聚酯纤维和聚丙烯腈纤维沥青混凝土水稳定性对比试验.pdf

2 0 1 1 年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CONC RE T E AND C E MENT P R0DUC T S 2 01 1 N0 7 J u l y 聚酯纤维和聚丙烯腈纤维沥青混凝土 水稳定性对 比试验 常传 立 ， 宋建学 ( 1 ． 河南省第五建筑安装工程 ( 集 团) 有 限公司， 郑州 4 5 0 0 0 1 ； 2郑州大学土木工程学院， 4 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 马歇 尔残 留稳 定度试验和 冻融劈 裂试验结果 表明 ， 加 入纤 维对沥青混合料 的水稳性 有明显改善作 用 ， 马歇 尔残 留稳 定度从 8 8 ％提 高到 9 2 ％以上。不 同类型的纤 维， 提 高程度略有不 同， 聚酯 纤维稍逊 于聚 丙烯腈纤 维， 而 聚丙烯腈 纤维又弱于其 与聚酯纤维混合配方。冻融循环试验 结果表明 ， 未掺 纤维的沥青混凝土 强度损 失最大 ， 聚丙 烯腈 纤维与聚酯纤维混合掺入 的沥青混凝 土强度损 失最小。 关键词 ： 公路 工程 ； 纤维 沥青混凝 土； 马歇 尔残 留稳定度 ； 劈 裂强度 ； 聚酯纤维 ； 聚 丙烯腈 纤维 Ab s t r a c t ：Ab s t r a c t ： B y t h e Ma r s h a l l r e s i d u a l s t a b i l i t y e x p e r i me n t a n d f r e e z i n g a n d t h a wi n g s p l i t t e s t ， t h e e x p e rime n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e w a t e r s t a b i l i t y o f a s p h a l t a d mi x t u r e c a n b e o b v i o u s l y i mp mv e d b y a d d i n g fi b e r ,a n d Ma rsh all r e s i d u a l s t a b i l i t y i s i n c r e a s e d f r o m 8 8 ％ t o o v e r 9 2 ％．Di fi e r e n t t y p e s o f fi b e r h a v e d i f f e r e n t i mp r o v i n g e f f e c t s o n Ma r s h a 1 1 r e s i d u a l s t a b i l i t y ， f o r e x a mp l e ， t h e o n e wi t h p o l y e s t e r fi b e r i s l e s s t h a n t h e o n e wi t h p o l y a c r y l o n i t r i l e fi b e r ，a n d t h e o n e w i t h p o l y a c r y l o n i t r i l e fi b e r i s l e s s t h a n t h e o n e wi t h t h e mi x i n g p rop o r t i o n b y p o l y a c r y l o n i t r i l e fi b e r a n d p o l y e s t e r fib e r ． F r e e z e - t h a w c y c l e e x p e ri me n t a l r e s u h s s h o w t h a t t h e s t r e n g t h l o s s o f a s p h a l t c o n c r e t e w i t h o u t a d d i n g fi b e r i s t