一纖維瀝青膠漿高低溫性能研究

吳萌萌, 李 睿, 張玉貞， 魏建明, 樊 亮

(中國(guó)石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266580)

一纖維瀝青膠漿高低溫性能研究

吳萌萌, 李 睿, 張玉貞， 魏建明, 樊 亮

(中國(guó)石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266580)

采用軟化點(diǎn)、錐入度、動(dòng)態(tài)剪切、彎曲梁流變等試驗(yàn)方法,研究粉膠比、溫度、纖維含量和纖維種類等因素對(duì)瀝青膠漿高低溫性能的影響。結(jié)果表明:粉膠比、纖維含量以及纖維種類對(duì)瀝青膠漿的高低溫性能影響較大;纖維的摻入能較大幅度地提高瀝青膠漿高溫穩(wěn)定性,并且木質(zhì)素纖維對(duì)瀝青膠漿的改善效果優(yōu)于玄武巖纖維;粉膠比和纖維含量增加均可提高瀝青膠漿高溫性能,但低溫抗裂性能有所降低;纖維瀝青膠漿具有顯著的溫度敏感性,提高溫度有利于瀝青膠漿低溫抗裂性能的改善;粉膠比降低0.2并摻入1%木質(zhì)素纖維，與原瀝青膠漿相比，其對(duì)瀝青膠漿流變性能的影響近似相同。

纖維; 瀝青膠漿; 溫度; 流變性; 評(píng)價(jià)方法

瀝青混合料是一種復(fù)合材料,主要由瀝青膠漿和骨料兩部分組成。其中瀝青膠漿由瀝青、礦粉(還可能包括纖維等添加劑)組成,在瀝青混合料中所占比例不大,但對(duì)路面性能影響極大[1-2]。瀝青混合料是一種多級(jí)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散系,瀝青與其中的各種填料組成的瀝青膠漿為末級(jí)分散系,其中填料為分散相,瀝青為分散介質(zhì)[3]。纖維改性瀝青混合料是一種通過(guò)摻入纖維材料,改善瀝青膠漿及其混合料綜合性能,從而提高瀝青路面使用品質(zhì)的復(fù)合材料[4-5]。相比于其他改性方法(如聚合物改性)[6-7],采用纖維進(jìn)行改性的突出特點(diǎn)是能阻止混合料結(jié)構(gòu)中裂縫的擴(kuò)展(包括溫縮裂縫和反射裂縫),減少車轍變形和疲勞破壞,對(duì)于延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命具有顯著的作用[8-11]。纖維的摻加直接影響著瀝青膠漿的高低溫性能,進(jìn)而決定了瀝青混合料的高低溫性能及抗疲勞性能,筆者研究粉膠比、纖維含量和纖維種類等因素對(duì)瀝青膠漿高低溫性能的影響,探討纖維的作用機(jī)制。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

瀝青采用高富AH-50基質(zhì)瀝青,其基本性質(zhì)見(jiàn)表1;礦粉采用濟(jì)南長(zhǎng)清礦粉,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為ASTM C128-04,結(jié)果表明，礦粉的表觀密度為2.7 g·cm-3，塑性指數(shù)為3.10，吸水率為0.30%，親水系數(shù)為0.75;纖維采用木質(zhì)素纖維和玄武巖纖維,其性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 高富AH-50基質(zhì)瀝青的基本性質(zhì)

表2 纖維性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

(1)纖維瀝青膠漿制備。粉膠比取值0.6～1.4,級(jí)差0.2;纖維用量以瀝青膠漿質(zhì)量占比計(jì)算,木質(zhì)素纖維用量取值0%～2%,玄武巖纖維為1%。制備試樣溫度為170 ℃,試驗(yàn)按照預(yù)先設(shè)定比例配制不同纖維含量的瀝青膠漿,采用小型攪拌器混合均勻。

(2)軟化點(diǎn)試驗(yàn)。瀝青的軟化點(diǎn)是瀝青的等黏溫度,常用于評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能,軟化點(diǎn)高意味著瀝青的等黏溫度高,混合料的高溫穩(wěn)定性好[12]。軟化點(diǎn)的測(cè)定方法有多種,例如ASTM D36環(huán)球法、ASTM D61-38立方體法、Kramer Sarnow test DIN1995 U5法等, 本文中采用ASTM D36制定的瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定法(GB/T 4507[13])。

