纖維對瀝青混合料低溫抗裂性能的影響

纖維對瀝青混合料低溫抗裂性能的影響瀝青路面開裂是路面破壞的主要病害類型之一，已受到國內(nèi)外道路工作者的普遍關(guān)注。而瀝青面層溫度開裂又是面層開裂的主要形式，一般認(rèn)為低溫開裂有低溫收縮開裂和長時(shí)間的溫度循環(huán)作用下產(chǎn)生疲勞開裂兩種主要形式。自60年代加拿大率先對瀝青面層的低溫收縮開裂進(jìn)行系統(tǒng)研究以來，各國在瀝青粘結(jié)料和瀝青混合料低溫性能方面進(jìn)行了大量研究工作。對瀝青結(jié)合料進(jìn)行改性的同時(shí)，在瀝青混合料中摻入聚合物纖維(如聚酯纖維、聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維等)、木質(zhì)素纖維和玻璃纖維等纖維，以改善瀝青混合料的低溫性能。本研究針對甘肅省持續(xù)低溫和大溫差的氣候條件，通過不同纖維和瀝青種類的纖維瀝青混合料的-10℃彎曲破壞試驗(yàn)和0℃彎曲蠕變試驗(yàn)，分析纖維對瀝青混合料低溫抗裂性能的影響，為大面積推廣應(yīng)用提供依據(jù)。1．原材料與混合料采用90＃普通瀝青和130＃SBR改性最瀝青性能少指貍標(biāo)抗襯細(xì)表伐1試驗(yàn)項(xiàng)目90#瀝青SBR改性瀝青25℃針入度/0.1mm85127軟化點(diǎn)/℃48.245.015℃延度/cm115＞150密度/g·cm-31.01500.9987RTOF后質(zhì)量損失/%0.490.2025℃針入度比/%60.359.0軟化點(diǎn)/℃5053.915℃延度/cm>10066瀝青兩種瀝青對比研究，瀝青性質(zhì)見表1。石料采用石灰?guī)r，花崗巖河砂，石灰?guī)r礦粉。纖維采用GoodRoad?Ⅱ和Dolanit?AS，纖維摻量均為瀝青混合料總重量的0.225％。礦料級配分別采用1＃級配和2＃級配，經(jīng)逐級篩分回配后得到。根據(jù)不同纖維及其用量的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，確定了纖維瀝青混合料的最佳瀝青用量，結(jié)果見表3。試驗(yàn)礦質(zhì)級配組成表2且粒徑狀(鋪mm)數(shù)級配鍬19寄姐集9.5妥4.75些2.36謹(jǐn)1.18逝0.6景0.3揉0.15登0.07吉5社通過率參/旨錄1堡＃級配疲100句95才93怒75潮48憐29米25焦19怠15熱10交5抱2喘＃級配捎100那末絲68鵲52.5警41妥29.5衛(wèi)22矩16廉11掩6試驗(yàn)混合料最佳瀝青用量表3碑混合料桂改性瀝氣青資1咐＃級配后9版0攻＃瀝柜青輩2呆＃級配產(chǎn)纖維類型東無纖維縣Good杰Road影?臥II悉Dola斯nit唯?露AS摟無纖維棍Good籮Road買?哄II退Dola張nit鹽?憶AS拍最佳瀝青羽用嗎量沫/%基5.0鉛5.5摟5.5曲4.5更5.0奉4.72．-10℃彎曲破壞試驗(yàn)分析在最佳瀝青用量下輪轍成型不同瀝青混合料試件，切割成30mm×35mm×250mm的小梁，試驗(yàn)溫度為-10℃，MTS材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲破壞試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。纖維瀝青混合料-10℃彎曲破壞試驗(yàn)結(jié)果表4棚混合料裙纖維類型法抗彎拉強(qiáng)櫻度格/MPa粱最大彎拉葛應(yīng)變繁/10門-2也改性瀝青藝1潤＃級配落無纖維刑8.50瓜0.26踢5跌Good遼Road毒?毀II宅9.42少0.33投5膨Dola衛(wèi)nit遵?祥AS謊9.04妻0.29澇9劑90斑＃瀝青冊2泰＃級配糟無纖維錘8.81帝0.10興0凍Good晶Road境?景II誰9.53養(yǎng)0.10料4敗Dola由nit刮?