纤维沥青胶浆的高温性能研究

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2023.05.013不同类型纤维沥青胶浆性能试验研究李光伟,桑伟宁(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,合肥230088)摘 要: 研究三种类型的纤维(聚酯纤维㊁玄武岩纤维㊁木质素纤维)掺入对沥青胶浆性能影响的好坏程度㊂通过D S R (动态剪切流变试验)㊁B B R (弯曲蠕变劲度试验)分析不同类型纤维掺入后沥青胶浆的高低温性能㊂结果表明:纤维掺入对沥青胶浆的高温性能有显著的提升作用,尤其以聚酯纤维提升效果最好,其高温抗车辙因子是不掺纤维沥青胶浆的2.7倍㊂在对沥青胶浆低温性能的提升效果上,木质素纤维最好,玄武岩纤维最差㊂关键词: 道路工程; 纤维; 沥青胶浆; 性能试验E x p e r i m e n t a l S t u d y o nP r o p e r t i e s o fD i f f e r e n t T y p e s o fF i b e rA s ph a l tM o r t a r L IG u a n g -w e i ,S A N G W e i -n i n g(A n h u iT r a n s p o r t a t i o nP l a n n i n g D e s i g na n dR e s e a r c h I n s t i t u t eC o ,L t d ,H e f e i 230088,C h i n a )A b s t r a c t : T h e i n f l u e n c e o f t h r e e t y p e s o f f i b e r s (p o l y e s t e r f i b e r ,b a s a l t f i b e r a n d l i g n i n f i b e r )o n p e r f o r m a n c e o f a s -p h a l tm o r t a rw a s s t u d i e d .T h e d e g r e e o f i m p r o v e m e n t o r d e t e r i o r a t i o n i n t h e p r o p e r t i e s o f t h e a s p h a l tm o r t a rw a s a n a -l y z e du s i n g D S R (d y n a m i c s h e a r r h e o l o g i c a l t e s t )a n dB B R (b e n d i n g c r e e p s t i f f n e s s t e s t )a f t e r d i f f e r e n t t y pe s of f i b e r s w e r e a d d e d .T h e s t u d y i n d i c a t e s t h a t :T h e a d d i t i o n o f f i b e r s s ig n i f i c a n t l y i m p r o v e s th e hi g h -t e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c e o f a s p h a l tm o r t a r ,e s p e c i a l l yp o l y e s t e r f i b e r sw h i c h s h o wt h e b e s t p e r f o r m a n c e .T h e h i g h -t e m p e r a t u r e r u t t i n g f a c t o r o f a s -p h a l tm o r t a rw i t h p o l y e s t e r f i b e r s i s 2.7t i m e s t h a t o f a s p h a l tm o r t a rw i t h o u t f i b e r s .A s f o r t h e i m p r o v e m e n t o f l o w -t