聚酯纤维掺量对高RAP掺量热再生混合料路用性能的影响

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公路工程V01．40．No．2第40卷，第2期2015年4月HighwayEngineeringApr．，2015聚酯纤维掺量对高RAP掺量热再生混合料路用性能的影响张世武f(石家庄市排水总公司八公司，河北石家庄050000)[摘要]为了弥补高RAP掺量热再生混合料低温抗裂性差，水稳定性不足这两项技术缺陷，提出掺加聚酯纤维方案，并分别对不同聚酯纤维掺量下热再生混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和疲劳性能进行了对比研究。结果表明：聚酯纤维的掺加可显著改善高RAP掺量热再生混合料的低温抗裂性、水稳定性以及疲劳性能，考虑到聚酯纤维掺量对热再生混合料综合路用性能以及工程的经济性的影响，推荐聚酯纤维的合理从掺量为2～3‰。【关键词】道路工程；热再生混合料；聚酯纤维；路用性能[中图分类号]U414．1[文献标识码]A[文章编号】1674-0610(2015)02—0295～04TheInfluenceofPolyesterFiberContentonRoadPerformanceofHighRAPDosageHotRecycledMixtureZHANGShiwu(HebeiShijiazhuangeightDrainageCorporation，Shijiazhuang，Hebei050000，China)[Abstract]Inordertomakeupthelowtemperaturecrackresistanceofhotrecycledmixtureispoorandwaterstabilityisinsufficient，thisarticleproposesaddingpolyesterfiberImprovementmethod，andcomparedthehightemperaturestability，lowtemperaturecrackingresistance，waterstabilityandfatiguepropertiesofhotrecycledmixtureunderdifferentPolyesterfibercontent．Theresultsshowedthat：addingpolyesterfibercansignificantlyimprovethelow—temperaturecrackresistance，waterstabilityandfatigueperformanceofhighRAPdosagehotrecycledmixture．TakingintoaccounttheinfluenceofPolyesterfibercontentonroadperformanceandProjectEconomy，recommendedReasonabledosageofpolyesterfiberis2—3‰．[Keywords]roadengineering；hotrecycledmixture；polyesterfiber；roadperformance随着国家政策对环境保护的要求越来越高，旧生混合料推广应用现状来看，厂拌热再生混合料仍路面材料的再生利用问题得到了广泛重视和关注，然存在RAP回收利用率低(实体工程中RAP掺量国家提倡构建节约型社会，以及高速公路里程的不不超过30％)，高RAP掺量热再生混合料的水稳定断增加和大量高速公路进入养护维修期，利用再生性和低温抗裂性普遍不满足规范要求，这在一定程混合料修筑再生沥青路面RAP作为一种再生利用度上制约了热再生混合料在我国的推广和应有限资源、保护生态环境、保持公路交通可持续发展用。本文将研究不同聚酯纤维掺量下热再生混的有效途径，成为我国沥青路面养护维修中的研究合料路用性能的变化规律，以期更好改善热再生混热点问题之一¨。