劍麻纖維瀝青混合料AC-13馬歇爾試驗(yàn)分析

馮 偉，雷 鳴，關(guān) 鵬，楊 明

(武漢地產(chǎn)開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430022)

劍麻纖維瀝青混合料AC-13馬歇爾試驗(yàn)分析

馮 偉，雷 鳴，關(guān) 鵬，楊 明

(武漢地產(chǎn)開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430022)

為改善我國(guó)公路過(guò)高的建養(yǎng)成本，提高公路的建設(shè)質(zhì)量，延長(zhǎng)路面的使用壽命，試驗(yàn)將劍麻纖維摻入到瀝青混凝土中，驗(yàn)證其增強(qiáng)效果。針對(duì)AC-13瀝青混合料，在已確定其礦料配合比及最佳油石比的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)及殘留穩(wěn)定度馬歇爾試驗(yàn)，基本確定了劍麻纖維的最佳摻量及最佳長(zhǎng)度。

劍麻纖維;AC-13瀝青混合料;馬歇爾試驗(yàn);殘留穩(wěn)定度馬歇爾試驗(yàn)

至2010年，我國(guó)高速公路通車?yán)锍踢_(dá)到了6.5萬(wàn)km，僅次于美國(guó)。但在我國(guó)公路建設(shè)飛速發(fā)展的同時(shí)，大量早期建成的公路出現(xiàn)了大規(guī)模的病害，建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的成本也因此與日俱增，嚴(yán)重制約了我國(guó)公路建養(yǎng)的進(jìn)度。本文將劍麻纖維摻入到AC-13瀝青混合料中，通過(guò)試驗(yàn)分析確定了其配合比及最佳油石比。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了劍麻纖維瀝青混合料AC-13馬歇爾試驗(yàn)分析，擬通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)及殘穩(wěn)馬歇爾試驗(yàn)確定出瀝青混合料中劍麻纖維的最佳長(zhǎng)度及最佳摻量，并在下一步的試驗(yàn)中擬進(jìn)行車轍試驗(yàn)及擬進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

1 常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)

劍麻纖維瀝青混合料AC-13配合比設(shè)計(jì)及最佳油石比確定一文中［1］，試驗(yàn)所采用礦料為玄武巖2#、3#、4#料及石灰石 5#料，均產(chǎn)自江蘇省，具有耐磨、吃水量少、導(dǎo)電性能差、抗壓性強(qiáng)、壓碎值低、抗腐蝕性強(qiáng)、瀝青粘附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)調(diào)配得到的礦料配比為：2#∶3#∶4#∶5#∶礦粉 =20∶32∶10∶36∶2，最佳油石比例為5.1% 。

1.1 劍麻纖維最佳摻量的確定

采用已確定的礦料配比及最佳油石比，并預(yù)先設(shè)定瀝青混合料中劍麻纖維的長(zhǎng)度為7mm，摻量按0%，0.1%，0.2%，0.3% 進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到纖維的添加會(huì)使纖維表面吸附一層瀝青，減少有效瀝青的比例。經(jīng)過(guò)計(jì)算，劍麻纖維按一定比例添加后，再額外添加等比例的瀝青可使瀝青混合料的油石比保持最佳比例。進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)：稱料→冷料加熱→混合料攪拌→混合料升溫→裝入試筒→雙面各75次擊實(shí)成型→脫?！€(wěn)定度、流值等指標(biāo)測(cè)定［2，4］。試驗(yàn)得出不同纖維摻量下AC-13瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)如下表1和圖1所示。

表1 不同纖維摻量下AC-13瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)

圖1 AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可以看出，劍麻纖維摻量在0.1%時(shí)與不摻劍麻纖維的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果基本一致，但是在摻量為0.2%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)變化較大，基本上達(dá)到了極值，特別是毛體積相對(duì)密度和空隙率，當(dāng)劍麻纖維摻量為0.3%時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)大多處于下降趨勢(shì)，從試驗(yàn)的曲線可得毛體積相對(duì)密度、空隙率及飽和度達(dá)到極值時(shí)所對(duì)應(yīng)的劍麻纖維摻量分別為：a1=0.2%，a2=0.2%，a3=0.2%，a4=0.2%則劍麻纖維最佳摻量為a=(a1+a2+a3+a4)/4=0.2%

