究。

廖芳龄等[8]通过对玄武岩纤维加筋沥青混凝土进行约束应力试验和冲击韧性试验研究发现, 与正常沥青混凝土相比其冲击韧性提高了约65% , 能够有效提高其抗裂性能。

3应用技术研究

随着纤维加筋沥青混凝土研究的日益深入, 室内研究成果逐步运用于实际工程中, 相应具体施工工艺的研究和技术应用也逐渐深入系统。张俊[3]在其研究中提出改善拌和条件, 使纤维在沥青混凝土中的分布更加均匀, 是提高纤维加筋混凝土性能的重要途径。

田建文等[9]在对榆林地区沥青混凝土路面推移病害的综合治理中针对道路病害, 采用了纤维沥青混凝土罩面和钢丝网加筋沥青混凝土技术进行试验分析, 使路面推移等病害问题得到有效解决。在滨州黄河公路大桥桥面铺装破损分析研究中, 黄晓明等[1]分析论证采用SMA - 13 + 纤维加筋AC - 20的桥面铺装形式, 有效满足了铺装层的受力状态, 解决了桥面铺装破损问题。平树江等[10]在东营黄河公路大桥的桥面铺装研究中对聚丙烯腈纶纤维加筋沥青混凝土室内测试、野外试验和使用情况跟踪调查发现, 其性能优良有效地延长了桥面铺装寿命。

郑朝义等[11]提出, 纤维加筋沥青混凝土拌合时采用专用添加设备投加纤维以保证其均匀分布, 在加入集料的同时按要求将纤维加入搅拌机中, 先与集料干拌30秒, 再加入沥青进行搅拌25 ~ 30秒 ( 具体搅拌时间以纤维裹覆良好, 未见纤维成团现象为准) 的施工工艺, 对纤维加筋混凝土施工提供指导。

4结语

随着纤维加筋沥青混凝土研究的不断深入和发展, 研究发现, 各类纤维加筋沥青混凝土的高低温性能、水稳定性都有提高, 特别是对沥青混凝土抗裂性能的改善, 对于防治道路反射裂缝病害有良好效果。 同时随着对纤维加筋沥青混凝土作用机理的深入分析, 使其配比方案得到不断优化, 市场应用前景广阔。

摘要：此篇文章总结概括了国内近年来关于纤维加筋沥青混凝土的研究和应用进展, 研究发现各类纤维加筋沥青混凝土的路用性能。随着对纤维加筋混凝土作用机理的深入分析, 使其配比方案得到不断优化, 施工工艺日益完善。在此基础上, 对几种应用广泛的纤维加筋混凝土研究和应用进行总结和说明, 以期对相关工程技术人员有所参考。

关键词：纤维加筋沥青混凝土,路用性能,施工工艺

参考文献

[1]黄晓明, 高雪池, 许涛.纤维加筋混凝土在桥面铺装中的应用[J].第二届全国公路科技创新高层论坛论文集, 20:269-275.

[2]李泽林.纤维加筋沥青混凝土应用技术研究[J].黑龙江交通科技, 2012, 2 (216) :10-12.

[3]张俊.纤维沥青混凝土加筋稳定性能研究[D].同济大学, 2008.

[4]史建方.软纤维加筋沥青混凝土性能研究[D].河北工业大学, 2002.

[5]赵立东.纤维改性沥青混凝土路用性能研究[D].大连海事大学, 2008.

[6]吴少鹏.混杂纤维改性沥青混合料性能研究[D].武汉理工大学, 2008.

[7]Aysar NAJD1, 郑传超.纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2005, 25 (3) :28-32.

[8]廖芳龄, 许婷婷等.玄武岩纤维沥青混凝土技术性能研究[J].中外公路.2012, 32 (3) :320-322.

[9]田建文.沥青混凝土路面推移病害综合治理措施研究[J].公路, 2006, 1 (1) :193-198.

[10]平树江.纤维加筋沥青混凝土在桥面铺装中的应用研究[J].新型建筑材料, 2009, (2) :32-34.

纤维沥青混凝土路用性能研究 第8篇

关键词：道路工程,纤维沥青混凝土,路用性能

0 引言

如何改善沥青路面使用品质,延长路面的使用寿命,提高投资效益,是公路交通部门面临的重要问题。欧美一些国家广泛开展了纤维加强沥青材料的应用研究,并形成了一些专利产品。主要有橡胶改性、塑料改性和纤维改性等,其中德国首先提出并采用了纤维增强改性方法,使用结果表明1 g纤维增强改性沥青可以显著地提高公路沥青的稳定性和强度,大大地延长了沥青路面的使用寿命,取得了明显的经济和社会效益。

1 机理分析

1.1 吸附作用

纤维直径一般小于20 μm,有相当大的比表面积,每克纤维的表面积可达数平方米以上。纤维分散到沥青中,其巨大的表面积成为可使沥青浸润的界面,在此界面上纤维可以吸附大量的沥青,形成有一定厚度的、一个新形成的相,称为界面层。界面层的结构与性质取决于沥青与纤维两相的性质,界面层的作用是连接两相并传递、缓冲两相间的应力,是影响整个纤维沥青材料物理、力学性能的关键。沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质,它与纤维表面产生的吸附作用、物理浸润作用以及有时存在的化学键作用,使沥青呈单分子状排列在纤维表面,形成结合力牢固的“结构沥青”界面层。

结构沥青比界面层以外的自由沥青粘性大,温度敏感性低,耐热性好。同时,由于纤维直径纤细,纤维及其周围结构沥青一同裹覆于集料表面,使集料表面沥青膜厚度增大。混合料中由于纤维加入,使沥青用量增加,从而导致沥青膜较常规密级配混合料增厚65%～113%。较厚的沥青膜与其形成较小的孔隙,减慢了沥青老化速率,从而可使沥青较长时间地维持其粘弹性,降低了沥青的温度敏感性,改善了沥青混合料的高温和低温性能。