e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c e o f a s p h a l tm o r t a r ,l i g n i n f i b e r s s h o wt h e b e s t p e r f o r m a n c ew h i l e b a s a l t f i b e r s s h o wt h ew o r s t p e r f o r m a n c e .K e y wo r d s : r o a de n g i n e e r i n g ; f i b e r ; a s p h a l tm o r t a r ; p e r f o r m a n c e t e s t 收稿日期:2023-06-27.作者简介:李光伟(1994-),助理工程师.E -m a i l :1249678169@q q.c o m 纤维是一种经济有效的添加剂,能在少量添加的情况下显著提高沥青混合料的各项性能[1]㊂在J e n q 等[2]于20世纪90年代进行的比较研究中,聚酯纤维与聚丙烯纤维都能提高混合料的高低温性能,防止路面开裂㊂张宏武[3]在高温下的车辙实验中发现,玄武岩纤维对沥青路面材料的高温抗变形能力具有显著提升效果㊂杨盼盼[4]则通过两种不同的加载模式进行疲劳加载试验,结果发现玄武岩纤维能够较好地提升S MA (沥青玛蹄脂-碎石混合料)及S U P (高性能沥青混合料)类型沥青路面的抗疲劳开裂能力㊂根据B a t i s t a 等[5]对木质素改性沥青胶浆的物理和化学性能的分析,木质素纤维能够明显改善沥青胶浆的抗氧化性㊁抗老化性和高温抗车辙性能,其中以6%的木质素沥青胶浆改性效果最佳㊂综合以上研究成果,不难发现纤维是一种极具潜力的沥青添加剂,可以显著提高沥青的多种性能,特别是在高温和老化等恶劣环境下,其表现尤为出色㊂因此,有必要加强对纤维等高分子材料的研究和应用,以进一步提升沥青的性能表现,推动可持续发展和生态保护的目标的实现㊂1 纤维物理指标与微观形貌为了提高S MA 沥青混合料的耐久性和抗裂性等性能,往往会向沥青混合料中添加纤维㊂虽然纤维在35建材世界 2023年 第44卷 第5期沥青混合料中的比例很小,但对混合料的性能影响重大㊂选用了三种常用的纤维:聚酯纤维㊁木质素纤维和玄武岩纤维,并对它们的性能进行分析㊂试验使用产自四川的聚酯纤维㊁江苏的木质素纤维和安徽的玄武岩纤维,其物理性能指标见表1㊂此外,使用热场发射扫描电子显微镜对三种纤维的表面形态特征进行了观察,如图1所示㊂微观状态下聚酯纤维呈束状形态,每根纤维之间紧密联系,高倍数电镜下可看出,聚酯纤维呈圆柱体,表面较为光滑㊂单根纤维表面有凹槽㊂木质素纤维呈网状,相互之间交错复杂㊂木质素纤维形态不规则㊂单根纤维的长短㊁粗细㊁形态有差异,有些纤维表面有破损,表面不光滑㊂单根玄武岩纤维呈圆柱状,形态笔直,多根玄武岩纤维呈紧密束状排列,单根玄武岩纤维表面呈折页状㊂表1 纤维物理技术指标技术指标玄武岩纤维聚酯纤维木质素纤维颜色金褐色乳白色乳白色直径/μm 1421-长度/mm 66<6抗拉强度/M P a 3800530-断裂伸长率/%3.228-密度/(g ㊃c m -3)2.741.330.97熔点/ħ1450~1500245~260-灰分含量/%--17.7密度/(g ㊃c m -3)--0.972 纤维沥青胶浆试验2.1 动态剪切流变试验(D S R )按照‘公路工程沥青及沥青混合料试验规程“(J T GE 20 2011)进行D S R 试验㊂根据合肥市夏季气温,选定试验温度㊂合肥市近30年来,夏季最高温度为41ħ,钢桥面温度比气温高30~35ħ,D S R 试验温度取80ħ㊂制作木质素纤维㊁聚酯纤维㊁玄武岩纤维沥青胶浆及不同纤维混掺沥青胶浆,用D S R 试模制作直径为24mm 的圆形试件,每组试验成型2个试件㊂将三种纤维分别作为填料与S B S 改性沥青形成沥青胶浆,比较三种纤维的抗高温性能㊂D S R 试验用抗车辙因子表征沥青胶浆的抗高温性能,其值越大,表明沥青胶浆的抗高温性能越好㊂将纤维的掺量均取为4.5%(占沥青质量的百分比),每组试件取平均值,结果见表2㊂K =|G *|/s i n δ式中,K 为高温抗车辙因子,k P a ;|G *|为复数剪切模量,P a ;δ为相位角,ʎ㊂表2 不同纤维沥青胶浆D S R 试验结果纤维δ/(ʎ)|G *|/P a K /k P a 