玻璃纤维增强浇筑式沥青混凝土性能试验研究.pdf

公路 交通技 术2 0 1 2年 1 0月 第 5期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t 2 0 1 2 N o 5 玻璃纤维增强浇筑式 沥青混凝 土性能试验研究 何 静 ， 殷红梅 ， 刘国强 ( 1 重庆市交通委 员会 基本 建设工程质量与安全监督站 ， 重庆4 0 0 0 6 0； 2 重庆重交建筑工程质量检测有 限公 司 ， 重庆4 0 1 1 2 2 ； 3 重庆建工涪南高速公路有限公司， 重庆4 0 1 1 2 2 ) 摘要： 针对浇筑式沥青混凝土高温稳定性相对较弱的缺点， 将不同长度的玻璃纤维按不同掺量添加到浇筑式沥青 混凝土中进行试验 ， 以确定玻璃纤维的种类和最佳掺量。试验结果表明， 玻璃纤维增强浇筑式沥青混凝土复合材料 流动性能 满足施 工要 求 ， 高温性 能得 到改善 ， 且低 温性 能得 到较 大提 升。 关键词： 玻璃纤维； 浇筑式沥青混凝土； 高温稳定性 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 2 ) o s 一 0 0 3 7 0 4 中图分类号 ： U 4 1 6 2 1 7 文献标识码 ： B Ex p e r i me n t a l Re s e a r c h o n P e r f o r ma n c e o f G la s s F i b e r Re i n f o r c e d Ca s t i n g As p h a l t Co n c r e t e HE J i n g ，YI N Ho n g me i ，L I U G u o q i a n g 浇筑 式 沥青 混 凝 土 ( G u s s A s p h a l t ， G A) 技 术 1 9 1 7年起源于德 国。G A具 有流动性 ， 一般无需碾 压 ， 简单摊铺 整平 即可完成施工 1 1 。G A沥青用量 高( 7 一1 0 ) ， 矿质集料中矿粉含量高( 1 0 3 0 ) ， 同时拌和温度很高( 2 2 0 2 4 0 ) ， 拌和时间 较长 ( 23 ra i n ) ， 在运输 过程 中需要搅拌 。因此 ， G A具有 矿粉 含量 高 、 沥青含 量 高、 拌 和 温度高 的 “ 三高” 特点 。 由于 G A属于悬浮 密实结 构 ， 集料悬 浮在沥青 和矿粉组成的胶浆中 ， 混合 料强度 主要靠沥青胶浆 的粘结能力形成 ， 与普通沥青混合料差别较 大。按 照国内现行沥青混合料规范中的车辙动稳定度试验 方法测试 ， G A试验得出的结 果往往非常低 。通 常， G A的车辙动稳定度约在 9 0 0次 ra m， 而采用基质沥 青的 AC 一 1 3结构却能够达到约 2 0 0 0次 m m， 采用 改性沥青的混合料 能够 达到 6 0 0 0次 mm， 环 氧沥 青混凝土的动稳定度甚至能达到 2万次 m m_ 3 J 。因 此 ， 普遍认为 G A的高温抗车辙能力相对较弱 J ， 特 别是 G A铺装在江阴大桥上应用失败 ， 使得 G A在国 内备受质疑 ， 致 使工程技术人员往往偏向选择 动稳 定度高的材料 ， 这非常不利于 G A的应用和发展 。 目前， 在普通沥青混凝土中添加纤维以改善沥 青混合料路用性能是国内外常见的做法 。笔者拟 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 3 2 2 作者简介 ： 何静 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 四川省达州市人 ， 硕士 ， 工程师 以 G A为基体 ， 以玻璃纤维为增强体进行试验研究 ， 目的是使 2种材料在性能上互相取长补短 ， 产生协 同效应 ， 使其综合性能优于普通的 G A， 满足沥青混 凝土高温性能的要求 。 1 原材料 1 1 沥青 G A中的沥青胶结料对混合料高温性能有非常 重要的影响。本研究采用湖沥青和苯 乙烯一 丁二烯 一 苯乙烯复合改性沥青 ， 其性能指标见表 1 。 表 1 湖沥青和苯 乙烯一 丁二烯一 苯乙烯复合改性沥青性能指标 试验项 目 湖沥青复合改性沥青 针入度( 1 0 0 g ， 5 S ， 2 5 c c) 0 1 l l -l m 延度 ( 5 c m m i n ， 5 ) c m 软 化点( R & B) 4 3 9 O 1 5 6 3 95 2 0 1 2 集料 由于 G A的成型机理与沥青玛蹄脂碎石 ( S MA) 等混合料不一样 ， 其 高温稳定性主要依赖于胶泥的 性能和集料的嵌挤 ， 因此对集料的要求不像 S MA那 样严格。