1.2 稳定作用

短纤维在沥青基体内的分布是三向随机的。由于截面纤细,使得纤维掺量不大的沥青基体内,短纤维数目却相当大,形成纵横交织的空间网络。如纤维掺量为3.2%时(约占沥青混合料重0.2%,以下以0.2%表示该掺量),每克沥青中约有5 200根纤维。纵横交错的纤维形成的纤维骨架结构网以及“结构沥青”网,增大了结构沥青比例,减薄了自由沥青膜,使玛脂粘性增大,软化点上升,温度稳定性大幅度提高。同时纤维的“加劲”使沥青混合料可使用稠度较低的沥青,这样也有助于减少低温裂缝的出现。美国铺筑的86个SMA路段检查结果表明,这些路段几乎没有裂缝产生,观察到的少量裂缝仅是反射裂缝,这与纤维改性的较高的沥青用量和稠度较低沥青所组成的玛脂性能是密切有关的。

1.3 阻滞作用

由于复合在沥青基体内的短纤维的分布是三向随机的,且数目众多(纤维长5 mm左右、掺量为混合料重0.2%时,每克沥青中约有5 200根短纤维),故而混合料中小裂纹周围甚至内部会有许多短纤维,不妨取短纤维与裂纹面垂直的模型。从分解后的模型示意图可以看出,受外力作用时,裂纹周围存有众多约束方,对裂纹扩展起阻滞作用。从复合的角度看,即纤维大分子的软链与沥青高分子产生交联、嵌段等作用,约束了沥青高分子的运动。

纤维对沥青胶结料基体裂纹的阻滞作用,大大提高了沥青混合料裂纹的自愈能力,增强了弹性恢复,减少了路面裂缝的出现,从而推迟了沥青路面的老化与破坏。法国在23号公路上做了三种不同改性剂的试验路段,七年的寒暑交替和荷载作用后,以细粒式沥青面层裂缝率为100%计,双层SBS改性路面结构裂缝率为50%～100%,而底层为纤维改性、面层为纤维与SBS综合改性的路段,裂缝率仅为5%。

2 纤维沥青混合料路用性能试验

2.1 纤维的技术参数

本研究采用的是德兰尼特AS沥青混凝土增强抗裂纤维,此种纤维具有强度高、不溶解和吸附性强、在溶剂中不膨胀等特点。它不仅是稳定添加剂,更能改善沥青胶体结构,起到加强筋的作用。具体参数指标如表1所示。

2.2 沥青混合料高温稳定性试验

沥青混凝土路面的强度和刚度随着温度升高而下降,为了保证沥青混凝土铺装层在高温季节行车荷载反复作用下,不至于产生诸如车辙、推移、壅包等病害,路面铺装层应具有良好的高温稳定性,即在荷载作用下具有抵抗永久变形的能力。本文采用车辙试验来评价纤维沥青混凝土的高温抗车辙能力,结果表明:加入纤维后,纤维混合料的抗车辙性能得到明显改善。因为车辙的形成过程主要是由于初期沥青混合料本身的压密以及随后沥青混合料的侧向流动变形。加入纤维与未加纤维对混合料的初期压密变形影响不大,但对后期的侧向流动变形有较大影响。加入纤维后纤维吸附及稳定沥青,特别是沥青中较轻的油分被沥青吸附后,表现为沥青软化点的提高,粘度和粘聚力增大,使沥青胶浆劲度增加,提高了沥青混合料的稳定度。另外,纤维吸附沥青会产生溶胀,导致纤维在混合料中交错,从而起到加筋的作用,使沥青混合料的整体性、抗剪性及抗车辙能力提高。

2.3 沥青混合料水稳定性试验

本文进行了浸水马歇尔试验,结果表明在掺加纤维后沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度远远高于规范要求。试验结果表明,加入纤维对沥青混合料的水稳定性有明显的改善作用,主要是因为纤维可以吸收部分沥青,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侵蚀破坏作用,增强了沥青胶浆抵抗自然环境破坏的能力,使混合料抗水损坏能力增强。

2.4 沥青混合料低温稳定性试验

沥青混合料是一种温度敏感性材料,环境温度的变化会使其使用性能发生很大的变化。随着温度的下降,沥青混合料的强度尽管增大,但变形能力降低也很大,随着温度的降低而变脆、柔性逐渐损失,以致完全丧失沥青混合料常温下具有一定变形能力的优点,并导致出现脆性破坏。

依据有关纤维沥青混凝土低温稳定性试验,以及实体工程的实际运营效果,纤维的加入有效地提高了沥青混凝土材料低温时的柔韧性,减少了在冬季寒冷季节沥青混凝土面层的温缩裂缝和疲劳裂缝。

3 纤维沥青混凝土的施工注意事项

纤维沥青混凝土路面的施工工艺基本与普通沥青混凝土相同,但应注意以下几个方面的问题:

1)保证纤维用量。为了保证纤维添加的计量准确,建议采用自动的纤维添加设备,若没有自动添加设备时,也可以采用其他的添加方式,但要注意添加的时间。

2)保证纤维的均匀拌和。纤维在沥青混合料中的分布直接影响着纤维沥青混凝土的性能,纤维必须均匀分布,不发生结团现象。为了保证纤维的良好分布,在矿料干拌过程中按量加入纤维,先干拌20 s～30 s后,然后加入沥青再进行正常搅拌35 s。

3)碾压达到足够的压实度。由于纤维具有一定的弹性,使沥青混凝土较难压实,故在碾压阶段,可在正常碾压的基础上,加压2遍～3遍,同时要求压实度达到98%以上。

4)其他施工要求。诸如施工安排、各环节的温度、碾压程序等与普通沥青混凝土路面相同。

4 结语

目前国内外已经对纤维沥青混凝土展开深入研究和广泛应用,利用纤维增强沥青混合料,由于纤维的吸附、稳定及多向加筋作用,可以较好地改善沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性,提高抗车辙及抗滑能力和疲劳耐久性,延缓弯沉的增加以及延缓反射裂缝扩展的速度,能较好地提高路面使用水平和延长路面使用寿命。同时,其施工工艺和设备简单可行,无特殊要求,混合料性能却能得到较大幅度改善,具有良好的使用价值及较好的推广应用前景。

参考文献

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[2]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.