(3)錐入度試驗(yàn)。瀝青膠漿屬于非均質(zhì)混合物,采用錐入度儀測(cè)定其稠度,測(cè)試結(jié)果存在很大的離散性,為了盡量減少針尖受這種非均質(zhì)性材料的影響,將錐入度儀中的長(zhǎng)針換成一個(gè)圓錐體,同時(shí)為了減少容器壁的附壁效應(yīng)產(chǎn)生的尺寸影響,相應(yīng)加大了容器尺寸,因此采用錐入度試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。瀝青膠漿的錐入度以錐針在一定的荷重、時(shí)間及溫度條件下垂直穿入瀝青膠漿試樣的深度表示,單位為0.1 mm。椎針、針連桿及附加砝碼的合重為200.1 g,溫度為25 ℃,時(shí)間為5 s。盛樣皿由不銹鋼加工而成,直徑100 mm,深度50 mm。

(4)動(dòng)態(tài)剪切流變儀(DSR)試驗(yàn)。DSR是Superpave體系中測(cè)定瀝青結(jié)合料高溫穩(wěn)定性的儀器。DSR以一定的速度旋轉(zhuǎn)剪切,測(cè)定結(jié)合料的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ,表征其黏彈性能。復(fù)數(shù)剪切模量G*越大,材料抵抗應(yīng)力的能力越強(qiáng);相位角δ反映了瀝青結(jié)合料彈性(可恢復(fù)部分)與黏性(不可恢復(fù)部分)成分的比例,δ值越大,瀝青中黏性成分所占比例越大,即變形不可恢復(fù)的部分越大,越容易產(chǎn)生永久變形[14]。試驗(yàn)采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的AR2000型動(dòng)態(tài)剪切流變儀,采用應(yīng)力控制模式,應(yīng)力水平為100 Pa,采用正弦波方式加載,頻率為10 rad/s,選擇64、70、76、82 ℃ 4個(gè)試驗(yàn)溫度,試樣直徑為25 mm,厚度為1 mm[15]。

(5)彎曲梁流變儀(BBR)試驗(yàn)。在Superpave 瀝青結(jié)合料性能規(guī)范中,以瀝青結(jié)合料BBR試驗(yàn)指標(biāo)彎曲蠕變勁度模量S和蠕變曲線斜率m(勁度模量對(duì)荷載作用時(shí)間的曲線斜率)作為評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。蠕變勁度模量S表征瀝青膠漿的柔性,S值越小,表示其低溫抗開裂性能越好;蠕變曲線斜率m表征瀝青膠漿的松弛性能,m值越大,表明其應(yīng)力釋放速度越快,松弛能力越強(qiáng),低溫抗裂性能越好[16]。試驗(yàn)采用-6、-12、-18 ℃ 3個(gè)試驗(yàn)溫度,試樣長(zhǎng)為127 mm,厚度為6.35 mm,寬為12.7 mm[17]。

2 結(jié)果分析

2.1 軟化點(diǎn)與錐入度試驗(yàn)

粉膠比對(duì)瀝青膠漿軟化點(diǎn)的影響如圖1所示。從圖1可以看出,瀝青膠漿軟化點(diǎn)相比于基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)(52.2 ℃)有較大提高,隨著粉膠比增大,瀝青膠漿軟化點(diǎn)增加,表明礦粉的摻入能明顯提高瀝青熱穩(wěn)定性,可以有效減少瀝青高溫永久變形。錐入度試驗(yàn)表征了瀝青膠漿在一定溫度下的抗剪切強(qiáng)度。從圖1可以看出,瀝青膠漿的錐入度隨著粉膠比增大而減小,表明其抗剪切強(qiáng)度隨著粉膠比增大明顯提高,因此礦粉含量對(duì)瀝青膠漿整體抗剪切性能起著重要作用。同時(shí),纖維含量對(duì)瀝青膠漿軟化點(diǎn)及錐入度的影響也存在類似的規(guī)律,如圖2所示。以木質(zhì)素纖維為例,從圖2中看出,纖維瀝青膠漿與純?yōu)r青膠漿相比軟化點(diǎn)明顯增加,錐入度降低,纖維的摻入使瀝青膠漿的抗高溫變形能力、抗剪切強(qiáng)度明顯改善,表明纖維對(duì)瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性及整體抗剪切性能有很大影響。

圖1 粉膠比對(duì)瀝青膠漿軟化點(diǎn)及錐入度的影響Fig.1 Effect of ROFTA on softening point and cone penetration of fiber-asphalt mortar