不掺90.028452.845聚酯90.075697.569木质素90.042294.229玄武岩90.043224.32245建材世界 2023年 第44卷 第5期建材世界2023年第44卷第5期实验结果表明,不同类型的纤维掺入沥青胶浆后,抗车辙因子会出现显著差异㊂在掺纤维量为4.5%的情况下,聚酯纤维掺入后的沥青胶浆抗车辙因子为7.569k P a,是不掺纤维胶浆的2.7倍㊂而木质素纤维和玄武岩纤维的抗车辙因子分别只有聚酯纤维掺入胶浆抗车辙因子的55.9%和57.1%㊂基于实验结果,可以得出不同类型纤维掺入沥青胶浆后抗车辙性能的大小顺序为:聚酯纤维>玄武岩纤维>木质纤维>原沥青㊂聚酯纤维的抗车辙性能最佳,能将胶浆的抗车辙因子提高到较高的水平,而木质素纤维和玄武岩纤维的抗车辙因子相比聚酯纤维而言相对较低㊂2.2弯曲蠕变劲度试验(B B R)沥青弯曲蠕变劲度试验是用来测定沥青胶浆在低温条件下抗裂性能的一项重要试验方法㊂该试验的主要测试指标包括弯曲蠕变劲度和蠕变曲线斜率m㊂弯曲蠕变劲度反映了沥青胶浆在低温环境下的变形能力,其数值越大表明其低温性能越差;而m值则反映了沥青胶浆的应力释放速度和松弛能力,数值越大表明其应力释放速度越快,松弛能力越强[6]㊂进行沥青弯曲蠕变劲度试验时,需要按照‘规程“T 0627制作标准试件㊂试验中,需要将试件置于恒定的低温环境下,进行多次往复弯曲加载,以获得其弯曲蠕变劲度和蠕变曲线斜率m的数据,得到沥青胶浆在低温环境下的变形能力和断裂特性信息㊂使用三种纤维制作沥青胶浆(沥青为S B S改性沥青),纤维掺量均取4.5%,测试不同纤维沥青胶浆的低温性能,试验结果见表3㊂表3不同纤维沥青胶浆B B R试验结果纤维压力P/m N形变d/mm实测劲度/M P a预估劲度/M P a m值聚酯9721.34363.563.40.464玄武岩9711.22064.364.20.445木质素9731.25062.862.90.485由表3可以看出,三种不同类型的纤维沥青胶浆在低温条件下的性能表现不同,m值的大小关系为:木质素纤维>聚酯纤维>玄武岩纤维㊂沥青胶浆的劲度大小关系为:木质素纤维<聚酯纤维<玄武岩纤维㊂木质素纤维沥青胶浆的m值最大,劲度最小,低温性能最好;而玄武岩纤维沥青胶浆的低温性能最差㊂可知,木质素纤维在低温环境下具有较强的松弛能力,能够防止沥青胶浆在低温下发生裂缝㊂3结论a.纤维胶浆D S R试验中,纤维沥青胶浆抗车辙因子最大的是聚酯纤维单掺,达到7.569k P a,是不掺纤维沥青胶浆的2.7倍,是木质素㊁玄武岩纤维沥青胶浆的1.79倍㊁1.75倍,高温性能最佳㊂b.沥青胶浆B B R试验中,木质素纤维沥青胶浆的m值最大,劲度最小,低温性能最好;玄武岩纤维沥青胶浆低温性能最差㊂参考文献[1]李宁宁.玄武岩纤维沥青混合料裂缝扩展研究[D].呼和浩特:内蒙古工业大学,2018.[2]J e n q YS.P e r f o r m a n c eE v a l u a t i o no fF i b e rR e i n f o r c e dA s p h a l tC o n c r e t e[M].O h i oS t a t eU n i v e r s i t y:D e p a r t m e n t o fC i v i lE n g i n e e r i n g,1994.[3]张宏武.玄武岩纤维沥青混合料高温性能评价[J].湖南交通科技,2018,44(4):68-70,73.[4]杨盼盼.玄武岩纤维沥青混合料高温及疲劳性能试验研究[D].扬州:扬州大学,2019.[5] B a t i s t aKB,P a d i l h aRPL,C a s t r oT O,e t a l.H i g h-t e m p e r a t u r e,L o w-t e m p e r a t u r e a n dW e a t h e r i n g A g i n g P e r f o r m a n c e o fL i g n i n M o d i f i e dA s p h a l tB i n d e r s[J].I n d u s t r i a l C r o p s a n dP r o d u c t s,2018,111:107-116.[6]吴萌萌,李睿,张玉贞,等.纤维沥青胶浆高低温性能研究[J].中国石油大学学报(自然科学版),2015,39(1):169-175.55。