沥青纤维 第9篇

为此我公司在SMA沥青混合料中掺和木质素纤维、聚酯纤维, 通过合理使用材料和优化SMA配合比、提高施工作业水平等几个方面, 做到了在桥头及桥头两侧至路面延伸展方向, 平整度达到较高要求, 抗车辙能力较强, 减少裂缝, 以此来改善路面使用状况。

1 两种纤维性能及技术要求

1.1 木质素纤维的主要成分

木质素纤维呈多微孔长纤维状、无毒无味、比表面积大、吸湿性好、具有良好的韧性、抗压能力强, 外观为棉絮状, 呈灰白色。微观结构是带状弯曲的、凹凸不平的、多孔的、交叉处是扁平的, 在沥青中形成三维网络, 阻碍沥青的流动, 且具有良好的吸附沥青的作用。因此絮状的木质素纤维是SMA中首选的纤维稳定剂。

1.2 木质素纤维的主要性能

(1) 加筋作用

在SMA沥青混合料中木质素纤维以一种三维的分散相存在, 像各种钢纤维混凝土、土格栅等材料一样, 可以起到加筋作用。

(2) 分散作用

SMA中如果没有纤维, 用量大的沥青矿粉很可能成为胶团, 不能均匀地分散在集料之间, 在路面上将有“油斑”存在, 纤维可以使胶团分散。

(3) 吸附及吸收沥青的作用

在SMA沥青混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附 (表面) 及吸收 (内部) 沥青, 从而使沥青用量增加, 油膜变厚, 提高混合料的耐久性。

(4) 稳定作用

纤维使沥青膜处于比较稳定的状态, 尤其是在高温季节, 沥青受热膨胀, 纤维内部空隙还将成为缓冲的余地, 不致泛油, 对高温稳定性有好处。

(5) 粘结作用

纤维将增加沥青与矿料的粘附性, 通过油膜的粘结, 提高集料之间的粘结力。

1.3 聚酯纤维的主要成分

聚酯纤维是一种防裂增强的新材料, 它是采用100%聚酯合成材料, 经独特工艺加工而成的束状合成纤维。具有强度高、耐腐蚀、耐高温、化学稳定性强, 与沥青握裹力强等特点。加入沥青混合料中经搅拌可形成数量巨大纤维单丝的立体分布, 有效的提高沥青混合料的力学性能, 防止沥青混合料的开裂。

1.4 聚酯纤维的主要性能

(1) 聚酯纤维除了有上述木质素纤维的优点外, 还能改善沥青混凝土的低温抗裂性、抗疲劳性。

(2) 聚酯纤维可以改善沥青混凝土的水稳性、抗剥落性、耐磨性和耐久性, 延长路面的使用寿命。

1.5 两种纤维的技术要求

木质素纤维和聚酯纤维在SMA沥青混合料中应满足质量技术要求, 见表1、表2。

在SMA沥青混凝土配合比设计中, 选择上述两种纤维时, 一定要严把质量关, 充分体现出纤维在混合料中纵横交错的加筋作用, 使混合料的高温稳定性能改善, 且具有较高的抗折强度、弹性, 能有效地抵抗温度应力, 减少温缩裂缝的产生, 以保证沥青混凝土质量。

2 优化SMA沥青混凝土配合比设计

2.1 SMA沥青混凝土配合比设计的原则

SMA沥青混凝土配合比设计, 应遵循现行规范关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌试铺验证的三个阶段, 确定矿料级配及最佳沥青用量。采用马歇尔试件体积设计方法, 并在现有规范的级配范围内, 摈弃传统的按级配范围中值设计的理念, 而使级配曲线呈“S”型, 增强集料的嵌挤作用, 形成石-石嵌挤结构, 并增设11.4mm、8.0mm、5.6mm三个筛孔, 以提高上面层级配的质量。同时加入木质素纤维和聚酯纤维, 使沥青的粘稠度和集料的粘聚力增大, 提高沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、柔韧性、抗剥落性、抗磨耗性和水稳性, 以及抵抗反射裂缝能力, 从而改善沥青混凝土的性能。

2.2 目标配合比设计

一般说来, SMA混合料是依靠粗集料石、石接触和紧密嵌挤而形成空间骨架结构;而由改性沥青、矿粉及纤维等材料所组成的玛蹄脂, 填充在SMA混合料骨架空隙中, 形成密实骨架结构。对集料进行筛分, 试配集料的比例, 确定SMA混合料矿料级配, 见表3。

综合考虑空隙率和车辙对沥青用量的约束及地区性温度的差别, 最后确定目标配合比为11.4～16mm∶8～11.4mm∶5.6～8mm∶0～1.18mm∶矿粉∶改性沥青∶木质素纤维∶聚酯纤维=6∶47.7∶23.3∶13∶10∶7.1∶0.27∶0.11。

2.3 生产配合比的设计

按照目标配合比集料比例对拌和机进行冷料输入, 配备四个冷料仓、五个热料仓, 然后从热料仓取出经筛分后的集料, 合成生产配合比级配, 并尽量使其接近目标配合比级配曲线, 强调对0.075 mm、2.36mm、4.75 mm关健筛孔通过率的控制, 使0.075 mm的通过率在8%～9.5%之间, 确定符合SMA混凝土中矿料级配。生产混合料矿料级配见表4。