铺筑的实体热再生沥青路面合料的综合路用性能，提高再生混合料的RAP掺工程表明，使用热再生混合料可减少工程造价20％量。～30％，同时减少能源消耗以及温室气体排放量、减1原材料性能及配比少公路建设所需的石料开采，保护环境，促进我国公路建设的可持续发展等。但目前，从实体国内热再RAP(RecycledAsphaltPavement)采用陕西某高【收稿日期]2014—12—19[作者简介]张世武(1973一)，男，山西平陆人。高级工程师，研究领域：道路排水工程管理工作。 296公路工程4O卷速公路沥青路面铣刨料，相比新集料，RAP材料受表3AC-16热再生混合料的合成级配Table3AC一16hotrecyclemixturesyntheticgradation到车辆荷载的冲击碾压作用，其力学性能有所下降，RAP材料中沥青材料受到了一定程度的老化。按照《公路沥青路面再生技术规范》RAP相关技术要求对其进行检测，结果见表1，表2。室内试验发现，RAP掺量较大时，仅采用高标号沥青调和再生RAP中的老化沥青通常达不到理想的再生效果，高RAP掺量热再生混合料拌合时需添加适当比例的再生剂。本文选用实体工程中采用的再生剂，其掺量为沥青质量的4％。本文在试验研究过程中粗集料选用玄武岩碎石，细集料采用机制砂，矿粉由石灰岩磨制而成，经检测集料各项技术指标均满足规范要求。考虑到聚酯纤维对沥青混合料低温性能有显著的改2．3确定新旧集料预热温度善作用l9，为改善热再生混合料低温抗裂性缺不同于新集料，RAP表面包裹了一层沥青胶陷，本文选用聚酯纤维，其掺量分别为1％、2％、浆，初选110℃、120℃、130oC、140℃进行拌合试3％、4％’验，试验中发现，RAP预热温度超过130oC后，极易表1RAP试验检测结果出现熔融甚至沥青流淌现象，拌合过程中RAP结块TablelRAPtestresults现象较为严重，导致拌和不均匀。为减少新集料的预热温度，减少RAP中沥青二次老化，同时确保热再生混合料拌合均匀，本文推荐热再生混合料适宜的RAP预热温度为110—120oC，以拌和温度165cI=为控制目标，最终确定新集料的预热温度为表2RAP筛分结果汇总210cI二。Table2RAPscreeningresultssummary2．4确定最佳沥青用量尺寸／mmRAP筛余／％尺寸／mmRAP筛余／％试验时变化聚酯纤维掺量为1％o、2％o、3％0、4％ol9l0o1．1824．1(占集料质量百分比)，试验中聚酯纤维的掺加方式l698．3O。617．5l388．70．312．6采用“干法”工艺，先将聚酯纤维和集料(RAP+新9．574．5O，15lO．9集料)干拌120s，使其在矿料中分散均匀，然后再加4．7548．70．0759．42．3632．3入基质沥青，拌合90s，最后加入矿粉，拌合90s，总拌合时间为5rain。按照JTGF41—2008热再生混合2混合料配合比设计料配合比设计流程确定最佳沥青用量，不同聚酯纤2．1确定工程级配范围及RAP掺量维掺量的热再生混合料马歇尔试验结果见表4。根据RAP筛分结果，本文选择AC一16热拌沥表4不同聚酯纤维掺量热再生混合料马歇尔试验结果Table4Marshalltestresultsofhotrecycledmixtureunder青混合料级配，初步确定RAP掺量为60％，混合料differentpolyesterfibercontent合成级配见表3。聚酯纤维OAC／VV／VMA／VFA／MS／FL／2．2确定新沥青标号掺量／％％％％kNO4．354．O814．3471．68．93．2l参考已有研究成果’，采用公式lgPi=14．444．2Ol4．4572．3lO．13．25algP+(1一口)lgPold来确定新沥青标号，再生料24．584．2714．5773．4lO．83．O534．764．3314．7273．6l1．13．12中沥青的针入度P0ld为32．4(0．