试述纤维对沥青混合料高温性能影响摘要：随着科学技术的进步，现代交通对沥青路面提出了越来越高的要求。

由于纤维的加入改善了沥青混合料的性能，促使沥青路面抗高温及稳定性能得到改善。

因此，笔者就沥青混合料高温稳定性能进行分析。

关键词：纤维；沥青；混合料；高温性能纤维在沥青混合料中的应用可以追溯到20世纪60年代，加拿大人N.M.Davis首次研究了纤维对沥青路面的抗反射裂缝性能的改善作用，而后在欧美许多国家兴起了纤维加强路面技术的研究高潮。

纤维是经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。

由于处理温度高达250℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害，属绿色环保产品。

一、纤维在沥青混凝土路面中的作用1、加筋作用沥青混凝土是一种靠沥青粘合在一起的散料组合体，可以认为是不承受拉应力的。

而在纤维沥青混凝土中，纤维的作用等同于钢筋混凝土中钢筋的作用，可承受拉应力。

纤维在混合料中以三维分散存在，起到了加强筋的作用，增加了沥青与矿料的粘附性，提高了集料之间的粘结力。

2、吸附和吸收沥青的作用沥青混合料中加入纤维稳定剂后，这些纤维能够充分吸附（表面）及吸收（内部）沥青，从而使沥青油膜用量增加，沥青油膜变厚，以加强沥青混凝土在大空隙情况下的粘结力，增强耐久性。

其主要用于低噪音、抗滑性能好的沥青碎石玛蹄脂类混合料。

3、稳定抗高温作用纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙将具有一定的缓冲作用，不至于使之成为自由沥青而泛油，同时可以改善沥青混合料高温稳定性。

4、增粘作用纤维可以提高沥青的粘结力，增加沥青与矿物的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力，从力学性能上看，表现为沥青混合料的马歇尔稳定度的提高。

6、增韧作用纤维能够增强对集料颗粒的握裹力，保证沥青路面的整体性而不易松散，提高了混合料的低温抗裂性，从而对沥青起到了增韧作用。

沥青胶浆高温及疲劳性能研究李曙斌【摘要】The index including unrecoverable creepcompliance,unrecoverable creep com-pliance difference,the time required for the attenuation of complex modulus to 50% of the initialmodulus(50%|G?|)were used to appraise the high-temperature perform-ance and fatigue properties of asphalt binder with different mineral powder,gelatine rati-o and asphalt by DSR.The test result indicates that the phenomenon,the unrecoverable creep compliance of the asphalt mortar reduced and high-temperature resistance to de-formation enhanced,was happened beacause of the mineral fillers,but the effect of in-creasing modulus was limited.When the unrecoverable creep compliance difference de-scended to be 0%,a stable state occured on the bitumen slurry.The unrecoverable creep compliance difference of matrix asphalt mortar as 0% was suggested to use on the most suitable for the asphalt mixture.The effect of mineral powder on the fatigue property of asphalt was not favorable,and the difference of fatigue life of asphalt binder with differ-ent mineral powder was obvious.High-temperature performance and fatigue properties of asphalt mortar with high viscosity are superior to that of the matrix asphalt mortar. Therefore,compared to the use of mineral powder in the solid road,the asphalt with high temperature properties,high viscosity and better fatigue performance should be chosen.%通过动态剪切流变仪,采用不可恢复蠕变柔量、不可恢复蠕变柔量差及复合模量衰减至初始模量50%时所需的时间作为评价指标,分别对不同矿粉、粉胶比和沥青组成的沥青胶浆进行了高温性能和疲劳性能试验.试验结果表明:矿粉使沥青胶浆不可恢复蠕变柔量减小,使高温抵抗变形的能力增强,但矿粉的模量增效作用有限;当不可恢复蠕变柔量差为0%时,沥青胶浆处于稳定态.建议采用基质沥青胶浆不可恢复蠕变柔量差为0%时的粉胶比作为沥青混合料粉胶比.矿粉对沥青的疲劳性能不利,不同矿粉沥青胶浆疲劳寿命的差值明显.高粘沥青胶浆的高温性能和疲劳性能均优于基质沥青胶浆的.建议:在实际道路中,矿粉的使用应通过试验,在合理比对后进行选择,且选用高温性能和疲劳性能更优的高粘沥青材料.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2018(034)001【总页数】7页(P13-18,73)【关键词】矿粉;粉胶比;高温性能;疲劳性能;模量增效【作者】李曙斌【作者单位】云南省建设投资控股集团有限公司,云南昆明 650501【正文语种】中文【中图分类】U416.217沥青混合料属于非线性粘弹性体的温敏性材料。

Value Engineering表1沥青技术指标测试项目测试结果技术要求针入度（25℃，100g ，5s ）/0.1mm 软化点（环球法）/℃延度（5℃，5cm/min ）/cm 25℃弹性恢复/%135℃动力黏度/（Pa ·s ）闪点（COC ）/℃贮存稳定性，离析，/℃密度（25℃）/g ·cm -349.37945962.33520.8实测35~55≥75>20≥90≤3≥230≤2.51.026旋转薄膜烘箱加热试验RTFOT （163℃，5h ）质量损失/%针入度比（25℃）/%0.1771-0，1~+0.1≥650引言在日益增加的交通荷载下，沥青路面通常在早期出现裂缝、车辙、水损坏等早期病害，继而影响沥青路面的使用寿命。