按最佳油石比7.1%±0.3%制件, 根据一系列控制指标, 最后确定生产配合比为1#仓∶2#仓∶3#仓∶4#仓∶5#仓∶矿粉∶改性沥青∶木质素纤维∶聚酯纤维=12∶40∶22∶3∶13∶10∶0.27∶0.11。

2.4 铺筑试验段

试验段是工程施工开始前的一个重要环节, 通过试验段各项指标数据的研究分析, 可以确定可行性生产配合比、松铺系数、碾压工艺及合理的人员机械配置。

3 施工工艺控制

3.1 检查下承层

在施工前, 对桥头、桥头两侧50m的中面层包括压实度、高程、横坡、宽度、平整度等进行检测, 合格后进行粘层施工, 在洁净的粘层表面即可施工表面层。

3.2 施工放样

表面层采用非接触式平衡梁控制标高及平整度。

3.3 SMA沥青混合料的拌和

(1) 拌和设备

采用新型AMP5000-C沥青间歇拌和设备生产。

(2) 纤维的添加

SMA沥青混合料添加纤维应与间歇式拌和机的拌和周期同步进行, 两种纤维采用电子自动计量设备添加, 配上合适的输送管道, 将鼓风机安装在输送系统的接收末端, 从存储器或进给装置中直接沿管道抽往需要输送的拌和缸中。 SMA沥青混合料拌和时, 纤维必须在喷洒沥青前加入拌和缸中, 与粗细集料经适当干拌后投入矿粉, 总的干拌时间不少于15s, 喷入沥青后的湿拌时间不少于45s, 保证纤维能充分均匀地分散在混合料中, 并与沥青结合料充分拌和。

(3) 温度的控制

拌和好的SMA沥青混和料出厂温度控制在175～180℃, 均匀一致、无花白料、无结团成块或严重的粗细集料离析现象。

3.4 混合料的运输

(1) 运料车

应采用自卸汽车运输, 运输前, 应在车厢及底板上涂刷一层隔离剂, 使沥青混合料不致与车厢粘结。

(2) 卸料

从成品料仓向运输车卸料时, 运输车前后至少移动3次位置, 使混合料依次卸到车厢的前、后、中部, 减少粗细集料离析现象。

(3) 运输控温

在运输过程中, 运料车用蓬布覆盖, 以防混合料表面温度降低过快。

3.5 混合料的摊铺

(1) 摊铺机铺筑

采用两台摊铺机同时进行联合铺筑, 第一台摊铺机两侧都采用非接触式平衡梁, 第二台摊铺机靠第一台摊铺机侧用滑靴放在第一台摊铺机已摊铺成型的沥青混合料表面层顶面上, 相邻两幅应有5～10cm宽度的摊铺重叠。摊铺速度控制在2～4m/min为宜。并做到开工前这两台摊铺机要提前0.5～1h预热熨平板不低于80℃, 保证SMA沥青混合料的摊铺与碾压符合高温条件要求, 这是控制平整度的又一关键所在。

(2) 摊铺温度

现场摊铺温度应不低于160℃, 摊铺过程中不随意变换速度, 不中途停顿。并要求机手应具有较高的操作水平, 以保证摊铺机匀速、连续工作, 提高平整度。

3.6 混合料的压实及成型

(1) 碾压温度

混合料的初压温度不低于150℃, 复压温度不低于140℃, 终压温度不低于120℃。SMA混合料必须在摊铺后在尽可能高的温度状态下碾压, 不得等候。不得在低温状态下反复碾压, 防止磨掉石料棱角, 压碎石料, 破坏集料嵌挤。

(2) 碾压原则

压路机碾压时, 要按照“紧跟、慢压、高频、低幅”碾压八字方针进行碾压, 碾压方案如下:初压, CC522双轮钢筒压路机以1.5～5km/h速度错1/2轮静压一遍;复压, CC522双轮钢筒压路机以2～3km/h速度错1/2～1/3轮振压三遍;终压用CC522双轮钢筒压路机以2～3km/h速度错1/2轮静压至表面平整无轮迹。

(3) 碾压接头、接缝处理

碾压结束后, 在末端做成一斜坡, 第二天开始摊铺新混合料前, 将末端斜坡挖除, 在已碾压密实且高程和平整度符合要求的位置挖一横向 (与路中心垂直) 垂直向下的断面。并采用平接缝, 即在前一天压实后的路面切割边缘涂抹乳化沥青, 在摊铺新料时要与压实面搭接3～4cm细料, 然后将搭接材料推回到刚铺混合料上, 形成一条边, 压路机压实后, 即形成一条密实的接缝。见图1、图2。

3.7 开放交通

待路表面温度低于50℃后, 方开放交通。

4 实际效果的检验

4.1 平整度效果的改善

2009年9月施工结束后开通, 2010年5月对桥头及桥头两侧50m表面层平整度指标用XLPY-F型连续式平整度仪进行常规检测, 总共采集了双向8车道32个检测数据相比较, 结果见表5。

注:此表测点对应位置基本在同一个点上。

从表5中可以看出平整度合格率为100%, 机场路经过7个月的行车碾压, 平整度指标基本没有变化, 也未发生衰减。

4.2 车辙

2010年5月初, 用三米直尺对桥头及桥头两侧50m的路面进行了车辙检测。在超车道上没有检测到车辙, 行车道靠近停车带的轮迹带上, 在0～0.1mm之间;而在2009年9月施工时试验室抽样检测车辙试件时, 动稳定度达6400次/mm。从检测结果可以看出, 掺和两种纤维的SMA试验段表现出优良的抗车辙能力, 分析原因是由于加入纤维后, 沥青混合料弹性恢复能力增强, 减小了塑性变形的积累, 从而提高了抗车辙能力。

4.3 路面渗水性能

路面渗水性能是面层的重要技术指标, 它直接影响到路面早期使用性能和路面的耐久性。2009年9月施工完后, 桥头及桥头两侧50m内的测点渗水系数平均为11ml/min。