圖2 纖維含量對(duì)瀝青膠漿軟化點(diǎn)及錐入度的影響(粉膠比為0.8)Fig.2 Effects of FC on softening point and cone penetration of fiber-asphalt mortar with ROFTA of 0.8

2.2 DSR試驗(yàn)

試驗(yàn)測(cè)試了未添加纖維的瀝青膠漿(純?yōu)r青膠漿)和纖維瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ,并計(jì)算了車轍因子G*/sinδ,結(jié)果見(jiàn)圖3、4。

圖3 粉膠比對(duì)瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量G*及相位角δ的影響Fig.3 Effect of ROFTA on complex modulus and phase angle of asphalt mortar

圖4 溫度對(duì)瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量G*及相位角δ的影響(粉膠比為0.8)Fig.4 Effect of temperature on complex modulus and phase angle asphalt mortar with ROFTA of 0.8

從圖3粉膠比對(duì)瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量G*及相位角δ的影響關(guān)系可以看出,隨著粉膠比增加復(fù)數(shù)剪切模量G*增大,相位角δ先增大后減小,礦粉的摻入能較大幅度地提高瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量,這是因?yàn)榈V粉具有較大的比表面積大,又由于礦粉具有體積增強(qiáng)作用和瀝青與礦粉的物化作用(形成結(jié)構(gòu)瀝青),粉膠比增加使瀝青的黏度提高,表現(xiàn)為瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)。試驗(yàn)溫度對(duì)瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ的影響如圖4所示。從圖4看出,不同類型瀝青膠漿的復(fù)數(shù)剪切模量G*隨著試驗(yàn)溫度升高呈指數(shù)函數(shù)減小,并且隨著試驗(yàn)溫度不斷升高最終趨于相同,表明纖維瀝青膠漿和純?yōu)r青膠漿都具有溫度敏感性;此外,纖維的摻入能較大幅度地提高瀝青膠漿復(fù)數(shù)剪切模量G*,使材料抵抗應(yīng)力的能力增強(qiáng),即產(chǎn)生增強(qiáng)效果。纖維對(duì)瀝青膠漿增強(qiáng)效果的排序?yàn)槟举|(zhì)素纖維瀝青膠漿>玄武巖纖維瀝青膠漿>純?yōu)r青膠漿。從圖4還發(fā)現(xiàn),不同類型瀝青膠漿的相位角δ隨著試驗(yàn)溫度升高逐漸增大,純?yōu)r青膠漿的相位角大于纖維瀝青膠漿。δ值越大,表明瀝青膠漿中黏性成分越大,越容易產(chǎn)生高溫永久變形。因此,不同類型瀝青膠漿隨著試驗(yàn)溫度升高逐漸由彈性狀態(tài)向黏性狀態(tài)轉(zhuǎn)化,純?yōu)r青膠漿的黏性狀態(tài)最為明顯,最容易產(chǎn)生高溫永久變形,其次為玄武巖纖維瀝青膠漿、木質(zhì)素纖維瀝青膠漿。由此可見(jiàn),纖維的摻入能較大幅度提高瀝青膠漿抗高溫變形能力,并且木質(zhì)素纖維對(duì)瀝青膠漿的改善效果優(yōu)于玄武巖纖維。