1ram)，新沥青占总44．854．3614．8574．5ll_33．17沥青的的比例a取0．5，再生剂掺量为4％，经室内针入度试验验证，采用90号基质沥青可满足目标混由表4试验结果可知：掺加聚酯纤维后，热再生合料中胶结料的针入度P等于70(0．1mm)的要混合料的最佳沥青用量增大，且进一步增大聚酯纤求。维掺量，热再生混合料最佳沥青用量有增大趋势，这 第2期张世武：聚酯纤维掺量对高RAP掺量热再生混合料路用性能的影响297主要与聚酯纤维的吸油特性有关。相比普通热再生3．2低温抗裂性试验混合料，随着聚酯纤维掺量的增加马歇尔试件空隙低温开裂是沥青混凝土路面主要的破坏形式之率、马歇尔稳定度均有增大趋势，总体而言，在最佳一，严重影响了道路的使用寿命和行驶质量。按照沥青含量情况下，聚酯纤维改性热再生混合料各项JTGE20—2011中的要求成型车辙板，切割为30体积指标和力学指标均满足规范的要求·”。mm×35mm×250mm的小梁试件，试验前将试件放在恒温环境箱中在一10cI：下保温6h，试验时采3路用性能用单点加载方式，支点间距200mm，加载速率为503．1高温稳定性试验ram／rain¨，记录破坏荷载和破坏应变，以破坏应变按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》指标来评价热再生混合料的低温抗裂性能，试验结(JTGE20—20l1)中的要求，分别对不同橡胶粉掺果见表6。量的热再生混合料料进行车辙试验，验证各种混合表6不同聚酯纤维掺量热再生混合料低温小梁弯曲试验结果料的高温性能。成型300mm×300mm×50mm的Table6Lowtemperaturetrabeeularbendtestresultsofhot标准车辙板试件，在60℃的恒温烘箱中保温6h，轮recycledmixtureunderdifferentPolyesterfibercon—tent压为0．7MPa，行走速度为为42次／rain。车辙试验结果见表5。表5车辙试验结果Table5Ruttingtestresults由表6试验结果可知：①60％RAP掺量下AC—l6热再生混合料的最大弯拉应变为I878．42e，达不到我国《公路沥青路面施工技术规范》气候车辙试验结果可知：①60％RAP掺量下的AC分区内低温分区弯拉应变>20008的最低要求，一16热再生混合料车辙试验动稳定度可达3017低温抗裂性不足严重限制了高RAP掺量热再生混次／mm，可见其具有优良的抗车辙性能；②适宜的合料在全国的推广应用；②掺加聚酯纤维可显著改聚酯纤维掺量可提高热再生混合料的抗永久变形能善厂拌热再生混合料的低温抗裂性，且热再生混合力，随着聚酯纤维掺量的增加，热再生混合料车辙试料弯拉应变随着聚酯纤维掺量的增加呈先增大后减验动稳定度呈先增大后减小的变化趋势，当聚酯纤小的变化趋势，聚酯纤维掺量在2％0—3％0时弯拉应维掺量在2％0—3％0时车辙试验60min变形量达到变出现峰值，其中掺加2％0聚酯纤维可以使热再生最小值，动稳定度出现峰值，分析其原因，掺加纤维混合料的最大弯拉应变由1878．428增大到后，由于其较大的比表面积，为沥青混合料提供了有2773．47e，增大了47．6％，可见聚酯纤维对热再利的浸润界面。同时在纤维与沥青问产生的物理与生混合料的低温性能有显著的改善作用，掺加聚酯化学吸附、扩散与键合的作用下，结构沥青比重增纤维可以使热再生混合料的低温弯拉应变满足我国大，纤维沥青相与集料之间的界面效应增强，混合料气候分区内沥青混合料低温弯曲试验破坏应变的技整体性提高；③对于AC16—60％RAP热再生混术要求，如3％0聚酯纤维掺量下的AC16—60％RAP合料，掺加2％0聚酯纤维后DS由3017次／mm增加热再生混合料最大弯拉应变可满足我国气候分区内到3732次／mm，增加了23．7％，可见掺加聚酯纤维冬寒区、冬温区最大弯拉应变大于25008的要会对热再生混合料的抗永久变形能力有显著的改善求，可见，相比普通热再生混合料，掺加聚酯纤维可作用。