改性乳化沥青类型对纤维微表处路用性能的影响
2021-03-01艾斯卡尔木和塔尔
艾斯卡尔·木和塔尔
(新疆维吾尔自治区交通建设管理局项目执行二处,新疆 乌鲁木齐 830000)
引言
目前,我国公路养护总里程已超过了600多万公里,且仍在逐年增加,做好路面养护工作成为现阶段重点关注的课题[1]。纤维微表处被称为第三代稀浆封层预防性养护技术,其在抗滑耐磨性、抗疲劳特性、抗车辙性和抗裂性等方面都比传统的微表处更优,故而在沥青路面养护工程中得到了广泛地应用[2-3]。
国内学者针对纤维微表处进行了大量研究,王贵珍[4]研究了聚酯纤维与橡胶颗粒对微表处路用性能、减震降噪性能的影响;曾永亮[5]探讨了纤维掺量对微表处的抗磨损性、抗松散性、高温稳定性等路用性能影响;廖小春和喻宝金[6]研究了水泥填料用量对纤维微表处的施工性能及路用性能的影响。
1 原材料
(1)改性乳化沥青:选用SBS改性乳化沥青(SBS掺量为3%)、SBR改性乳化沥青(SBR掺量为3%)以及SBS/SBR复合改性乳化沥青(SBS、SBR掺量均为1.5%),基质沥青均选用70#沥青,乳化剂为慢裂快凝型阳离子沥青乳化剂,所制备的改性乳化沥青性能指标见表1。(2)集料:选用0~3 mm、3~5 mm、5~10 mm的石灰石料,经测试粗细集料的各项性能指标均符合《公路工程集料试验规程》(JTG E42—2005)要求。(3)纤维:选用长度为6 mm、当量直径为6±0.5 μm的玄武岩纤维,其密度为2.64±0.01 g/cm3,断裂延伸率为3.5%,抗拉强度为1 280 MPa。(4)填料:选用石灰石矿粉和P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
表1 改性乳化沥青的性能指标
2 纤维微表处混合料的配合比设计及制备
2.1 配合比设计
纤维微表处混合料采用MS-3型级配进行设计,玄武岩纤维掺量为0.25%,水泥用量为2%,用水量为7%,最佳油石比为7.1%,纤维微表处混合料的级配设计见表2。
表2 纤维微表处混合料的级配设计
2.2 纤维微表处的制备
首先将规定量的水泥、纤维和矿粉一起加入 0~3 mm石灰石料中搅拌均匀,再加入3~5 mm、5~10 mm两档石灰石料均匀混合,然后添加水、改性乳化沥青或复合改性乳化沥青继续匀速搅拌直至纤维微表处混合料达到良好的流动状态,最后制成微表处混合料成型试件并依次展开路用性能试验。
3 不同改性乳化沥青类型的纤维微表处路用性能分析
3.1 湿轮磨耗值
纤维微表处混合料的1 h、6 d湿轮磨耗值分别用于评价其抗磨耗性能和抗水损害性能。通过对不同改性乳化沥青类型的纤维微表处进行湿轮磨耗试验,分别得到1 h、6 d湿轮磨耗值试验结果见表3。
表3 纤维微表处的湿轮磨耗试验结果
由表3可知,3%SBS改性乳化沥青、3%SBR改性乳化沥青和1.5%SBS+1.5%SBR复合改性乳化沥青制备的纤维微表处1 h、6 d湿轮磨耗值都满足《微表处和稀浆封层技术指南》(JTG.T F-02—2005)中规定要求,说明三种纤维微表处混合料的抗磨耗、抗水损能力均表现良好,其中3%SBR改性乳化沥青的湿轮磨耗值最大,抗磨耗抗水损能力较差,3%SBS改性乳化沥青次之,而1.5%SBS+1.5%SBR复合改性乳化沥青的1 h、6 d湿轮磨耗值均最小,故其抗磨耗抗水损能力最佳。原因是SBS/SBR复合改性乳化沥青能够有效增强沥青与矿料两者间的黏附性,从而提升微表处的抗磨耗性能和抗水损性能。
3.2 高温稳定性
微表处混合料的高温稳定性采用轮辙变形试验中轮宽变化率指标来表征。通过对不同改性乳化沥青类型的纤维微表处进行抗轮辙变形试验,得到轮宽变化率见表4。
表4 纤维微表处的高温轮辙变形试验结果
根据表4可知,3%SBS改性乳化沥青、3%SBR改性乳化沥青和1.5%SBS+1.5%SBR复合改性乳化沥青制备的纤维微表处轮宽变形率分别为3.2%、3.9%、3.6%,满足《微表处和稀浆封层技术指南》(JTG.T F40-02—2005)要求。其中3%SBR改性乳化沥青纤维微表处的轮辙变形最大,1.5%SBS+1.5%SBR复合改性乳化沥青纤维微表处次之,而3%SBS改性乳化沥青纤维微表处最小,因为SBS改性乳化沥青的高温性能较好,故制备的微表处抵抗轮辙变形性能最佳。
3.3 低温抗裂性
纤维微表处混合料的低温抗裂性采用低温小梁弯曲试验中的弯拉强度、最大弯拉应力作为评价指标。试验采用MTS室内小梁弯曲试验机,试验过程中加载速度为50 mm/min,通过对纤维微表处混合料进行低温小梁弯曲试验,分别得到弯拉强度、最大弯拉应力试验结果见表5。
表5 纤维微表处的低温小梁弯曲试验结果
由表5可知:(1)3%SBS改性乳化沥青纤维微表处的最大弯拉应力最小,1.5%SBS+1.5%SBR纤维微表处次之,3%SBR纤维微表处最大,表明在最大拉应力作用下3%SBR纤维微表处的抗变形断裂能力最佳。(2)对于弯拉强度而言,3%SBS改性乳化沥青纤维微表处的弯拉强度最大,1.5%SBS+1.5%SBR纤维微表处次之,3%SBR纤维微表处最小,抗弯拉强度越大微表处越难断裂,说明3%SBS纤维微表处的承受拉力能力最好。(3)1.5%SBS+1.5%SBR纤维微表处的最大弯拉应力、弯拉强度均表现居中,原因是其综合了SBS和SBR两种改性乳化沥青高弯拉强度、高弯拉应变的优势。
4 结语
三种不同改性乳化沥青制备的纤维微表处都满足《微表处和稀浆封层技术指南》(JTG.T F40-02—2005)要求,3%SBS改性乳化沥青的抗轮辙变形和抗弯拉强度能力最优,但抗弯拉应变能力最差;3%SBR改性乳化沥青仅抗弯拉应变能力最优,其余性能均表现较差;1.5%SBS+1.5%SBR复合改性沥青的抗磨耗水损能力最优,其余各项性能均表现居中。结合湿轮磨耗、高温轮辙变形及低温小梁弯曲试验结果可知,1.5%SBS+1.5%SBR复合改性沥青纤维微表处的综合路用性能最好,可在沥青路面预防性养护工程中大规模推广与应用。