纵坡路段聚酯纤维沥青混凝土高温性能研究难点.doc

纵坡路段聚酯纤维沥青混凝土高温性能研究Longitudinal slope section of high temperature properties of polyester fiber asphalt concrete高福权,黑龙江省公路勘察设计院 第二作者，赵凯，中国市政工程东北设计研究总院摘要:通过聚酯纤维沥青混凝土在纵坡路段中的应用，总结介绍聚酯纤维材料在改善和提高沥青混凝土面层的高温性能方面的作用。关键词: 聚酯纤维沥青混凝土 纵坡路段 高温性能 Abstract：Through the polyester fiber asphalt concrete in the application of longitudinal slope section, the paper introduced the polyester fiber materials on improving high temperature performance of asphalt concrete surface layer role.Keywords：Polyester fiber rein-forced asphalt concrete Longitudinal Slope High temperature performance沥青路面在高温下往往劲度下降迅速，使路面抗剪能力不足，导致矿料在外力作用下产生滑移与位错，使混合料进一步压密，细集料相对集中并产生剪切破坏，形成高温变形，如推移、拥包、搓板和车辙等。尤其在道路的纵坡路段，此类高温变形更易发生，这主要与较大的水平荷载作用下抗剪强度相对不足有关。随着交通渠化和轴载加重，高等级沥青路面中主要发生的高温病害多以车辙为主。一、车辙的分类和形成车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生的竖直方向永久变形的积累。此车辙变形可分成三类：一是结构型车辙，即在行车荷载反复作用下进一步压实产生的，如沥青面层自身及其下卧层的压实后传递到面层后产生的，又称压实型变形；二是磨耗型车辙，这是因面层结构材料在轮载和自然因素影响下的磨损形成的；三是失稳型车辙，这是目前讨论的重点，它是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，材料的侧向流动产生的横向变形。一般认为，现代多数沥青路面修筑在半刚性基层上，且施工中对压实度要求较高，结构型车辙一般很小，而在带有防滑链或突钉轮胎的车辆很少的地方磨耗型车辙产生机率也较小，故目前讨论最多的是失稳型车辙，即是指高温下因失稳而产生的车辙。车辙的形成主要由以下三个过程：1.由于沥青路面因施工碾压不充分，在轮载作用下将进一步被压实，这是压密过程。2.在高温下沥青变软，沥青劲度进一步下降，则沥青对网络骨架的约束减小，使得矿质骨架的稳定性下降，从而产生失稳破坏，导致混合料产生重新组合与分布，引起沥青及沥青胶（砂）浆的自由流动，在受载处出现压缩和侧向错位而形成槽辙，这是混合料产生自由流动的过程。3.若沥青的软化在矿料间产生滑移作用，矿料将在荷载作用下沿矿料接触面处产生滑动和挤压，最终导致骨架作用的丧失和部分骨料的破碎，这是引起矿料的重分布和矿质骨架的破坏过程，这样就使槽辙变形得以产生。本文中以室内车辙试验测试的动稳定度和变形速率来表征聚酯纤维沥青混合料的高温性能。2、聚酯纤维沥青混合料车辙试验 车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的方法，通过板块状试件与车轮之间的往复相对运动，使试块在车轮的重复荷载作用下，产生压缩、剪切、推移和流动，从而产生车辙。车辙试验是将沥青混合料在专门的轮辙成型机上成型尺寸30cm30cm5cm的试件，重约l0kg。轮压成型的线压力为0.3KN/cm，轮压12个往返使混合料达到马歇尔密度的100%。试验轮直径为200mm，轮宽50mm，实心橡胶轮厚15 mm，橡胶轮的硬度有一定要求。橡胶轮在混合料试件上行走的距离为（230士10） mm，行走速度为42次/分钟。橡胶轮的接地压力为0.7MPa。