分析其原因，纤维分散在沥青中，使沥青胶浆弥补其低温抗裂性能不足这一技术缺。的空间结构发生了很大的变化。纤维格栅的生成，3．3水稳定性试验增加了沥青胶浆在特定温度下流动而产生内摩阻采用冻融劈裂试验评价热再生混合料的水稳定力，使得沥青胶浆的粘度增大，此外纤维的加筋作用性，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》使热再生混合料整体稳定性提高，混合料抗剪切性(JTGE20—2011)的要求用击实法成型马歇尔试件能增强。(正反50次／面)，分成两组：一组放置在25℃水浴 298公路工程40卷中保温至少2h测其劈裂强度，另一组先在25℃水表7不同聚酯纤维掺量热再生混合料疲劳试验拟合方程Table7Fatiguetestfittingequationofhotrecycledmixture中0．09MPa真空压力下饱水15min，常压下浸泡underdiferentpolyesterfibercontent30min，之后放入一18℃的环境箱中冷冻16h，再放入60℃恒温水浴中保温24h，最后放人25℃水浴中浸泡2．5h后测其劈裂强度，以两组试件劈裂强度平均值的比值，也就是冻融劈裂试验强度比作为评价指标，试验结果见图1。图1不同聚酯纤维掺量热再生混合料冻融劈裂试验结果Figure1Freeze—thawsplittingtestresultsofhotrecycledmixtureunderdiferentpolyesterfibercontent由图1试验结果可知：不掺加聚酯纤维，60％RAP掺量下的热再生混合料冻融劈裂强度比勉强满足规范大于75％的要求，掺加聚酯纤维后热再生图2不同聚酯纤维掺量热再生混合料疲劳试验拟合曲线Figure2Fatiguetestfittingcurveofhotrecycledmixture混合料的冻融劈裂强度均大于82％，可见掺加聚酯underdiferentpolyesterfibercontent纤维可弥补高RAP热再生混合料水稳定性差这一由表7和图1试验结果可知：①相比热再生混技术缺陷。此外，随着聚酯纤维增大，热再生混合料合料，掺加聚酯纤维后热再生混合料疲劳曲线K值冻融劈裂强度比呈先增大后减小的二次函数关系，明显增大，n值显著减小减小，可见，聚酯纤维的掺且拟合关系良好，聚酯纤维掺量达到2‰～3％0时加可提高热再生混合料的抗疲劳性能；②掺加聚酯TSR出现峰值。}Il0O．=纤维后，热再生混合料疲劳试验双对数拟合曲线截3．4疲劳抗裂性m9975965696距值呈先增大后减小的变化趋势，n值呈先减小本文疲劳试验采用中点加载简7支6梁)弯)曲试4验后增大趋势，K值越大，疲劳曲线的线位越高，材料法，加载模式为控制应力方式，控制应力的疲劳试验的抗疲劳性能越好，n值越大，疲劳曲线越陡，表明就是在重复加载的疲劳试验过程中，保持应力不变，疲劳寿命对应力水平的变化越敏感151，乃、k值在聚以试件的疲劳断裂作为疲劳破坏的准则，达到疲劳酯纤维掺量达到2％0～3％0时达到各自最优值，此时破坏的荷载作用次数为疲劳寿命¨。试验采用按热再生混合料抗疲劳性能最好，分析聚酯纤维对热照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定再生混合料疲劳性能的改善机理，在进行弯曲疲劳轮碾法成型并切制成4cmX4em×25cm试件。疲试验时，由于沥青混合料内部存在缺陷或者材料分劳试验条件如下：布不均匀，在荷载作用下会因为应力集中而引起应加载波形和频率：10Hz连续式正弦波；变能的聚积，从而引起微裂缝的产生。在荷载的重加载方式：中点加载，有效间距20cm，应力控复作用下，裂缝会进一步扩展，使结构受力面减小，制方式；当重复作用积累到一定次数后，就会使混合料结构试验温度：l5℃；产生破坏。向混合料中掺加纤维后，当沥青混凝土应力水平：0．2、0．3、0．4、0．5应力比。