瀝青路面的實(shí)際應(yīng)用中,外部荷載作用下的瀝青混合料會(huì)在一個(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生高溫永久變形。以車轍因子G*/sinδ作為評(píng)價(jià)瀝青膠漿高溫流變性的指標(biāo),G*/sinδ越大,瀝青膠漿高溫時(shí)越不容易發(fā)生流動(dòng)變形,表明其抗車轍能力越強(qiáng),高溫穩(wěn)定性越好[18-19]。圖5粉膠比對(duì)瀝青膠漿車轍因子G*/sinδ的影響,可以看出,相同溫度下隨著粉膠比增加,G*/sinδ逐漸增大,表明礦粉含量增加可以提高瀝青膠漿高溫穩(wěn)定性。由于礦粉具有較大的比表面積,有利于礦粉和瀝青間物化作用[20]的發(fā)生形成的結(jié)構(gòu)瀝青[20],比界面層以外的自由瀝青黏結(jié)性強(qiáng)[21]。隨著礦粉含量的增加,結(jié)構(gòu)瀝青的含量隨之增加,瀝青的黏稠度增大,瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性得到改善。此外,在較低溫度時(shí)G*/sinδ增加趨勢(shì)更為明顯,例如在64和76 ℃時(shí),粉膠比由1.2提高到1.4,G*/sinδ分別增加了4.72和0.9 kPa,這是由于高溫下瀝青中黏性成分的增多削弱了增加礦粉對(duì)其彈性成分的影響,導(dǎo)致G*/sinδ增幅降低[20]。粉膠比相同時(shí),隨著溫度降低車轍因子G*/sinδ迅速增大,表明瀝青膠漿與瀝青單體一樣具有溫度敏感性。圖6為溫度對(duì)瀝青膠漿車轍因子G*/sinδ的影響,可以看出,在整個(gè)溫度范圍內(nèi),木質(zhì)素纖維瀝青膠漿的車轍因子G*/sinδ隨著溫度的升高迅速降低,表明木質(zhì)素纖維瀝青膠漿抗高溫永久變形能力急劇減弱,并且具有顯著的溫度敏感性。此外,G*/sinδ隨著纖維含量增加而增大,且溫度越低影響越顯著。例如在64 ℃時(shí),纖維含量從1.5%增加到2.0%,G*/sinδ增加3.1 kPa;而82 ℃時(shí),G*/sinδ僅增加了0.3 kPa。這一結(jié)果主要與纖維的含量以及纖維與瀝青之間的作用機(jī)制有關(guān)。瀝青中的酸性樹脂組分屬于一種表面活性物質(zhì),與纖維接觸后能在其表面產(chǎn)生物理浸潤(rùn)作用和吸附作用，形成結(jié)合力牢固的結(jié)構(gòu)瀝青界面層,提高瀝青的黏結(jié)性能[22]。其次,由于高溫下瀝青中黏性成分的增多削弱了增加纖維含量對(duì)其彈性成分的影響,導(dǎo)致G*/sinδ增幅降低。

圖5 粉膠比對(duì)瀝青膠漿車轍因子G*/sin δ的影響Fig.5 Effect of ROFTA on rutting factor of asphalt mortar

圖6 溫度對(duì)纖維瀝青膠漿車轍因子G*/sin δ的影響(粉膠比為0.8)Fig.6 Effect of temperature on rutting factor of fiber-asphalt mortar with ROFTA of 0.8

圖7為粉膠比與纖維含量對(duì)瀝青膠漿高溫性能的影響。其中,F代表粉膠比,F1.0代表粉膠比1.0;X代表纖維含量,X0代表0%的纖維含量,其他以此類推。從圖7看出,在各試驗(yàn)溫度下,粉膠比從1.0降到0.8,并在膠漿中摻入適量木質(zhì)素纖維,可使G*/sinδ超出原瀝青膠漿的高溫性能指標(biāo)。瀝青膠漿的車轍因子G*/sinδ隨著試驗(yàn)溫度降低、纖維含量增加而增大,表明纖維瀝青膠漿抗高溫永久變形的能力逐漸增強(qiáng),并且具有顯著的溫度敏感性。這是由于低溫時(shí)瀝青中彈性成分的迅速增長(zhǎng),增強(qiáng)了纖維對(duì)瀝青膠漿的改性作用。從圖7還發(fā)現(xiàn),粉膠比降低0.2并摻入1%木質(zhì)素纖維與原瀝青膠漿相比其對(duì)高溫性能的影響近似相同，因此適當(dāng)降低粉膠比并在膠漿中加入適量木質(zhì)素纖維,同樣可以起到改善瀝青膠漿高溫性能的作用。這是因?yàn)槔w維可以吸附瀝青或吸收瀝青中的油分,并以細(xì)長(zhǎng)形狀分布在瀝青膠漿中,具有多向加筋功能。這一作用可以降低瀝青的流動(dòng)性,增強(qiáng)瀝青對(duì)集料顆粒的握裹力,從而提高瀝青混合料防剝離、耐磨損能力,增強(qiáng)瀝青膠漿高溫抗剪切性能,保證瀝青路面的整體性[23]。

圖7 粉膠比與纖維含量對(duì)瀝青膠漿車轍因子G*/sin δ的影響Fig.7 Effect of ROFTA and FC on rutting factor of asphalt mortar

2.3BBR試驗(yàn)