试验温度为60 轮辙试验的结果将得到轮辙变形随时间变化的曲线，由于轮辙试验开始时机械装置需要调整过程，会有虚假变形，故一般不以试件的总变形（车辙）来评价混合料的抗车辙性能，而以变形趋于稳定的45min至60min这一段时间的轮辙变形计算混合料的抗永久变形能力，以动稳定度DS表示： DS= C1 C2 （4-5）式中：C1轮辙试验机类型系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0；链驱动试验轮的等速方式为1.5；C2试件系数，试验室制备的宽30cm的试件为1.0；从路面现场切割的宽为15cm的试件为0.8；D45, D60分别为45min和60min时的轮辙变形量，（mm）； 为讨论纤维用量对沥青混合料高温稳定性的影响，研究中分别采用了四种纤维用量：0、0.25%、0.35%、0.45%，通过车辙试验，将不同纤维用量下的高温性能相比较，其试验结果如表1-1和图1-1，图1-2，图1-3所示。表1-1聚酯纤维沥青混合料车辙试验结果纤维用量（%）051015304560动稳定度（次/mm）变形速率（mm/min）00.002.83.684.074.805.726.508080.0520.250.002.743.443.984.585.406.138630.0490.350.002.523.043.404.194.815.459840.0430.450.002.362.783.313.974.545.219400.045 图1-1 车辙变形曲线 图12纤维用量与动稳定度关系曲线a）无纤维沥青混合料车辙图像 b）0.35%聚酯纤维沥青混合料图像 图1-3无纤维沥青混合料车辙图像与0.35%聚酯纤维沥青混合料图像从试验结果分析看：1. 从图1-1所示的时间变形曲线中可见，在试验轮碾压初期变形发展趋势基本相同，均是一个压密的过程，而随着碾压进一步深入，其变形增长趋势发生变化，加纤维的变形速率比不加纤维的要小。这表明纤维的加入有效阻碍了高温变形的增加。2. 从图1-2还可看出，适量纤维加入后，动稳定度得到了提高，对级配AC- 16I而言，可提高20%以上。这表明纤维可以有效改善沥青混合料的高温稳定性，降低沥青混合料的温度敏感性。3. 纤维加入后，纤维用量不大时，其分散性较好，与沥青结合性能强，通过纤维的加筋作用和对沥青的稳定作用，使混合料高温性能得到提高，但因为其纤维用量小，对混合料的加筋和对沥青稳定作用也较小，对动稳定度改善幅度不大。纤维用量进一步增加后，其高温性能进一步增强，并有一最大值。由混合料的纤维用量动稳定度曲线图4-2的峰值看，纤维对混合料高温性能改善作用有一最佳用量，此时纤维对沥青的稳定作用和对混合料的加筋作用达到最佳。当纤维用量超过最佳用量时，动稳定度出现缓慢下降。这是由于纤维用量过大，纤维分散均匀性下降。只有分散开的纤维才对沥青混合料起稳定和加筋作用，反过来那部分没分散的纤维结团成束后，成为混合料的“瑕点”，使较大的矿料颗粒被挤开，混合料高温性能则出现缓慢下降。纤维对沥青混合料高温性能的改善是从以下三个方面起作用的：1.纤维对沥青的稳定作用。由网篮析出试验中发现沥青从纤维表面滴落时最少要在130以上高温，而车辙试验温度只有60 ，纤维表面的沥青得到了稳固，故在高温下纤维阻碍了沥青的软化，使沥青变稠，沥青劲度下降幅度减小；2.纤维的加筋和桥接作用。由于这种相互搭接形成纤维沥青砂浆网络，有效增强了对矿质骨架的约束，从而增加了骨架的稳定性，同时延缓了沥青与胶浆的滑移，聚酯纤维抗车辙性能好，恰恰与其较强的加筋和桥接作用有关；3.纤维的应力分散与均衡作用，阻止或减小了矿料间的相对滑移。均匀分布的纤维通过“桥接”和“加筋”作用可使路面上传递的荷载及时地分散到矿质骨架和沥青胶砂中，不会引起矿料沿其接触面滑移，或减小了这种滑移时的趋势。本文首先讨论了车辙的形成和分类，最后通过试验表明聚酯纤维沥青混凝土可以明显改善沥青混凝土高温稳定性。同时，在纵坡路段聚酯纤维对改善沥青混凝土高温稳定性有着重要的作用。 参考文献1、赵渠森 先进复合材料手册 化学工业出版社 2003 ：8692、陈华鑫 纤维沥青混凝土路面研究 长安大学硕士论文2002年3月3、中华人民共和国行业标准，公路沥青路面施工技术