股AS斃9.38柜0.10得2由表4可得，-10℃下纖維瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度比未摻纖維瀝青混合料高，破壞應(yīng)變也相應(yīng)增大，提高幅度與纖維種類、瀝青種類和礦料級配相關(guān)。兩種纖維的摻入均明顯提高了混合料的抗彎拉強(qiáng)度，兩種纖維的差別不太大，其中GoodRoad?II纖維的提高幅度略大。瀝青混合料棱柱體小梁在彎曲破壞中主要是沿著顆粒間的界面產(chǎn)生拉裂破壞，在裂縫擴(kuò)展中可能遇到大顆粒而使這些大顆粒產(chǎn)生擠壓和剪切，使之產(chǎn)生壓剪破壞，因此低溫下瀝青的界面強(qiáng)度起十分重要作用。纖維加入后瀝青用量增加，且瀝青稠度隨輕組分物質(zhì)被吸附而變硬，在低溫下瀝青勁度增大，瀝青與礦料間的界面強(qiáng)度相應(yīng)增加，因此纖維瀝青混合料的強(qiáng)度比未摻混合料的要高。摻入纖維后，瀝青混合料的破壞彎拉應(yīng)變有不同程度的提高，這主要在于纖維加入后除了增大了瀝青用量和瀝青稠度與勁度外，還對混合料有一定的“橋接”與“加筋”作用，對裂縫的產(chǎn)生有不同程度的阻礙，延緩了破壞過程，造成一種“藕斷絲連”的現(xiàn)象，使纖維瀝青混合料的破壞應(yīng)變有所增大。對于不同瀝青種類和礦料級配組成的混合料而言，抗彎拉強(qiáng)度比較接近，纖維摻入后的提高作用也差異不大，但破壞彎拉應(yīng)變卻明顯不同。使用改性瀝青后的混合料的彎拉應(yīng)變明顯大于普通瀝青混合料，而且纖維的改善效果明顯提高。一方面是改性瀝青本身提高了混合料的低溫抗裂性能，另一方面與礦料級配組成有關(guān)。由此可見，使用改性瀝青，合理調(diào)整礦料級配組成，可以更加充分地發(fā)揮纖維對瀝青混合料低溫抗裂性能的改善作用。3．0℃彎曲蠕變試驗(yàn)分析摻入纖維后瀝青混合料的彎曲蠕變速率有不同程度的增大，其中使用普通瀝青的2＃級配混合料更為明顯，兩種纖維的影響程度基本相同。纖維加入混合料后，一方面增大了瀝青用量，同時(shí)也使孔隙率有微略的增加。瀝青用量增大使混合料柔性增大，而且纖維的混雜加強(qiáng)作用下對應(yīng)力具有一定的分散和擴(kuò)散作用，因此纖維混合料的蠕變速率比未摻混合料的要大。結(jié)合-10℃彎曲試驗(yàn)結(jié)果可得，兩種試驗(yàn)結(jié)果均表明纖維可以改善瀝青混合料的低溫抗裂性能，但對于不同瀝青種類和級配組成混合料的評價(jià)結(jié)果卻不同。就彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變而言，采用改性瀝青和1＃級配時(shí)，纖維對混合料低溫抗裂性能的改善效果好，而彎曲蠕變速率的變化卻不大。這可能與兩種試驗(yàn)分別反映了瀝青混合料的低溫強(qiáng)度或抗變形能力和應(yīng)力松弛能力有關(guān)。瀝青路面的低溫縮裂是由于溫度應(yīng)力超過了混合料抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致面層開裂的，因此若混合料具有較高強(qiáng)度或在低溫下有較好的抗變形能力和較強(qiáng)的應(yīng)力松弛能力，溫度應(yīng)力則不會過大累積，混合料均會有較好的低溫抗裂性能。對相同的溫度應(yīng)力曲線，若材料的抗彎拉強(qiáng)度曲線越高，則材料在溫度應(yīng)力作用下開裂溫度越低；對不同的材料，盡管其強(qiáng)度曲線一樣，但其應(yīng)力松弛性能越好，溫度應(yīng)力越低，則在溫度應(yīng)力作用下其開裂時(shí)的溫度也越低。因此，從提高瀝青混合料的低溫抗裂性能出發(fā)，合理選擇纖維種類、瀝青和礦料級配時(shí)，應(yīng)綜合考慮兩種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，若單一采用其中一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)，可能會顧此失彼，無法達(dá)到最優(yōu)。4．結(jié)論喊（默1吩）摻入纖廁維后，瀝普青混合料共的低溫抗嚼彎拉