纤维沥青胶浆高温性能评价指标灰关联熵分析

马莉莉

摘 要：文章采用DSR试验、重复蠕变试验和锥入度试验分析了掺入不同纤维的纤维沥青胶浆的高温性能，并使用灰关联熵分析方法对车辙因子、蠕变劲度的粘性成分Gv、累积变形、锥入度和抗剪强度与沥青混合料高温性能间的相关性进行分析。结果表明，蠕变劲度的粘性成分Gv和抗剪强度能较好的反映纤维沥青混合料的高温稳定性。

关键词：纤维；沥青胶浆；高温性能；灰关联熵

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）29-0173-02

近代胶浆理论表明，沥青混合料是以沥青为唯一连续相的分散体系，沥青的破坏就意味着混合料结构体系的破坏。在沥青混合料加入纤维以后，纤维成为更为强大的第二连续相，使其能够在沥青破坏后维持混合料的整体性。因此纤维沥青胶浆的性能在很大程度上决定了沥青混合料的高温性能。

目前，纤维沥青胶浆的高温性能评价指标较多，且分析结果存在一定的差异。因此，确定能够较准确地评价纤维沥青胶浆高温性能的指标，具有重要意义。本文采用灰关联熵分析方法，分析了普遍使用的沥青胶浆的高温性能指标对纤维沥青混合料影响的相对显著程度，对纤维沥青胶浆高温性能的评价具有一定的指导意义。

1 试验方案及方法

1.1 试验方案

本文参考路用纤维在沥青混合料中的贯用掺量，采用车辙试验分别测定不同纤维沥青混合料的高温稳定性。并通过在克拉玛依90#沥青中按照比例（纤维沥青混合料中纤维与沥青的比例）添加不同类型的纤维制成纤维沥青胶浆，研究其高温性能。试验所用的纤维分别为：粒状木质素纤维、碱性矿物纤维、玄武岩纤维、絮状木质素和聚酯纤维，纤维在沥青混合料中的掺量依次为：0.3%、0.4%、0.4%、0.3%和0.3%，各纤维在沥青中的掺量依次为：6%、8%、8%、6%和6%。

1.2 试验方法

1.2.1 纤维沥青胶浆的试验方法

①动态剪切流变试验。采用DSR测得纤维沥青胶浆的车辙因子G*/sinδ，并以此来表征纤维沥青胶浆的高温流变性能，车辙因子越大，则纤维沥青胶浆的高温抗变形能力越强。试验采用直径为25 mm的平行板模具，沥青样品厚度为1 mm，试验温度为70 ℃。

②重复蠕变试验。在动态剪切流变仪上进行纤维沥青胶浆的重复蠕变试验，试验使用应力控制模式，应力水平为100 Pa。加载方式为：加载1 s—卸载9 s，直到完成100次加载卸载过程，试验温度设为60 ℃。其试验结果用累积变形和蠕变劲度的粘性成分Gv表示。累积变形越小，蠕变劲度的粘性成分Gv越大，则纤维沥青胶浆的高温抗变形能力越强。

③锥入度试验。锥入度试验是一种由针入度试验改进而成的纤维沥青胶浆的性能评价方法，评价指标为锥入度和抗剪强度，锥入度和抗剪强度越大，表明纤维沥青胶浆的高温抗变形能力越强。本文试验温度为45 ℃，试验采用的盛样皿是直径为100 mm，深60 mm的铝盒，锥针形貌和尺寸如图1所示。

1.2.2 纤维沥青混合料的高温性能试验方法

采用该法研究纤维沥青混合料的高温抗变形能力，评价指标为动稳定度。具体做法如下：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）将成型车辙板，将车辙板试件置于车辙仪上进行该试验，试验温度为60 ℃，加载轮压为0.7 MPa。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果及分析