h e l a r g e s t ，a n d s t r e n gth l o s s o f a s p h a l t c o n c r e t e wi t h a d d i n g p o l y a e r y l o n i t r i l e fi b e r a n d p o l y e s t e r fib e r i s t h e l e a s t ． Ke y wo r d s ： Hi 曲w a y e n g i n e e ri n g ； F i b e r r e i n f o r c e d a s p h a l t c o n c r e t e ； Ma rs h a l l r e s i d u a l s t a b i l i t y ； C l e a v a g e s t r e n g t h ； P o l y e s t e r fi b e r ； P o l y a e r y l o n i t r i l e fib e r 中图分类号 ： T U 3 7 7 ． 9 文献标 识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 7 - 4 4 - 0 3 0前 言 近年来 ， 人们对沥青路面 的耐水害性能进行 了 多方面的研究 。除了设计、 施工和环境 因素外 ， 主要 研究 了原材料与沥青混合料的水稳定性等。本文就 无纤维 、 聚酯纤维 、 聚丙烯腈纤 维及二 者混合纤维 四种配方的沥青混凝土 ， 分别进行 了浸水 马歇尔试 验和冻融劈裂试验 ， 比较 了普通 沥青混凝土和不 同 类型纤维沥青t 昆 凝土的耐水性能。 1 试 验 设计 1 ． 1 纤维掺加方案 沥青混凝土纤维的掺入采用 了四种方案 ， 方案 1 ： 不掺纤维 ； 方案 2 ： 掺聚酯纤维 ； 方案 3 ： 掺聚丙烯 腈纤维 ； 方案 4 ： 掺混合纤维 ( 8 0 ％聚酯纤维+ 2 O ％聚 丙烯腈纤维) 。 1 ． 2 原材料 沥青采用山东淄博道路石油沥青 9 0 A，根据文 献『 1 ] 对该种沥青进行的材料性能试验 ， 所检项 目均 符合规范 要求。 粗细集料及矿粉产地均为河南省新密市 ， 其 中 细集料为石屑。按照高速公路和一级公路表面层 的 一 44一 标准 ， 根据规程[3 1 对其各项指标进行试验 ， 所检项 目 均符合规范凹 要求。 增强纤维采用江苏射 阳某公 司产 的聚酯纤维 和聚丙烯腈纤维 ，聚酯纤维是采用 1 0 0 ％聚酯合成 材料 ， 经特殊工艺加工成束状合成纤维 ， 聚丙烯腈 纤维是聚丙烯腈或丙烯腈 含量 占 8 5 ％以上 的线型 聚 合物所 制成 的纤 维 。 2 对 比试 验 2 ． 1 浸水马歇尔试验 以浸水 马歇尔试验残 留稳定度评价混合料 耐 水害性能 ， 是工程界广泛应用的方法。首先按照规 程 要求制备马歇尔标准试件 标准的试模 直径 为 1 0 1 ． 6 ra m，成型过程 中要对试件的高度和偏差进行 严格控制， 高度为 6 3 ． 5 m m+_ 1 ． 3 ram。将马歇尔标准试 件分成两组 ：一组在 6 0 ℃水浴中保养 3 0 ～ 4 0 m i n后 测定其马歇尔稳定度 MS 1 ； 另一组在 6 0 ℃水浴 中恒 温保养 4 8 h后测定其马歇尔稳定度 MS 2 ， 用残 留稳 定度 MS 0 = MS 2 ／ M S 1 x l O 0 ％来表征混合料 的水稳性 能， MS 0值越大 ， 水稳性越好。 四种配方的试验结果如图 1 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 常传立， 宋建学 聚酯纤维和聚丙烯腈纤维沥青混凝土水稳定性对 比试验 磐 方 案 序 列 图 1 浸水马歇尔试验残 留稳定度对 比 由图 1可知 ， 与普通 沥青混合料相 比 ， 纤维 的 加入使得混合料 的残 留稳定度均有不 同程度 的提 高 ( 从 8 8 ％提高到 9 2 ％以上 ) 。不同类型的纤维 ， 提 高程度略有不 同，聚酯纤维稍逊于聚丙烯腈纤维 ， 而聚丙烯腈纤维又弱于混合纤维 ， 但效果相差并不 显著。