1.2 劍麻纖維最佳長(zhǎng)度的確定

根據(jù)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理，纖維越長(zhǎng)則纖維達(dá)到極限強(qiáng)度的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，從而能較好發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。但過(guò)長(zhǎng)過(guò)細(xì)的纖維在與瀝青混凝土拌和過(guò)程中容易結(jié)團(tuán)，使纖維難以均勻分布，影響纖維瀝青混合料的工作度［3］。為了比較纖維長(zhǎng)度對(duì)混合料性能的影響，采用0mm，4mm，7mm，10mm四種不同長(zhǎng)度規(guī)格的劍麻纖維材料進(jìn)行試驗(yàn)。劍麻纖維用量采用最佳質(zhì)量摻量0.2%，采用AC-13路面結(jié)構(gòu)類型，油石比采用5.3%。通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)得到三種不同長(zhǎng)度的劍麻纖維瀝青混合料與未加纖維的瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表2和圖2所示：

表2 不同長(zhǎng)度劍麻纖維AC-13瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同長(zhǎng)度劍麻纖維AC-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知，各指標(biāo)均符合規(guī)范要求。其中密度、空隙率、飽和度及穩(wěn)定度最佳時(shí)對(duì)應(yīng)a1=4，a2=7，a3=5，a4=7;即劍麻纖維最佳長(zhǎng)度：

a=(a1+a2+a3+a4)/4=6mm.

試驗(yàn)下一步將通過(guò)車轍試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)此最佳長(zhǎng)度6 mm進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)。

2 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)

殘穩(wěn)馬歇爾試件的制備過(guò)程與常規(guī)馬歇爾試件類似，僅在測(cè)定其物理力學(xué)指標(biāo)性能之前較常規(guī)馬歇爾試件多進(jìn)行了48 h 60℃恒溫水浴［5］。試驗(yàn)中采用劍麻纖維最佳長(zhǎng)度6 mm，最佳質(zhì)量摻量0.2%，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得了瀝青混合料如下物理力學(xué)指標(biāo)性能，如表3所示。

表3 AC-13瀝青混合料殘留穩(wěn)定度馬歇爾試驗(yàn)物理力學(xué)指標(biāo)

由表3可知，未加纖維時(shí)，常規(guī)馬歇爾試件穩(wěn)定度均值為18.59kN，浸水馬歇爾試件穩(wěn)定度均值為16.43 kN，殘留穩(wěn)定度為 88.4%;摻加 0.2%劍麻纖維后，常規(guī)馬歇爾試件穩(wěn)定度均值為20.45kN，浸水馬歇爾試件穩(wěn)定度均值為19.65 kN，殘留穩(wěn)定度為96.1%，可見(jiàn)劍麻纖維的摻加提高了瀝青混合料殘留穩(wěn)定度8.7% 。

3 結(jié)論

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)及殘穩(wěn)馬歇爾試驗(yàn)得出，瀝青混合料AC-13路面結(jié)構(gòu)中，劍麻纖維的最佳質(zhì)量摻量為0.2%，最佳長(zhǎng)度為6mm，劍麻纖維的摻加提高了瀝青混合料殘留穩(wěn)定度8.7% ?？梢?jiàn)，劍麻纖維以最佳質(zhì)量摻量及最佳長(zhǎng)度摻入到瀝青混合料中，可一定程度上提高瀝青混凝土路面的路用性能。

［1］ 陳軍，馮偉，黃江波，等.劍麻纖維瀝青混合料AC-13配合此設(shè)計(jì)及最佳油石比確定［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，30(2)：69-73.

［2］ 李煒光，張爭(zhēng)奇，張登良，等.纖維加強(qiáng)瀝青路面的研究［J］.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(3)：235-238.

［3］ GUAN Peng，HE Xiao-ming.Effect of Sisal Fiber on Asphalt Mixture Performance［Z］.第五屆中日鋪面會(huì)議論文集.2009：227-230.

［4］ JTJ 052-2000.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［5］ 孫立兵.纖維瀝青混凝土路用性能研究［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué).2002：35-42.

Marshall test analysis for sisal fiber AC-13 asphalt mixture

FENG Wei，LEI Ming，GUAN Peng，YANG ming
(Wuhan Realestate Group ＆ Investment Group Co.Ltp，Wuhan 430022，China)

To improve the high waintenance cost of highway and highway construction quality，extende the pavement using life，this article attempt to blend sisal fibers into the asphalt concrete to verify the enhancement effect.aimed at the AC-13 asphalt materifals，Marshall stability test and residual Marshall test are conducted after already determining mineral aggregate mixture ratio and optimum oil-stone ratio，and basically the optimum mix amount and the optimum length of sisal fiber is determined.

sisal fiber;AC-13 asphalt mixture;mixture design;optimum asphalt-aggregate ratio

TS 264.2;S 661.6

A

1009-4881(2011)03-0072-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.03.017

2011-05-16.

馮偉(1964-)，男，工程師，E-mail：fengw@whdc.cn.