(1) SMA路面路用性能优良, 使用寿命长, 从长久角度看可以减少养护费用, 增加经济效益。

(2) 由于SMA路面路况良好, 行驶舒适, 减少了车辆的磨损, 创造了社会效益。

5 结论

沈桃机场路创新运用了在SMA沥青混合料中掺加两种纤维的施工方式, 更好地发挥了它的路用性能, 提高了行车的舒适性和安全性, 给我们带来了新的启示, 公路建设者们需要不断研究有关SMA技术的先进知识, 善于总结较好的施工经验, 理论联系实际, 从而使SMA技术得到大力推广。

摘要：结合沈丹高速公路沈阳至桃仙机场改扩建的工程实践, 介绍了在主线桥头及桥头两侧各50m范围内的上面层施工中, 创新运用了SMA沥青混合料中掺和“木质素纤维和聚酯纤维”的施工工艺, 提高了行车舒适性和安全性。

沥青纤维 第10篇

SMA沥青混合料引入我国已有近20年,经过研究和推广已经成为我国沥青路面面层的主要混合料类型。由于掺入纤维的种类对SMA沥青混合料的各项结构参数以及成型条件有着重要的影响,而且,SMA沥青混合料有别于传统的密实型沥青混凝土,SMA沥青混合料的骨架结构使混合料成型更加困难,以及较大的沥青用量对成型温度更加敏感。因此,掺各种纤维的SMA沥青混合料成型条件对混合料指标的影响规律一直是SMA沥青混合料研究的焦点之一[1,2,3,4]。本文就蔗渣纤维这种绿色环境友好型新型工程材料对SMA沥青混合料的结构参数以及成型条件的影响作相关的基础性研究。

SMA沥青混合料作为一种温度敏感性复合道路材料,各关键参数对其混合料结构性能的影响具有不同规律,其中纤维掺量、种类及成型温度对SMA沥青混合料结构指标作用尤为显著。我国JTG F40《公路沥青路面施工技术规范》中指出,聚合物改性沥青混合料的正常施工温度不低于150℃,并规定废弃温度为195℃[5,6,7,8,9],而不同纤维掺量的SMA沥青混合料在不同温度成型,混合料的结构指标变化差异巨大,而且指标变化复杂,但同时具有自身的规律性。所以,研究和探索蔗渣纤维SMA沥青混合料纤维掺量及成型温度对结构参数的影响规律,对于指导施工采用不同措施使蔗渣纤维SMA沥青混合料获得较佳的结构指标、提高混合料的耐久性具有重要价值。以成型温度为蔗渣SMA沥青混合料的设计依据可为拌合及碾压施工控制提供科学的依据和可靠的保证。

1 试验方案及原材料性能测试

1.1 研究方案

本课题选择SMA-16的级配中值[7](见表1),在室内按照标准的马歇尔击实法成型试件,采用5%碱液处理的蔗渣纤维,在140、160、180℃3个击实温度下用掺量为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的蔗渣纤维分别击实,拌合温度分别为150、170、190℃。每个蔗渣纤维掺量的混合料采用均在其最佳油石比下击实。并对其体积指标进行对比,分析检测混合料的各项物理参数指标,在此基础上分析温度对蔗渣SMA沥青混合料结构参数的影响规律,依据结果提出合理的蔗渣SMA沥青混合料设计、施工温度以及应注意的温度控制措施。

1.2 材料选择

采用SBR(Ⅱ-B)改性沥青,其各项指标见表2。

粗集料选用粒径为10~20 mm、5~15 mm的花岗岩,其技术指标见表3;细集料为天然砂与石屑,细集料的砂当量为62.3%;矿粉为石灰岩磨制而成,密度2.712 g/cm3,亲水系数0.71。

纤维采用5%碱液处理的蔗渣木质素纤维,长度1 mm,熔点温度357℃,相对表观密度0.91,其技术指标符合JTT 5332004《沥青路面用木质素纤维》规范要求。

2 SMA沥青混合料孔隙率影响因素分析

图1为在不同纤维掺量及击实温度下,成型试件的孔隙率变化规律。

由图1可见,在击实温度小于160℃时,孔隙率受温度影响大小依次为纤维掺量0.5%>0.1%>0.3%的混合料,且3种混合料的孔隙率很难满足要求;而在击实温度大于160℃时,混合料孔隙率受温度影响大小依次为纤维掺量0.1%>0.3%>0.5%的混合料,孔隙率指标开始进入规范要求的范围内。从满足规范要求的角度看,应选择试件击实温度在160℃以上。

其次,在纤维用量为0.1%时,混合料的孔隙率随温度变化几乎成直线,说明当蔗渣纤维用量较小时,其对混合料孔隙率指标影响较弱,这时对于级配中值混合料来说,孔隙率与击实温度有很好的线性回归关系;掺量为0.3%的SMA沥青混合料孔隙率在不同击实温度下的变化幅度相对较小,但是孔隙率变化与击实温度之间亦存在良好的线性回归关系;当纤维掺量继续增加时,孔隙率的变化幅度增大,且孔隙率与击实温度回归关系的相关系数最小。据此可以判断,在蔗渣纤维掺量小于0.3%时,可以通过孔隙率与成型温度的回归关系来控制孔隙率大小。

3 SMA沥青混合料VMA与VCAmix影响因素分析

击实温度与集料间隙率VMA、粗骨料间隙率VCAmix的关系见图2。

由图2可见,随着击实温度的升高,除0.1%掺量外,各掺量的混合料VMA基本都满足大于17%的规范要求,而且在蔗渣纤维掺量为0.3%时,随击实温度的提高,混合料的VMA与VCAmix下降较为均匀,呈现较好的线性关系,而掺0.5%蔗渣纤维混合料在成型温度从140℃升高到160℃时,下降速率较大,当击实温度大于160℃并继续升高时,VMA与VCAmix下降趋势减缓。