BBR試驗(yàn)的兩個(gè)指標(biāo):彎曲蠕變勁度模量S和蠕變曲線斜率m(勁度模量對(duì)荷載作用時(shí)間的曲線斜率)用以測(cè)評(píng)瀝青結(jié)合料低溫抗裂性能。蠕變勁度模量S表征瀝青膠漿的柔性,S值越小,瀝青膠漿柔性越好,容許變形越大,其低溫抗開裂性能越好[16]。從圖8可以看出,瀝青膠漿的蠕變勁度模量S隨著粉膠比增加而增大。S值增大,表明瀝青膠漿低溫抗裂性能變差，因此粉膠比的增加不利于瀝青膠漿低溫性能的改善。同時(shí),試驗(yàn)結(jié)果也表明S值隨著溫度升高迅速降低,因此提高溫度有利于瀝青膠漿低溫性能的改善。蠕變曲線斜率m表征瀝青膠漿的松弛性能,m值越大,表明其應(yīng)力釋放速度越快,松弛能力越強(qiáng),低溫抗裂性能越好[16]。圖9為粉膠比對(duì)瀝青膠漿蠕變曲線斜率m的影響,瀝青膠漿蠕變曲線斜率m值隨著粉膠比增加略有降低,但變化趨勢(shì)不明顯,表明粉膠比對(duì)瀝青膠漿的應(yīng)力積累能力影響較小，因此粉膠比增加對(duì)瀝青膠漿低溫性能存在不利的影響,但影響較弱。此外,m值隨著溫度升高迅速增大,再次證明提高溫度有利于瀝青膠漿低溫抗裂性能的改善。

圖8 粉膠比對(duì)瀝青膠漿蠕變勁度模量S的影響Fig.8 Effect of ROFTA on creep stiffness of asphalt mortar

圖9 粉膠比對(duì)瀝青膠漿蠕變曲線斜率m值的影響Fig.9 Effect of ROFTA on creep rate of asphalt mortar

纖維含量與瀝青膠漿蠕變勁度模量S、蠕變勁度變化率m值的關(guān)系如圖10所示。可以看出,瀝青膠漿的蠕變勁度模量S隨著纖維含量增加而增大,但其增長(zhǎng)幅度要小于粉膠比對(duì)蠕變勁度模量S的影響(圖8)。S值越大,瀝青膠漿的低溫抗裂性能越差，因此,粉膠比和纖維含量的提高均不利于瀝青膠漿低溫性能的改善。蠕變勁度變化率m值隨著纖維含量的增加略有降低,但變化趨勢(shì)不明顯,表明纖維含量對(duì)瀝青膠漿的應(yīng)力積累能力沒(méi)有太大的影響，因此纖維含量增加對(duì)瀝青膠漿低溫抗裂性能也存在不利的影響。綜上所述,粉膠比、纖維含量對(duì)瀝青膠漿低溫性能指標(biāo)蠕變勁度模量S和蠕變曲線斜率m的影響規(guī)律具有一致性(圖8～10)。

圖10 纖維含量對(duì)纖維瀝青膠漿蠕變勁度模量S、蠕變勁度變化率m值的影響(粉膠比為0.8)Fig.10 Effect of FC on creep stiffness and creep rate of fiber-asphalt mortar with ROFTA of 0.8

圖11為粉膠比與纖維含量對(duì)瀝青膠漿低溫性能的影響。

圖11 粉膠比與纖維含量對(duì)瀝青膠漿蠕變勁度模量S的影響Fig.11 Effect of ROFTA and FC on creep stiffness of asphalt mortar

從圖11(a)看出,在各試驗(yàn)溫度下,粉膠比從1.0降低到0.8,在膠漿中摻入適量木質(zhì)素纖維,可使瀝青膠漿的低溫性能指標(biāo)蠕變勁度模量S降低。以純?yōu)r青膠漿(F=1.0,X=0)與纖維瀝青膠漿(F=0.8,X=1.0)為例,在-12 ℃時(shí)纖維瀝青膠漿(F=0.8,X=1.0)的蠕變勁度模量S與純?yōu)r青膠漿(F=1.0,X=0)的S值相比降低11%,表明瀝青膠漿中粉膠比降低0.2并加入適量木質(zhì)素纖維,其低溫抗裂性能可以得到改善。從圖11還發(fā)現(xiàn),瀝青膠漿的蠕變勁度模量S隨著試驗(yàn)溫度的升高迅速降低,表明提高溫度有利于瀝青膠漿低溫性能的改善;粉膠比降低0.2并摻入1%木質(zhì)素纖維與原瀝青膠漿相比其對(duì)低溫性能的影響近似相同。因而適當(dāng)降低粉膠比,并在瀝青膠漿中加入適量木質(zhì)素纖維,同樣可以起到改善瀝青膠漿低溫性能的作用。