残留稳定度反映的是沥青混凝土抵抗水对沥 青与集料之间粘附效果破坏作用的能力 。纤维的加 入可以增加混合料 中结构沥青含量 ， 减少 自由沥青 含量 ， 提高 了沥青与集料的粘结作 用力 ， 增强 了沥 青混合料 中沥青与集料界面膜抵抗水份剥离作用 的能力 ， 提高了沥青混合料的残留稳定度。 2 ． 2 冻融劈裂试验 浸水 马歇尔试验的操作方法虽然简单 ， 但不能 很好地反映实际沥青混凝土路面早期 的水损情况 。 为了多角度评价沥青混合料的水稳定性 ， 我们又进 行了冻融劈裂试验。 将符合试验要求的试件随机分成两组 ，每组 5 个试件 。 将第一组试件 ( 标准试件 )放在室温下保存备 用， 第二组试件( 条件试件) 经过以下程序处理 ： ( 1 ) 室温下浸水 2 0 m i n ( 2 ) 在 9 8 - 3 — 9 8 ． 7 k P a的真空条件保持 1 5 mi n ， 恢 复常压后 ， 试件在水 中保持 0 ． 5 h ； ( 3 ) 将抽真空试件用塑料袋装好 ， 加入 约 1 0 m l 水 ， 扎紧袋 口， 放在" 1 8 o I 二 的冰箱中冷冻 ( 1 6 1 ) h ； ( 4 ) 取 出试件 ， 在( 6 0 +- 0 ． 5 ) ℃的恒温水浴 中保温 2 4 h。 对第二组试件经过以上处理后 ， 将第一组和第 二组试件一并 置于 ( 2 5 +- 0 ． 5 ) ℃的恒 温水槽 中 ， 恒温 不少于 2 h ，水温高时可适 当加冷水或冰块调节 ， 试 件之间的距离不少于 1 0 ram。 取出试件 ，用 5 0 ra m ／ ra i n的加载速率进行劈裂 试 验 ， 测量 出试件 的最大荷载 ， 并分别计算第一组 和第二组试件的劈裂强度 R 和 R ， 进而得 出劈裂 强度 比T S R。 R r i = 0 ． 0 0 6 2 8 7 ( 1 ) 式 中， 尺 一 第 i 组试件的劈裂强度 ， MP a ； 一 试件的破坏荷载 ， k N； h一 试件的平均高度， m m。 p T S R= ~ 1 0 0 ％ ( 2 ) n 式 中， T S R一 劈裂强度 比， ％； R T 一 第 l 组试件的劈裂强度 ， MP a ； 一 第 2组试件的劈裂强度 ， M P a 。 冻融劈裂试验结果见 图 2 ( 图中数据均为每组 试件试验结果平均值) 和图 3 。 1 螽 ， ． 曩 o ． 躲 O ． 8 7 ．4 8 7．2 8 7．0 8 6． 8 欹 8 6 ．6 2 3 4 方案序列 图 2 劈裂强度试验结果 l Z 3 4 方案序列 图 3 劈裂强度 比 由 图 2和 图 3可见 ： ( 1 ) 在标准试验条件下 ， 经过冻融循环 ， 沥青混 合料 的劈 裂强度均下降到正 常值在 8 6 ％- 8 8 ％， 其 中 ， 不掺纤维的沥青混凝土强度损失 最大 ， 纤维增 加沥青混凝土强度损失 幅度较小 ， 尤其是方案 3和 方案 4的强度损失较小 。这是 因为纤维加入后 ， 沥 青用量增大 ，粘附在矿料上的结构沥青膜变厚 ， 混 合料颗粒间的界面粘结强度增大 ， 同时纤维 的加入 对混合料有一定的加筋强化作用。 ( 2 ) 从冻融劈裂强度 比 T S R看 ， 纤维沥青混合 料相对于普通沥青混合料没有 明显优势 。这是 由于 在相同击实功作用下 ， 纤维沥青混合料孑 L 隙率比普 通混合料 的大 ， 经冻融循环作用后其冻胀应力作用 更大。 ( 3 ) 纤维加入后 ， 纤维 沥青混 合料的孔隙率变 大是使其冻融强度下降较多的主要原因 ，所 以， 在 施工 中纤维沥青混合料的压实遍数要 比普通混合 料更多 ， 以保证纤维沥青混合料空隙率减小 3结 论 ( 1 ) 与普通 沥青混合料相 比 ， 纤维 的加入使 得 混合料 的马歇尔残 留稳定度均有 不同程度 的提高 —． 45— ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 7 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 3期 ( 从 8 8 ％提高到 9 2 ％以上 ) 。