造成3种蔗渣纤维掺量混合料VMA与VCAmix随成型温度变化不一致的原因是:(1)在SMA沥青混合料中掺入大量的蔗渣纤维,除了在混合料中发挥集料间的填充作用之外,在较低的击实温度时,纤维与沥青充分拌合组成纤维胶浆较为困难,黏度较大的多余蔗渣纤维胶浆还会对SMA沥青混合料的骨架结构产生干涉作用,此时的混合料在蔗渣纤维胶浆干涉和填充的共同作用下,干涉作用占主导地位,使得混合料的孔隙率以及VMA和VCAmix均呈现较大的数值;(2)当击实温度大于160℃时,3种掺量混合料的孔隙率和VMA与VCAmix随温度变化都趋于变缓,所以在160℃左右存在曲线变化趋势点,即3种掺量混合料的孔隙率和VMA与VCAmix变化曲线均处于趋势点处,其中蔗渣纤维掺量越大的混合料出现趋势点的特征越明显,这是由于提高击实温度降低了沥青的粘韧性,纤维与沥青容易拌合均匀,使得沥青在混合料击实过程中发挥的作用由粘阻作用变为润滑作用,集料颗粒位置组合过程遇到的阻力降低,此时,蔗渣纤维沥青胶浆发挥的填充作用占主导,使得混合料空隙率下降至极限状态,即使再提高成型温度对VMA的影响亦有限。

据以上分析得知,在SMA沥青混合料的成型过程中采用大掺量蔗渣纤维时特别需要注意成型温度对设计结构指标的非线性影响,此时应通过实验依据VMA、VCAmix、VV3个体积指标随击实温度的变化曲线来确定由陡变缓的趋势点温度,明确SMA沥青混合料最低的成型温度,以保证施工质量的稳定性。掺0.3%左右蔗渣纤维的SMA沥青混合料相比较而言具有较好的结构稳定性,其温度敏感性较低。

4 SMA混合料VFA影响因素分析

为进一步探究蔗渣纤维掺量、击实温度与沥青混合料饱和度之间的关系,增加1组6.0%油石比的SMA沥青混合料击实试验,对比2种不同沥青用量的沥青饱和度VFA,分析温度、蔗渣纤维掺量及沥青用量对VFA影响的显著性。试验结果分别见图3、图4。

为增加混合料饱和度,通常采用加大沥青用量的做法,通过试验结果可知:(1)由图3可知,VFA随着蔗渣纤维掺量增大而下降,但是其下降幅度较小,即蔗渣纤维掺量对沥青混合料的VFA参数影响并不显著;(2)由图3分析,击实温度为140℃时,6.0%油石比的蔗渣纤维混合料的VFA没有明显提高,0.5%纤维掺量混合料的VFA甚至微有下降,这主要是因为成型温度较低,沥青胶浆的粘滞性较大,沥青用量越大,导致沥青与蔗渣纤维组成的胶结料对集料的摩阻力越大,造成6.0%油石比混合料成型试件的孔隙率相对偏大,从而导致VFA不能随沥青用量加大而增长,甚至会有所下降,所以,在较低的成型温度条件下,增加油石比对VFA的增长意义不大;(3)从图4可见,当击实温度达到160℃时,2种油石比的3种蔗渣纤维掺量SMA沥青混合料的VFA均有明显提高,且油石比为6.0%混合料的提高幅度较大,其VFA达到规范要求的75%以上,此时增加油石比与提高混合料成型温度均对VFA的提高有显著的正效应;(4)当击实温度进一步提高时,纤维掺量为0.3%、0.5%的混合料均表现出增长衰减趋势,但是对比图4(a)、(b)的180℃的VFA可知,此时提高沥青用量依然可以提升沥青饱和度,即此时增大沥青用量对VFA的增长比提高成型温度更有效。

同样由图3、图4对比分析得知,VFA随成型温度的变化曲线亦存在温度趋势点,在温度趋势点之前提升混合料的成型温度对VFA增加起显著的正效应,在此温度趋势点之后成型温度对VFA增加的影响逐渐衰减,而增大沥青用量对VFA的影响作用开始逐渐凸显,并随击实温度的升高而逐渐占主导地位,且蔗渣纤维掺量对VFA无显著影响。

据此,在SMA沥青混合料路面铺筑过程中,如要保证成型混合料的沥青饱和度,则应认识到不能一味的依靠加大沥青用量,如成型温度不能保证在温度趋势点之上时,此举造成的效果往往适得其反,所以,必须确定VFA随成型温度的变化曲线温度趋势点才能有的放矢,通过适当的措施来控制SMA沥青混合料的VFA指标。

5 SMA沥青混合料析漏性的影响因素分析

对SMA沥青混合料进行了不同纤维掺量及击实温度下的析漏试验,来检测沥青混合料玛蹄脂用量是否合理,结果见图5。

由图5可以看出:(1)在击实温度相同条件下,纤维掺量越大SMA沥青混合料析漏率越小,且能在温度上升时保持稳定;(2)随着击实温度的上升,析漏率随之增加;(3)从析漏率曲线特点来看,当纤维用量为0.5%时,SMA沥青混合料的析漏率增长不明显,一直维持于0.2%以下;而掺量相对较小(0.1%~0.3%)的混合料随着温度升高,析漏率大幅增长,在大于160℃时,0.1%、0.3%掺量的SMA沥青混合料很难满足规范规定析漏率小于0.3%的要求;(4)小掺量的SMA沥青混合料可以通过析漏试验曲线来确定析漏率随温度的突增点,保证混合料运输温度低于析漏率突增点的温度。

