基于BBR試驗(yàn)的纖維瀝青結(jié)合料低溫性能研究

劉安 陳鵬飛

摘 要：為了研究纖維對瀝青低溫性能的影響，本文選用了三種常用的路用纖維以不同摻量進(jìn)行纖維瀝青結(jié)合料的制備，通過-12℃以下的BBR試驗(yàn)得到了聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維瀝青結(jié)合料的勁度模量S和蠕變速率m等低溫指標(biāo)。結(jié)果表明：聚丙烯纖維、聚酯纖維及聚丙烯腈纖維的最佳摻量分別為3%、3%和4%，并且在此摻量下，聚丙烯纖維對瀝青低溫性能的改善效果最好，其次是聚酯纖維，聚丙烯腈纖維最差。

關(guān)鍵詞：纖維瀝青結(jié)合料;BBR試驗(yàn);低溫性能

中圖分類號：U414? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）24-0076-03

Study on Low Temperature Performance of Fibrous Asphalt Binder Based on BBR Test

LIU An? ? CHEN Pengfei

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou Henan 450045）

Abstract：In order to study the influence of the low temperature performance of asphalt， three commonly used in road fibers were selected in this paper to prepare fiber asphalt binder with different dosage. Through the BBR test below -12℃， the low temperature indexes such as stiffness modulus S and creep rate M of the asphalt binder of polypropylene fiber， polyester fiber and polyacrylonitrile fiber were obtained. The results show that the optimal content of polypropylene fiber， polyester fiber and polyacrylonitrile fiber is 3%， 3% and 4%， respectively， and polypropylene fiber has the best improvement effect on the low temperature performance of asphalt in this content ， the second is polyester fiber， and the worst is polyacrylonitrile fiber.

Keywords： fibrous asphalt binder; BBR test; the low temperature performance

隨著我國交通建設(shè)的飛速發(fā)展，瀝青路面的低溫開裂病害也越來越常見。路面開裂的原因主要是在低溫下瀝青黏結(jié)料變脆變硬，應(yīng)力松弛能力下降，在溫度和行車荷載的雙重作用下出現(xiàn)拉應(yīng)力超過瀝青混凝土的極限抗拉強(qiáng)度而發(fā)生開裂[1，2]。纖維作為一種高強(qiáng)、耐久、質(zhì)輕的增強(qiáng)材料，能顯著改善瀝青路面的力學(xué)性能，但纖維種類繁多，性能各異，對瀝青的作用效果也不盡相同[3，4]。目前評價(jià)瀝青或?yàn)r青結(jié)合料低溫性能的方法有很多種，其中美國SHRP計(jì)劃中的BBR試驗(yàn)與混合料的路用低溫性能關(guān)聯(lián)性較高[5，6]。本文選用聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維分別以不同添加比例摻入到瀝青中，并進(jìn)行BBR試驗(yàn)，對比分析了不同纖維瀝青結(jié)合料低溫性能的差異，為纖維在寒冷地區(qū)的路面工程應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本文選用中石油昆侖70#基質(zhì)瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1，選用聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維。將本文涉及的纖維代號作統(tǒng)一說明：聚丙烯纖維、聚酯纖維和聚丙烯腈纖維分別簡寫為PP、PET和PAN（下同）。

1.2 纖維瀝青結(jié)合料的制備

準(zhǔn)備3份均為500 g的基質(zhì)瀝青樣品，置于160 ℃的烘箱中加熱融化，纖維用坩堝盛放并置于105 ℃的烘箱中加熱至恒重，然后分別將摻量為1%、2%、3%和4%的纖維添加到瀝青中，采用機(jī)械攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，攪拌時(shí)間為不少于30 min，攪拌過程中以160±5 ℃持續(xù)加熱[4]。將制備好的纖維瀝青結(jié)合料按照規(guī)范要求進(jìn)行BBR試驗(yàn)。

1.3 BBR試驗(yàn)

采用CANNON在-12 ℃下對70#基質(zhì)瀝青和三種纖維瀝青結(jié)合料進(jìn)行240 s的恒定加載試驗(yàn)，試驗(yàn)會給出第8 s、15 s、30 s、60 s、120 s及240 s等6個時(shí)間點(diǎn)的勁度模量S和蠕變速率m，根據(jù)規(guī)范要求，一般取第60 s的S和m值作為瀝青的低溫評價(jià)指標(biāo)[7，8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 勁度模量S和蠕變速率m

通過BBR試驗(yàn)，在不同纖維摻量下，瀝青的勁度模量和蠕變速率均發(fā)生改變，具體如圖1所示。研究表明，勁度模量S和蠕變速率m分別表征了瀝青的變形能力和應(yīng)力松弛能力，S越小，m越大，則瀝青低溫性能越好[9-10]。由圖1可知，隨著纖維摻量的增加，瀝青的勁度模量S逐漸降低，蠕變速率m則呈上升趨勢;PP、PET及PAN的摻量在3%、3%和4%時(shí)，瀝青的勁度模量S最小、蠕變速率m最大，說明此刻的低溫性能最好。