内部结构产生孔隙和裂纹时，各向均匀分散在混合不同聚酯纤维掺量热再生混合料疲劳试验拟合(下转第331页)方程及拟合曲线见表7，图2。 第2期张鹏：FLAC在地基承载力评价方面的应用331(上接第298页)[参考文献】料中聚酯纤维纤维就会跨越这些孔隙和裂纹，能够[1]董晓进．橡胶粉对热再生混合料路用性能的影响[J]．公路工程，2014，39(6)，271—276．形成桥架纤维，使裂纹的扩展受到约束。纤维的这杨平．沥青路面厂拌热再生利用研究[D]．长沙：长沙理工大种咬合作用能够阻滞沥青基体裂纹的扩展，提高沥学，2005．．青混合料裂纹的自愈能力，从而提高沥青混合料的1{]]张文会．沥青路面厂拌热再生技术研究[D]．西安：长安大疲劳寿命。学。2004．赵斌．沥青混合料热再生机理及技术性能研究[D]．西安：长4结论安大学，2012．张昌波．沥青混凝土厂拌热再生技术研究[D]．西安：长安大①高RAP掺量热再生混合料具有较好的高温学，20o6．稳定性，但其水稳定性、低温抗裂性较差，本文通过NingLEE，ChaiPeiCHOU，Kuan·YuCHEN。BenefitsinEnergy参加聚酯纤维方案可较好弥补热再生混合料这两项SavingandC02ReductionbyUsingReclaimedAsphaltPavement，技术缺陷。掺加聚酯纤维可提高热再生混合料的高TRB2012Annu~Meeting，PP：1—18．温稳定性，且随着聚酯纤维掺量的增加，热再生混合[7]HaifangWen，JiangLuTimothyM．VanReken，ModelingtheEft-ectsonEnergyandCarbonDioxidefromtheUseofRecycledAs-料车辙试验动稳定度增大呈先增大后减小的变化趋phaltPavementinHotMixAsphalt，InternationalJournalofSus—势。tainableTransportation，2012，pp：1—27．②掺加聚酯纤维可显著改善厂拌热再生混合[8]Agn'esJullien，PierreMoneron，GaetanaQuaranta，Airemissionsfr—料的低温抗裂性，聚酯纤维掺量在2％o一3％o时弯拉ompavementlayerseomposedofvaryingratesofreclaimedasphalt，应变出现峰值，相比普通热再生混合料，掺加2‰聚Resources，ConservationandRecyeling47(2006)，PP：356—374．[9]陈华鑫，张争奇．纤维沥青混合料低温抗裂性能[J]．华南理酯纤维可以使热再生混合料的弯拉应变增大工大学学报，2004，23(5)，32—37．47．6％，2‰～3％o聚酯纤维掺量下的AC16—60％[10]郭乃胜，赵颖华．聚酯纤维沥青混凝土的低温抗裂性能分析RAP热再生混合料最大弯拉应变可满足我国气候[J]．沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)，2004，20(1)，23分区内冬寒区、冬温区最大弯拉应变大于25008—27．的要求。吴少鹏，薛永杰。张登峰．聚合物纤维改性沥青混凝土的研究[J]．武汉理工大学学报，2003，25(12)．34—39．③聚酯纤维的掺加，显著改善了热再生混合料[12]JTGF41～2008。公路沥青路面再生技术规范[S]．的抗疲劳性能，疲劳试验双对数拟合曲线n、k值在[13]JTGF40—2004，公路沥青路面施工技术规范【S]．聚酯纤维掺量达到2‰一3％o时达到各自最优值。[14]沈金安，李福普．高速公路路面早期损坏分析与防治对策④考虑到聚酯纤维对热再生混合料综合路用[M]．北京：人民交通出版社，2004．性能的改善效果，本文推荐热再生混合料适宜的聚[15]葛折，黄朝晖．沥青混合料疲劳性能的影响因素分析[J]．公路交通科技，2002，19(6)：I一4．酯纤维掺量为2％o一3％o。