纤维沥青胶浆的高温性能试验结果和纤维沥青混合料的高温性能试验结果见表1。

表1中的数据表明，在沥青中添加纤维以后，纤维均匀的分散于沥青中，起到加筋作用，从而使沥青的高温性能均有所提高。纤维对沥青高温性能的改善效果存在明显差异，聚酯纤维对沥青高温性能的改善最显著。通过对加入纤维后不同指标的变化程度可知，评价指标不同时，纤维对纤维沥青胶浆高温性能的提高程度也不相同。

通过对表1中纤维沥青混合料的高温性能数据进行分析可以知道，粒状木质素纤维、碱性矿物纤维、玄武岩纤维、絮状木质素和聚酯纤维均能改善沥青混合料的高温性能。掺加聚酯纤维以后，纤维沥青混合料的高温稳定性最好，其动稳定度比不加纤维提高了66%。

2.2 灰关联熵分析

根据综合纤维沥青胶浆的高温性能指标及纤维沥青混合料的动稳定度得到数据表1。以纤维沥青混合料的动稳定度为参考序列，采用灰关联熵分析方法，对纤维沥青胶浆的高温性能指标及纤维沥青混合料高温性能进行分析。

依据灰关联熵的计算过程，对表1中的数据进行分析，得到纤维沥青胶浆高温性能指标与纤维沥青混合料动稳定度的关联度如图2所示。

由图2可以看出纤维沥青胶浆各高温性能指标与纤维沥青混合料的动稳定度的关联程度按照从大到小的顺序依次为：抗剪强度、蠕变劲度的粘性成分、车辙因子、锥入度、累积变形。即抗剪强度与纤维沥青混合料的高温性能的关联程度最高，其次为蠕变劲度的粘性成分和车辙因子。

沥青路面车辙的形成通常伴随着沥青自下而上的迁移过程。在沥青混合料中加入纤维以后，纤维不但使沥青的粘稠度增加，还能充分分散于沥青中，形成三维立体网状结构，起到加筋作用，与集料共同作用，延缓沥青向上迁移的速度。

动态剪切流变试验只反映了纤维的增粘作用，重复蠕变试验只能表明纤维的增弹、增粘和约束沥青等作用下对沥青胶浆高温性能的影响，均不能反映纤维的加筋效果。锥入度试验能够模拟集料下沉过程中纤维的加筋阻滞作用和增粘作用，故与纤维沥青混合料的动稳定度关联度较高，在评价纤维沥青胶浆高温性能时应优先选用。

3 结 语

纤维作为沥青混合料的外掺剂，在分散于沥青中，主要起到加筋、增黏和稳定作用，能够有效地改善沥青混合料的高温稳定性。学者们通常通过纤维沥青胶浆的高温性试验能来研究纤维对沥青混合料高温性能的改善作用。本文以纤维沥青胶浆和纤维沥青混合料的高温性能为基础，使用灰关联熵分析方法对纤维沥青胶浆的高温性能指标与纤维沥青混合料的动稳定度间的相关性进行分析排序，结果表明纤维沥青胶浆的抗剪强度与纤维沥青混合料的相关性最高。在进行纤维沥青胶浆性能评价时，应优先采用抗剪强度和蠕变劲度的粘性成分来评价纤维对沥青胶浆的改善作用。

参考文献：

[1] 鲁华英，陈小丽.马朝庆，等.纤维沥青混凝土的作用及机理[J].中外公路，2004，24（4）：143-145.

[2] 王秉刚，赵磊，史保华.纤维在沥青混凝土中的应用分析[J].石油沥青，2008，22（2）：49-52.

[3] 朱朝辉.外掺纤维沥青混合料路用性能研究[D].长安：长安大学，2004.

[4] 张肖宁，孟勇军，邹桂莲.基于重复蠕变的改性沥青高温指标[J].华南理工大学学报，2008，36（2）：23-27.

[5] 张久鹏，黄晓明，赵永利.沥青路面车辙处沥青迁移规律及其粘弹性力学机理[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2008，32（4）：596-598.