由此判断,在温度大于160℃时,纤维掺量应大于0.3%,且混合料必须严格控制用油量,并要求运输时混合料温度不能过高,以避免析漏率过大造成混合料的油石比分层离析。

6 结论与建议

(1)SMA沥青混合料中纤维掺量较大时(0.5%),孔隙率变化与温度变化之间的线形关系相对较弱,在纤维掺量小于0.3%时,孔隙率变化与温度变化之间的线形关系相关性较好,可以通过孔隙率与成型温度的回归关系来控制孔隙率大小。

(2)大掺量纤维成型温度对SMA沥青混合料VMA、VCAmix、VV指标的影响呈非线性影响,应通过实验,依据VMA、VCAmix、VV3个体积指标随击实温度的变化曲线来确定由陡变缓的趋势点温度,明确SMA沥青混合料最低的成型温度,以保证施工质量的稳定性,而0.3%掺量的SMA沥青混合料具有良好的施工稳定性。

(3)必须确定VFA随成型温度的变化曲线温度趋势点,在温度趋势点之前提升混合料的成型温度对VFA增加起显著的正效应,在温度趋势点之后成型温度对VFA增加的影响逐渐衰减,而增大沥青用量对VFA的影响作用开始逐渐凸显,并随击实温度的提高而逐渐占主要作用地位。

(4)蔗渣纤维掺量小的SMA沥青混合料析漏率随温度提高而迅速增大,所以温度高于160℃时,蔗渣纤维掺量应大于0.3%,且必须严格控制用油量与运输温度,并确定析漏率突增点的温度,为施工运输温度提供指导。

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沥青纤维 第11篇

【摘要】本文介绍了沥青纤维增强型废胎胶粉减噪微表处结构的特点，并在此基础上进一步阐述了它的施工方法、用料设计方法及其有益效果。

【关键词】沥青纤维增强型；废胎胶粉；减噪；微表处

【Abstract】This article describes the noise characteristics of waste tire rubber powder micro-surfacing asphalt fiber-reinforced structure， and further elaborated on the basis of its construction methods， materials and design methods benefit.

【Key words】Fiber-reinforced asphalt；Waste tire rubber powder；Noise；Micro-Surfacing

1. 前言

微表處是由不同粒径的石料按比例范围混配成集料，集料再和改性乳化沥青、水和添加剂（如果需要）配合搅拌成改性乳化沥青稀浆混合料，并迅速摊铺在原路面上，经养护成型的路面结构层。由于微表处具有经济、高效、抗滑性能强、常温施工等优点，MS-3型微表处已经被大量的应用于道路施工和养护。但是，微表处存在如下缺点：一是微表处与原路面附着力差，导致微表处脱落；二是微表处抗反射裂缝能力差，导致原路面裂缝向上反射，微表处层会产生对应的裂缝；三是微表处行车噪音大，一方面影响行车的舒适性，另一方面污染周围环境。这些都是需要解决的问题。

2. 沥青纤维增强型减噪微表处结构

沥青纤维增强型废胎胶粉微表处结构如图1所示。沥青纤维增强型废胎胶粉微表处，包括沥青层+纤维层+沥青层+掺加废胎胶粉的微表处。

3. 沥青纤维增强型废胎胶粉微表处施工方法及用料控制范围

（1）沥青纤维增强型废胎胶粉微表处的施工方法是首先在原路面上洒一层沥青（第一层沥青），然后在第一层沥青上撒一层纤维，再在纤维上撒一层沥青（第二层沥青），最后做掺加废胎胶粉的微表处（称为废胎胶粉微表处或者减噪微表处）。

（2）沥青包括各种热（改性）沥青、（改性）乳化沥青和稀释沥青。工程实践中常用改性乳化沥青，其每层用量为：0.8Kg/m2～1.6Kg/m2。

（3）纤维包括玻璃纤维、聚丙烯睛纶纤维、聚酷纤维、木质素纤维、矿物纤维以及钢纤维等。工程实践中常用5cm～10cm长的玻璃纤维，其用量为：80g/m2～160g/m2。

（4）废胎胶粉微表处是用掺加废胎胶粉的改性乳化沥青稀浆混合料做成的。工程实践中常用MS-3型，其用量为：10Kg/m2～22Kg/m2，包括石质集料、废胎胶粉、改性乳化沥青、水和添加剂（如果需要），其中：

（5）集料的级配符合现行规范要求即可。

（6）粉集比为1.5%～3%，粉集比是废胎胶粉与集料总质量的比值，采用内掺法，废胎胶粉作为集料的一部分使用；

（7）油石比为7%～10%，油石比是改性乳化沥青蒸发残留物与集料总质量的比值；

（8）水集比为4%～10%，水集比是总用水量与集料总质量的比值，总用水量是指改性乳化沥青中所含水量与外加水量的和。

4. 沥青纤维增强型废胎胶粉微表处用料设计

4.1材料选择、用量与配合比设计。

4.1.1原材料选择。

原材料的质量符合现行公路工程相关规范的要求即可。

4.1.2沥青纤维增强层用量的确定。

第一层沥青、纤维和第二层沥青的单位面积用量是根据经验确定的。

4.1.3MS-3型改性乳化沥青废胎胶粉稀浆混合料的配合比设计，具体步骤为：

4.1.3.1改性乳化沥青废胎胶粉稀浆混合料集料配合比。

集料级配为：满足现行规范要求。

（1）选择粉集比。石质集料级配偏细时，宜选择较大的粉集比；石质集料级配偏粗时，宜选择较小的粉集比。优选地，粉集比的范围为：1.5%～3%。粉集比选定后计算废胎胶粉用量，然后用等质量的废胎胶粉代换0.6mm～1.18mm的石质集料。选用废胎胶粉的粒径为20目～30目，换算成毫米为0.6mm～0.8mm，而0.6mm～1.18mm的石质集料包含于石屑中，所以用等质量的废胎胶粉代换0.6mm～1.18mm的石质集料也就是用等质量的废胎胶粉代换石屑，代换后集料的级配比例会发生变化，但这种变化很小，不影响稀浆混合料的施工性能和路用性能，可以忽略不计。