考虑桥面 结构和重 载对温度 稳定性 的要 求 ， 粗细集料全部采用江苏茅迪生产的玄武岩 。集 料筛分结果见表2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 2正 1 3 填料 G A中， 矿粉用量很 大 ， 通常 为沥青 的 2 54 倍。矿粉在 G A中的作用至关重要 ， 沥青 吸附在矿 粉表面形成薄膜 ， 从而形成胶泥 ， 胶泥的性能直接影 响 G A的性能。本研究选用重庆本地 的石灰石矿粉 作为填料 ， 其筛分结果见表 3 。 1 4 普 通 GA 本试验拟采用级配 G A 1 0进行研究， 其级配范 围见表 4 。 表 2 玄武岩 集料 筛分 结果 集料规格 通过下列筛孔( m m) 的质量百分率 mm 9 5 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 4 759 5 1 0 0 0 0 1 01 O 1 0 1 0 1 0 1 0 1 2 3 64 7 5 1 00 0 1 0 0 0 2 7 9 2 0 0 8 0 2 0 2 0 2 0 62 3 6 1 0o 0 1 0 0 0 9 9 9 43 1 11 4 0 8 0 3 0 2 0 60 0 75 1 0 0 0 l 00 ( )l 0 o 0 9 9 8 9 9 5 8 7 6 5 8 3 1 6 7 通过各筛孔的质量百分率 筛孔尺寸 mm 配合比 下限 上限 通过油石 比设计 ， 得 出采用湖沥青和苯乙烯 一 丁二烯一 苯 乙烯复合改性沥青 的 G A最佳油石 比为 7 8 ， 其性能指标见表 5 。 1 5 玻璃纤维 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料 ， 种类繁 多， 其优点是绝缘性好 、 耐热性强 、 抗腐蚀性 好 、 机械强度高 ， 缺点是性脆 、 耐磨性较差 。玻璃纤 维随直径变小其强度增高。本研究采用 E型玻璃 纤维 ， 选取小于 1 7 、 6 、 1 2 、 1 7 mm 4种不同长度纤维 进行试验， 其基本性能见表6 。 玻璃纤维的材质决定其 自身很耐高温 ， 其成型 温度( 即熔点 ) 通常在 1 1 0 01 3 0 0 c c左右 ， 具有 良 好 的耐温性能。由于 G A拌 和温度在 2 4 0 左右 ， 石料拌和温度甚至达到 3 0 0， 故玻璃纤维加入到 G A中， 需考虑高温对玻璃纤维的影响。将上述 4种 纤维放置在 2 4 0的烘箱内加热 5 h后取出 ， 发现 仅颜色变深 ， 玻璃纤维的韧性仍然非常好 ， 用手弯曲 后能够很快恢复原状 ， 未出现变脆现象 。 2 试验 研 究 2 1 玻璃纤维最佳掺量 G A中掺入玻璃纤维后 ， 其流动性会受到一定影 响。从理论上分析 ， 较短 的纤维相对较长 的纤维来 说 ， 纤维间相互缠绕的可能性较小 ， 对流动性的影响 也会稍弱， 因此本研究采用较短的纤维进行试验 。 本研究选取长度小 于 1 7 m m 的玻璃 纤维 ， 在 级配相 同( G A1 0 ) 、 油石 比相 同( 7 8 ) 、 拌 和温度 相 同( 2 4 0) 的条件下 ， 掺入量 为沥青混合料总质 量的 0 2 、 0 3 5 、 0 5 、 1 和 2 ， 通过流动性 、 贯入度及一 1 0低温弯曲试验来确定玻璃纤维的最 佳掺量。不同玻璃纤维掺量条件下 G A性能见表 7 ， 玻璃纤维掺量与贯入度 、 贯入度增量 、 流动性 及一 1 0 q C 低温应变的关系分别见图 1 4 。 表5 GA1 0普通浇筑式沥青混凝土性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 何静 ， 等 ： 玻璃纤维增强浇筑式沥青混凝土性能试验研 究 3 9 吕 罟 血 昌 岂 粗 船： 媛 纤维掺量， 图 1 玻璃纤维 掺量 与贯入度的关系 纤维掺量， 图 2 玻璃纤维掺 量与贯 人度增 量的关 系 纤维掺量 图 3 玻璃纤维掺量与 流动性 的关 系 i 赠 髦 纤维掺量， 图 4 玻璃纤 维掺量 与一 l 0 c c 低温应变的关系 分析表 7和图 1 4， 对 G A性能作如下总结。 1 )流动性 ： 玻璃纤维会影 响 G A的流动性 ， 特 别是掺量超过 1 后 ， 其流动性降低很快 ； 但玻璃纤 维掺量在 0 5 和 0 5 以下时 ， 对 G A的流动性影 响不大， 说明只要合理控制玻璃纤维掺量， 便可达到 增强浇筑式沥青混凝土性能的目的。 2 )贯入度 ： G A贯入度 与纤维掺量的增加成反 比， 说明玻璃纤维掺入到 G A后会增加其高温性能。 