聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層力學(xué)性能研究

曹建青，馮曉海，張 斌，李 偉，易 寶，張 鵬

(1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830047；2.塔城市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，新疆 塔城 834300)

聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層力學(xué)性能研究

曹建青1，馮曉海2，張 斌1，李 偉1，易 寶1，張 鵬1

(1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830047；2.塔城市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，新疆 塔城 834300)

分別在二灰砂礫中添加不同長度及不同摻量的聚酯纖維，進(jìn)行彎拉強(qiáng)度力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)果表明，添加聚酯纖維能明顯提高二灰砂礫的抗彎拉強(qiáng)度和抗裂性能；并且在一定范圍內(nèi)，抗彎拉強(qiáng)度與抗裂性能隨著聚酯纖維摻量的增加而增加。

半剛性基層；二灰砂礫；聚酯纖維；力學(xué)性能

1 材料選定與級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)選用的石灰滿足Ⅱ級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)且已充分消解。粉煤灰滿足總含量超過70%，燒失量小于20%，且0.3 mm篩孔通過量達(dá)90%以上，0.075 mm篩孔通過量達(dá)70%的要求。二灰砂礫混合料中的礫石集料來源于新疆烏魯木齊烏拉白料場(chǎng)，共有0～0.5 cm、0～0.8 cm、和4.5～26.5 cm三檔集料，嚴(yán)格將集料的含泥量控制在7%以下，選用合理的配合比進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 配合比的確定

(1)二灰與砂礫的配合比確定

石灰與粉煤灰的配比1∶3～1∶4，且集料含量為80%～85%時(shí)，這種基層材料既可抗干縮又可抗溫縮，并且減少了由基層反射裂縫而引起的瀝青面層開裂問題。此研究選用的配合比為石灰∶粉煤灰∶砂礫=5∶15∶80。

(2)砂石集料的級(jí)配確定

采用三檔集料配合設(shè)計(jì)滿足級(jí)配上限、下限值，而且最接近中值的級(jí)配，如圖1所示。

圖1 配合比設(shè)計(jì)曲線

2 力學(xué)性能試驗(yàn)及分析

半剛性材料作為路面的基層材料，其主要要求就是能夠承受較大的外力，并能夠抵抗外力作用引起的變形且具有良好的抗裂性能。為了評(píng)價(jià)半剛性材料的這些性能，主要應(yīng)該從抗壓強(qiáng)度以及抗彎拉強(qiáng)度進(jìn)行分析。經(jīng)過多年研究已經(jīng)證明二灰砂礫半剛性基層具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，雖具有一定的抗拉強(qiáng)度卻滿足不了抗裂性能的要求。

為研究聚酯纖維的加入對(duì)二灰砂礫混合料抗彎拉、抗裂性能的有益影響。在確定混合料級(jí)配的同時(shí)，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定混合料的最佳含水量和最大干密度。分別采用5 cm、10 cm、15 cm長度的聚酯纖維，選用0.5‰、1.0‰、1.5‰、2.0‰的摻量，進(jìn)行抗彎拉及抗裂性能的試驗(yàn)并分析。

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

采用錘重4.5 kg，錘擊面直徑5.0 cm,落高45 cm，試筒尺寸為內(nèi)徑(15.2 cm)、高(12.0 cm)、容積(2 177 cm3)的擊實(shí)方法。得到含水量與干密度的關(guān)系圖見圖2。

從圖中可以看出最佳含水量為9.76%到9.77%之間。

圖2 含水量—干密度曲線圖

2.2 彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)材料粒徑的大小可知：中梁(尺寸為100 mm×100 mm×400 mm)適用于中粒土(由于大梁試件的成型難度較大，在實(shí)驗(yàn)室不具備成型條件時(shí)，中梁試件的最大公稱粒徑可放寬到26.5 mm)。故制備中梁試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，進(jìn)行彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用三分點(diǎn)加壓的方法進(jìn)行，加載時(shí)保持均勻、連續(xù)加載，且保持加載速率為50 mm/min,直至?xí)r間破壞。

(1)纖維摻量對(duì)彎拉強(qiáng)度的影響

通過對(duì)不同聚酯纖維摻量的二灰砂礫試件進(jìn)行彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)，可以得到不同聚酯纖維摻量的二灰砂礫試件的極限破壞荷載平均值P，見表1。

從表1中可以看出，聚酯纖維的長度一致，當(dāng)聚酯纖維的摻量小于1.0‰時(shí)，試件的破壞極限荷載會(huì)隨著聚酯纖維的增加而增加，而當(dāng)聚酯纖維的摻量超過1.0‰時(shí)，破壞極限荷載反而會(huì)隨著聚酯纖維摻量的增加而減小。