（2）废胎胶粉用量确定后，可确定集料的配合比，即4.75mm～9.5mm碎石∶米石∶石屑∶废胎胶粉∶矿粉的比值。施工时，将按此比值配合集料。

4.1.3.2油石比。

（1）油石比的范围为：7%～10%。实施时，油石比的可选范围是根据（T0752-2011）《稀浆混合料湿轮磨耗试验》和（T0755-2011）《稀浆混合料负荷轮粘砂试验》确定的，由（T0752-2011）《稀浆混合料湿轮磨耗试验》确定最小值，由（T0755-2011）《稀浆混合料负荷轮粘砂试验》确定最大值，然后再结合经验确定一个油石比值。

（2）油石比确定后，根据改性乳化沥青中蒸发残留物的含量计算出改性乳化沥青的用量。

4.1.3.3外加用水量。

水集比的范围为：4%～10%。实施时，外加用水量是根据（T0751-1993）《乳化沥青稀浆封层混合料稠度试验》确定的。要求稀浆混合料的稠度控制在2cm～3cm之间，确定外加用水量。

4.1.3.4可拌和时间。

（1）根据（T0757-2011）《稀浆混合料拌和试验》检验稀浆混合料的可拌和时间。优选地，可拌和时间不小于120s。如果可拌和时间不能满足要求，可使用添加剂进行调整，并通过试验确定添加剂的用量。添加剂并不是必须使用的，当可拌和时间不能满足要求时才使用。

（2）由上所述，可以确定改性乳化沥青废胎胶粉稀浆混合料的配合比，即：集料（包括废胎胶粉）∶改性乳化沥青∶外加水∶添加剂（如果需要）的比值，它是调整稀浆封层机各种材料控制系统的依据。

4.1.3.5确定开放交通时间。

根据（T0754-2011）《稀浆混合料黏聚力试验》测量改性乳化沥青废胎胶粉稀浆混合料试件黏聚力达到2.0N·m的时间。施工时，此时间作为确定开放交通时间的参考。

5. 施工工艺

（1）第一步、封闭交通；

（2）第二步、检查验收原路面，其要符合相关规范要求；

（3）第三步、沥青纤维增强层采用同步施工，洒布第一层沥青、撒布纤维和洒布第二层沥青使用一台纤维封层机一次完成；

当洒布沥青采用热（改性）沥青时，待沥青温度接近常温才进行减噪微表处施工；当洒布沥青采用（改性）乳化沥青时，待水分基本蒸发完才进行减噪微表处施工；当洒布沥青采用稀释沥青时，待稀释剂基本挥发完才进行减噪微表处施工；

（4）第四步、集料干燥，集料的设计配合比就是施工配合比。按施工配合比，即4.75mm～9.5mm碎石∶米石∶石屑∶废胎胶粉∶矿粉的比例，把各种集料混合。

（5）第五步、把配合好的集料、改性乳化沥青、水和添加剂（如果需要）都装进稀浆封层机，依据改性乳化沥青废胎胶粉稀浆混合料的施工配合比，即集料（包括废胎胶粉）∶改性乳化沥青∶外加水∶添加剂（如果需要）的比例，对稀浆封层机进行标定，分别确定集料、改性乳化沥青、外加水和添加剂（如果需要）的控制参数；

（6）第六步、把稀浆封层机开到施工现场，边搅拌边摊铺；

（7）第七步、修补摊铺不平处和接缝处；

（8）第八步、进行养生，使黏聚力达到不小于2.0N·m；

（9）第九步、开放交通。

6. 沥青纤维增强型废胎胶粉微表处的有益效果

沥青纤维增强型废胎胶粉微表处的有益效果主要表现在以下几个方面：

（1）与原路面的附着力强，延缓微表处脱落，增加使用寿命；

（2）增强微表处的抗反射裂缝能力，减少和延缓微表处产生裂缝；

（3）行车噪音减小3dB～5dB。由于废胎胶粉的使用，增加了沥青膜的厚度，并且废胎胶粉具有弹性，达到减小行车噪音的效果；

（4）废胎胶粉使用量较大，环境保护效益明显；

（5）增强型减噪微表处用途广泛，可用于新建路面的磨耗层、抗滑层、防水层等，也可用于已建路面的养护罩面，还可用于修补车辙、桥面铺装等。

参考文献

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[5]虎增富，等.乳化沥青及稀浆封层技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]姜云焕，等.改性稀浆封层施工技术[M].河北：石油工业出版社，2001.

沥青纤维 第12篇

关键词：道路,纤维,稳定度,AC-16I型沥青混合料

1试验

1.1原材料

1.2试验方法

由于马歇尔试验是现阶段沥青混合料配合比设计和沥青路面质量控制使用的最普遍的试验方法, 因此本试验仍然采用马歇尔试验方法。

2混合料疲劳性能试验结果及分析

马歇尔试验结果如表3所示。

对表3中的马歇尔试验结果进行分析, 可以得到以下图表:

3结语

(1) 在本配比的沥青混合料中加入不同种类的纤维后, 各种类型纤维沥青混合料的稳定度均得到大幅度的增强; (2) 与无纤维沥青混合料相比, 掺加纤维后, 沥青混合料的性能总体有较大改善, 其中又以纤维改善效果最为突出; (3) 对于不同种类的纤维, 一定要通过试验确定纤维在沥青混合料中的最佳掺量, 否则可能导致纤维掺量越大, 沥青混合料的稳定度反而下降的状况; (4) 比较沥青混合料中加入适量纤维的一次性投入费用和不加纤维的沥青混凝土道路路面的后期保养与维护费用, 在沥青混凝土中加入适量的纤维是具有良好的经济效益和社会效益的。

参考文献

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