不同类型的纤维 ， 提高 程度略有不 同，聚酯纤维稍逊于聚丙烯腈纤维 ， 而 聚丙烯腈纤维又弱于混合纤维 ， 但不 同纤维配方 间 效果相差并不显著。 ( 2 ) 在标准试验条件下 ， 经过冻融循环 ， 沥青混 合料的劈裂强度均 下降到正常值 的 8 6 ％- 8 8 ％， 其 中 ， 无纤维 沥青 混凝 土强度损 失最大 ， 纤维增加 沥 青混凝土强度损失幅度较小 ， 聚丙烯腈纤维及其与 聚酯纤维混合纤维方案强度损失最小。 参考文献 ： 【 1 】 J T J 0 5 2 — 2 0 0 0 ． 公路 工程 沥青及 沥青 混合 料试验 规程【 S 】 ． 人 民交通出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 】 J T G F 4 0 - 2 0 0 4 ． 公路沥青 路面施工技 术规范【 S 】 ． 人 民交 通 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] J T G E 4 2 - 2 0 0 4 ． 公路 工程集料试 验规程【 S 】 ． 人 民交通 出版 社 ， 2 0 o 4 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 1 — 0 4 — 2 6 作者简介 ： 常传 ~( 1 9 6 3 - ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 郑州市建设 西路 1 0 0号 联 系电话 ： 1 3 3 0 3 8 1 3 5 5 3 。 O 3 7 1 — 6 7 8 6 9 6 9 5 E- ma i l ： C h a n g c h u a n l i @y e a h． n e t sk 夸 kr 专k 夸 童 — 窜 宣kr 专kr 宣 kr 专 r - = Y ~ r， 窜 ， 奎 - = ~ e r 窜妇 ， 9 - } r 妊 毫； e r 逝 窜 逝 ’ 窜 r ’ 牵 ’ - ．a t e I 奎 业 四川省自贡市佳世特密封制品有限公司 本公 司是 国内最大 、 最专业 生产管道橡 胶密封 圈的厂家之一 ， 产 品销往 全国各地并 随管道 出 口东亚 、 东 南亚 、 中亚 、 中东 、 欧洲 、 美 国等地 ， 年 生产 能力可 达 3 0 0 0吨。 本公 司拥有 目前 国 内最大型 ， 最专业的生产设备 ， 技术力量雄厚 ， 检测手段齐备 ， 通过 了 I S 0 9 0 0 1 ： 2 0 0 0国 际质量 管理 体系认证 ( 含设计 ) 。本公 司生产的优质 、 高弹管道用密封圈 ， 经国家权 威机构检测 ， 其寿命 可达 7 9 年 ， 开创 了国内同类 产品寿命测试 的先河 ， 处于国 内管道用橡胶密封圈产品的领先地位 。 主要产品 ： ● P C C P钢筒管用密封圈 ●自应力与 预应力输水管用密封 圈 ● 钢承 口企 口管用 密封圈 ● F型顶 管用密封 圈 ● 滚 射机胶 轮 ● 玻璃 钢管用密封 圈 ● 球 墨铸铁管用密封圈 ●塑料管用密封圈 ● 截 面形状 ： O形 、 楔形 、 T形 、 A形 、 K形 管 遁 密 封 圈 郑重承诺 ： 同棘的价趋、 质一更好 ； 同赶徊生产周期、 供赁更快 ； 同枉硇产品 ， 服务更专业。 销售热线 ： 0 8 1 3 — 5 8 0 4 6 6 3 5 8 0 1 9 5 0 5 8 0 3 1 4 9 1 3 9 8 0 2 2 3 7 1 6 1 3 0 3 8 1 0 9 6 8 5 成都公司 电话 ： 1 3 8 8 1 7 0 9 5 2 1 传 真 ： 0 8 1 3 — 5 8 0 1 9 5 0 售后服务 ： 1 3 9 8 0 2 2 3 7 1 6 网址： h t t p ： w w w． j u s t mf ． o n 企业邮箱： o ff i c e @j u s t m f ． c a 地址 ： 四川省 自贡市大安 区凉高 山街黄桷湾七 组 —— 4 6 — ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m