按公式(1)計(jì)算得出不同聚酯纖維摻量二灰砂礫材料的彎拉強(qiáng)度見表1。

(1)

其中：P為平均破壞極限荷載，N；L為兩只點(diǎn)間的距離，mm；b為試件寬度，mm；h為試件高度，mm。

表1 不同纖維摻量二灰砂礫試件的破壞荷載及彎拉強(qiáng)度表

聚酯纖維的摻量對(duì)二灰砂礫試件的彎拉強(qiáng)度影響如圖3所示。

圖3 不同聚酯纖維摻量彎拉強(qiáng)度圖

從圖3中可以看出，聚酯纖維的加入可有效的增強(qiáng)二灰砂礫的彎拉強(qiáng)度，而彎拉強(qiáng)度與聚酯纖維摻量存在一個(gè)峰值，加入聚酯纖維的二灰砂礫試件彎拉強(qiáng)度隨著聚酯纖維的摻量增加而增加，但當(dāng)達(dá)到一定的值時(shí)，其彎拉強(qiáng)度就隨著聚酯纖維的增加而減小，該峰值為1.0‰。

同時(shí)，在試件經(jīng)過28 d的養(yǎng)護(hù)后，可以明顯的觀察到加入聚酯纖維的試件整體性比沒有加入聚酯纖維的試件強(qiáng)，沒有加入聚酯纖維的試件出現(xiàn)裂縫的可能性較高，由此可知，聚酯纖維的加入能增強(qiáng)二灰砂礫的抗裂性能。

(2)聚酯纖維的長度對(duì)彎拉強(qiáng)度的影響

聚酯纖維過短，則不能夠貫穿在集料顆粒之間，故起不到加筋、增強(qiáng)彎拉強(qiáng)度的作用。聚酯纖維過長，容易使聚酯纖維團(tuán)在一起，形成薄弱點(diǎn)，不但起不到加筋、增強(qiáng)彎拉強(qiáng)度的作用，反而會(huì)降低混合料的均勻性。所以，聚酯纖維不應(yīng)過長也不應(yīng)過短，此實(shí)驗(yàn)選用0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm三個(gè)長度參量作為研究對(duì)象。

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后的聚酯纖維二灰砂礫試件(聚酯纖維摻量均為2.0‰，長度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5 cm)進(jìn)行彎拉試驗(yàn)，確定聚酯纖維的長度對(duì)彎拉強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2及圖4。

根據(jù)公式(1)計(jì)算得出聚酯纖維長度不同對(duì)應(yīng)試件的彎拉強(qiáng)度值，見表2。

表2 不同纖維長度的二灰砂礫試件彎拉強(qiáng)度表

根據(jù)表2繪得不同纖維長度對(duì)二灰砂礫彎拉強(qiáng)度的影響關(guān)系，見圖4。

圖4 不同聚酯纖維長度彎拉強(qiáng)度圖

從圖4中可以看出，聚酯纖維的長度也在一定程度上影響著彎拉強(qiáng)度，當(dāng)聚酯纖維長度為0.5 cm和1.5 cm時(shí)與聚酯纖維長度為1.0 cm相比，彎拉強(qiáng)度降低了大約0.35 MPa。為能夠有效利用聚酯纖維，減少不必要的浪費(fèi)，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)采用長度適中的聚酯纖維。

3 結(jié) 論

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究可知，聚酯纖維的摻入在一定范圍內(nèi)能大大提高二灰砂礫的彎拉強(qiáng)度與抗裂性能。說明聚酯纖維二灰砂礫半剛性基層較普通二灰砂礫半剛性基層具有更強(qiáng)大的抗彎拉能力與抗裂能力。從而可以證明，聚酯纖維作為軟纖維中最優(yōu)的纖維可以成為改善二灰砂礫半剛性基層的一劑良藥。

在未來的發(fā)展中，考慮到二灰砂礫的廉價(jià)與環(huán)保，二灰砂礫半剛性基層的諸多優(yōu)點(diǎn)以及聚酯纖維的加入能很大程度的提高其抗彎拉強(qiáng)度與抗裂性能，聚酯纖維二灰砂礫半剛性材料將會(huì)成為值得推廣并長期信賴的道路基層材料。

[1] 周正, 李晨, 李復(fù)星. 新疆地區(qū)半剛性基層力學(xué)性能的研究[J]. 住宅與房地產(chǎn), 2016，(2): 213.

[2] 王秀琴. 淺析半剛性基層瀝青路面裂縫形成機(jī)理[J].工程技術(shù), 2013，(9): 160-163.

[3] 金敏華, 楊杰. 石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫的質(zhì)量控制[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì), 2006，(4): 99-100.

2016-09-26

U416

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