3 )低温性 能 ： 随着 玻璃 纤维 掺量 的增加 ， 在 0 5 掺量附近 ， G A低温弯拉应变从 7 5 0 0 增加 到 9 5 0 0 8 ， 有一个最佳值 ； 随着玻璃纤维掺量进一 步增加 ， 低温应变逐渐降低 ， 说 明玻璃纤维对 G A低 温效 果 增 加 非 常 明 显 ， 低 温 性 能 最 佳 掺 量 为 0 3 5 。在玻纤掺量为 1 0 时， G A抗弯强度 同样 有个最高值 ， 随着玻璃纤维掺量进一步增加， 抗弯强 度也变小 。 综合考虑 G A技术指标 的有关要求 ， 认 为玻璃 纤维掺量 占混合料总重 的 0 5 1 0 比较合适 ， 经过筛选 ， 确定试验采用 0 8 的玻璃纤维用量。 2 2玻璃纤维长度优选 为了确定不 同长度玻璃纤维掺人 到 G A中后 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 2丘 对其高温抗车辙性能和流动性产生的影响 ， 本文采 用 4种长度 的玻璃纤维 ( 长度 分别 小于 1 7 、 6 、 1 2、 1 7 mm) ， 掺量为 G A总重的 0 8 ， 进行流动性试验 和贯人度试验 ， 试验结果如表 8所示 。 表 8 不同长度玻璃纤维增强 GA基本性能 由表 8可知 ， 添加 4种长 度的玻璃 纤维后 ， G A 流动性均在 2 0 s内， 贯入度在 14 m m内 ， 贯入度 增量不大于 0 4 r n m， 满足施工要求 ； 动稳定度相对 未添加玻璃纤维 的 G A而言 ， 提升幅度较大 ， 长度小 于 1 7 m i l l 的玻璃纤维动稳定度改善 幅度较 大 ， 超 过 2 0 0 ， 且其流动性影响最小。经过 比选 ， 一 1 0 q C 低温小梁弯曲试验采用长度小于 1 7 m m的玻璃纤 维 ， 掺量为 0 8 ， 试验结果如表 9所示 。 表 9 玻璃 纤维 ( 长度小于 1 7 n i l n) 增强浇筑式 沥青混凝土低温性能 试件类型 挠度 最大力抗弯强度 抗弯应变劲度模量 由表 9可知 ， 掺入长度小 于 1 7 m il l 的玻璃纤 维后的 G A， 其抗弯应变 比未掺入玻璃纤维的试件增 加了约 2 0 0 0 I x e ， 约增加了 3 0 ； 抗弯强度从 1 1 6 MP a 增加到了 1 3 7 M P a ， 约增 加了 1 8 ， 这充分说 明玻璃纤维能够显著增加 G A的抗低温变形能力。 3结论 本文对玻璃纤 维增 强 G A复 合材料进 行 了研 究 ， 得到如下结论 。 1 )玻璃纤维掺入到 G A中， 会 因为温度过高而 产生性能衰减。 2 )玻璃纤维掺人到 G A后 ， 随着掺量的不断增 加 ， 流动性影响较小 ， 贯入度与纤维掺量的增加成反 比， 低温性能呈现先增长后下降的趋势 。综合考虑 施工 和性 能 要 求 ， 认 为 玻 璃 纤 维 的 最 佳 掺 量 为 0 8 。 3 )不同长度 的玻璃纤 维对 G A的施工性 能影 响较小 ， 通过对 比研究 ， 长度小于 1 7i 1 1 1 的玻璃纤 维能显著改善 G A的高温性能和低温性能。 参 考 文 献 1 王民， 张华 浇筑式沥青混凝土铺装技术应用 与 发展 J 交通企业管理， 2 0 0 9 ( 1 O ) ： 4 2 4 4 2 薛昕， 王 民， 张华 ， 等 浇筑式沥青混凝士在桥 面铺 装中的应用与发展现状 J 公 路交通 技术 ， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 9 9 1 0 0 3 黄刚， 石飞， 向兵岩沥青改性沥青混合料路用 性能评价 J 西部交通科技 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 2 6 2 9 4 吕继学， 景秀英 浇筑式沥青混凝土的路用性能研究 J ， 山西建筑， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 3 1 ) ： 1 7 9 1 8 0 ， 5 曲艺， 于 丹 玻璃纤维改性沥青混凝土的施工工 艺研究 J 交通科技 ， 2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 3 3 3 4 6 沈秀华 ， 张 锋 浇注式沥青混凝土在高架桥桥面铺 装工 程中的应用 J 公路交通技术 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 5 2 5 5 7 陈雄飞 钢桥面浇注式沥青结合料比选正交试验分析 J 现代 交通技术 ， 2 0 0 7， 4 ( 5 ) ： 4 0 4 2 8 重庆交通科研设计院 公路钢箱梁桥面铺装设计与施 工技术指南 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m