3 結(jié) 論

(1)瀝青膠漿的高溫性能隨著溫度升高迅速衰減,隨著粉膠比、纖維含量增加,復(fù)數(shù)剪切模量G*、車轍因子G*/sinδ均增大,礦粉、纖維含量的增加對(duì)瀝青膠漿高溫穩(wěn)定性有了明顯改善,并且木質(zhì)素纖維對(duì)瀝青膠漿的改善效果優(yōu)于玄武巖纖維。

(2)蠕變勁度模量S值隨著溫度升高而降低,蠕變速率m值增大,提高溫度有利于瀝青膠漿低溫抗裂性能的改善;隨著粉膠比、纖維含量增加,蠕變勁度模量S增大,蠕變速率m減小,瀝青膠漿低溫抗裂性能變差。

(3)纖維含量和粉膠比對(duì)纖維瀝青膠漿流變性能的影響具有相關(guān)性,粉膠比降低0.2并摻入1%木質(zhì)素纖維，與原瀝青膠漿相比，其對(duì)瀝青膠漿流變性能的影響近似相同。

[1] 邵顯智,譚憶秋,邵敏華. 幾種礦粉指標(biāo)對(duì)瀝青膠漿的影響分析[J].公路,2004,5:124-126.SHAOXianzhi,TANYiqiu,SHAOMinhua.Analysisofinfluenceofseveralindexesofmineralfilleronasphaltmortar[J].Highway, 2004,5:124-126.

[2] 張爭(zhēng)奇,王永財(cái). 瀝青膠漿對(duì)瀝青混合料高低溫性能的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,26(2):1-5. ZHANG Zhengqi, WANG Yongcai. Influence of asphalt mortar on hot mix asphalt performance at high and low temperature [J]. Journal of Changan University (Edition of Natural Science), 2006,26(2):1-5.

[3] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[4] WU Mengmeng, LI Rui, ZHANG Yuzhen, et al. Reinforcement effect of fiber and deoiled asphalt on high viscosity rubber/SBS modified asphalt mortar[J]. Petroleum Science, 2014,11:454-459.

[5] CHEN H, XU Q, CHEN H, et al. Evaluation and design of fiber reinforced asphalt mixture [J]. Material Design, 2009,30:2595-2603.

[6] 李水平,范維玉,楊猛龍,等.SBS改性瀝青性能實(shí)驗(yàn)研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002,26(4):87-89. LI Shuiping, FAN Weiyu, YANG Menglong, et al. Experimental study on performance of asphalt modification with SBS [J]. Journal of the University of Petroleum, China (Edition of Natural Science), 2002,26(4):87-89.

[7] 張玉貞,王翠紅,黃小勝, 等.聚合物SBS和瀝青的相容性研究[J].石油學(xué)報(bào):石油加工, 2001,17(2):68-71. ZHANG Yuzhen, WANG Cuihong, HUANG Xiaosheng, et al. The compatibility of asphalt and styrene-butadiene-styrene block copolymer [J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section), 2001,17(2):68-71.

[8] TAPKIN S, ?EVIK A, UAR ü. Prediction of marshall test results for polypropylene modified dense bituminous mixtures using neural networks [J]. Expert Systems with Applications, 2010,37:4660-4670.

[9] TAPKIN S, ?EVIK A, UAR ü. Accumulated strain prediction of polypropylene modified marshall specimens in repeated creep test using artificial neural networks [J]. Expert Systems with Applications, 2009,36:11186-11197.

[10] TAPKIN S, UAR ü, TUNCAN A, et al. Repeated creep behavior of polypropylene fiber-reinforced bituminous mixtures [J]. Journal of Transportation Engineering, 2009,135 (4):240-249.

[11] DONG Biqin, HAN Ningxu, DING Zhu, et al. A preliminary study of synthesized-in situ fiber in cement materials [J]. Construction and Building Materials, 2013,40:10-13.

[12] 張玉貞.聚合物改性瀝青相容性研究[D]. 北京:石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,2001. ZHANG Yuzhen. Study on the compatibility of polymer modified asphalt [D]. Beijing: College of Chemistry and Chemical Enginerring in China University of Petroleum, 2001.

[13] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 4507瀝青軟化點(diǎn)測(cè)定法[S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[14] TAN Y Q, LI X L, ZHOU X Y. Interactions of granite and asphalt based on the rheological characteristics [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2010,22(8):820-825.

[15] WEI Jianming, LIU Zhangyong, ZHANG Yuzhen. Rheological properties of amorphous poly alpha (APAO) modified asphalt binders[J]. Construction and Building Materials, 2013,48:533-539.

[16] BAHIA H U, ANDERSON D A, CHRISTENSEN D W. The bending beam rheometer: a simple device for measuring low-temperature rheology of asphalt binders[J]. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 1992,61:117-153.

[17] ANDERSON D A, KENNEDY T W. Development of SHRP binder specification[J]. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 1993,62:481-507.

[18] SHENOY A. Model-fitting the master curve of dynamic shear rheometer data to extract a rut-controlling term for asphalt pavement[J]. Journal of Testing and Evaluation, 2002,30(2):95-102.

[19] TAN Y Q, LI Z H, ZHANG X Y, et al. Research on the high-temperature and low-temperature properties of asphalt-mineral filler mastic[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2010,22(8):811-819.

[20] 張爭(zhēng)奇,李平,王秉綱. 纖維和礦粉對(duì)瀝青膠漿性能的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,25(5):15-18. ZHANG Zhengqi, LI Ping, WANG Binggang. Effect of fiber and mineral filler on asphalt mortar performance[J]. Journal of Changan University (Edition of Natural Science), 2005,25(5):15-18.

[21] 馬冬云.纖維種類對(duì)瀝青膠漿流變性能的影響研究[J].公路交通科技, 2013(6):50-52. MA Dongyun. Influence of fiber on the rheological properties of asphalt mortar[J]. Highway Science and Technology of Communications, 2013(6):50-52.

[22] 黎永皆,陳華鑫.纖維瀝青膠漿的高溫性能研究[J].上海公路, 2006,1:41-44. LI Yongjie, CHEN Huaxin. Study on the high temperature performance of fiber-asphalt mortar [J]. Shanghai Highway, 2006,1:41-44.

[23] 樊英華. 纖維瀝青膠漿剪切性能的DSR試驗(yàn)研究[J]. 山西交通科技, 2011,6:6-9. FAN Yinghua. The study on DSR test of shear properties for fiber asphalt mastic[J]. Shanxi Science and Technology of Communications, 2011,6:6-9.

(編輯 劉為清)

Study of high and low temperature performance of fiber-asphalt mortar

WU Mengmeng, LI Rui, ZHANG Yuzhen, WEI Jianming, FAN Liang

(StateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessinginChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China)

The softening point, cone sink experiment, dynamic shear rheometer (DSR) and bending beam rheometer (BBR) were conducted to evaluate the effects of the ratio of filler to asphalt (ROFTA), fiber content (FC) and fiber type on the high and low temperature properties of fiber-asphalt mortar. The results show that the fiber increases the high temperature stability of asphalt mortar greatly, in which the lignin fiber shows better improvement than the mineral fiber. The increase of ROFTA and FC improves the high temperature performance of asphalt mortar significantly. However, they have some negative effects on low temperature performance. Also, fiber-asphalt mortar presented significant temperature susceptibility, increasing temperature will induce the improvement of low temperature cracking. When the ROFTA decreases 0.2 and lignin content increases 1%, the rheological property of the fiber-asphalt mortar is approximately equal to that of pure asphalt mortar.

fiber; asphalt mortar; temperature; rheology; evaluation method

2014-06-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51008307);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(09CX04039A);中國(guó)石油大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(12CX06055A)

吳萌萌(1984-)，女，博士研究生，研究方向?yàn)橹刭|(zhì)油加工利用。E-mail: meng521baobei@126.com。

張玉貞(1959-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闉r青技術(shù)。E-mail：zhangyuzhen1959@163.com。

1673-5005(2015)01-0169-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.01.025

TE 626.86

A

吳萌萌,李睿,張玉貞,等. 纖維瀝青膠漿高低溫性能研究[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015,39(1):169-175.

WU Mengmeng, LI Rui, ZHANG Yuzhen, et al. Study of high and low temperature performance of fiber-asphalt mortar[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2015,39(1):169-175.