通过提升沥青混合料性能是解决路面耐久性的有效途径之一，为此，大量公路研究人员提出解决办法：比如提高沥青性能即采用功能性更强的改性沥青、优化沥青混合料级配、添加纤维改善沥青混合料力学性能等。

王敏[1]的研究表明，采用纤维配制的沥青混合料可显著提升高、低温性能，同时也能改善力学性能，且成本较低，不失为一种增强沥青混合料性能有效手段。

胡志钊[2]、刘克非[3]分别研究了木质素纤维、矿物纤维、聚酯纤维对沥青胶浆的性能。

范文孝[4]研究了玄武岩纤维、聚酯纤维、木质素纤维对沥青混合料路用性能的影响。

蒋应军[5]研究了纤维和固化剂共同作用对沥青混合料耐久性的影响。

章汪琛[6]通过混掺玄武岩纤维、聚酯纤维，确定出获得路用性能最佳的纤维掺量。

刘建平[7]通过试验表明，玄武岩纤维的加入可提升混合料的路用性能。

综上，纤维在改善沥青混合料的性能有一定的帮助，本文选取目前国内沥青路面最常用的玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维，通过DSR 试验、锥入度实验、直接拉伸试验分析纤维种类对沥青胶浆的性能，同时结合车辙试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验、飞散试验、抗反射裂缝试验等研究纤维对SMA-13沥青混合料性能的影响，为在实际工程中合理选择纤维种类做出参考。

纤维沥青胶浆的作用机理及路用性能探究摘要：纤维与沥青复合后会形成三维网络状结构，进而改善其使用性能。

本文探究了纤维对沥青胶浆的改性机理，阐述了纤维对沥青胶浆粘度特性、流变性能、低温特性等路用性能的改善效果，从而为纤维沥青胶浆的进一步发展提供参考价值。

关键词：纤维；沥青胶浆；动态流变；粘度引言目前，随着公路交通事业的迅速发展，沥青路面已逐渐成为我国高等级公路的主要路面形式。

研究表明，沥青路面优良的使用性能及寿命与沥青胶浆的性能密切相关，沥青胶浆作为沥青混合料的粘结剂，其性能的优劣对于沥青路面的性能有着举足轻重的影响，因此改善沥青胶浆的性能是提升沥青路面使用性能的重要手段。

改善沥青胶浆使用性能传统的方法是添加一些填充物，如水泥颗粒、矿粉等物质，但改善效果并不明显。

与此相比，研究者发现纤维掺入沥青胶浆后，均匀分散的纤维彼此缠绕，形成空间网状结构，对沥青的流动产生内摩阻力，即起到增加粘度的作用，从而提升沥青混合料的高温性能。

同时，纤维的掺入可有效“增强”沥青胶浆，显著提高胶浆的高温蠕变极限强度，从而极大减少沥青胶浆的蠕变疲劳损伤，进而大幅延长沥青路面的使用寿命。

因此，本文重点剖析了纤维对沥青胶浆的改善机理与效果，为今后的纤维沥青胶浆的发展做出指导。

1 纤维沥青胶浆的改性作用机理当前国内外关于纤维改性沥青胶浆的改性作用机理主要包括纤维的吸附作用机理、纤维的稳定作用机理、纤维的增韧机理。

1.1 纤维的吸附作用机理沥青性树脂具有很强的表面活性，能够浸润与吸附纤维，进而产生化学作用，沥青锦紧密地与纤维结合起来，这种作用力比游离在纤维外的沥青的胶结作用强很多，有更好的耐热性。

此外，由于纤维与沥青的吸附作用，沥青用量也随之增大，使得沥青膜的厚度也变大，这个厚度的沥青不仅能长时间地维持沥青材料的粘弹性，也延缓了沥青的老化，进而降低沥青的温度敏感性，改善了沥青胶浆的高低温性能。

1.2 纤维的稳定作用机理沥青胶浆中加入纤维，纤维与矿粉紧密连接，增强了沥青的胶结作用，从而能承受拉应力。

纤维改性沥青胶浆高温流变性及低温韧性研究
朱子健
【期刊名称】《交通世界》
【年(卷),期】2024()8
【摘要】为了研究纤维改性沥青胶浆的性能,借助针入度、软化点、黏度、动态剪切及低温小梁弯曲试验,研究了不同纤维类型(纤维素、玻璃纤维和聚酯纤维)对沥青胶浆性能的影响规律。

结果表明:纤维的添加降低了沥青的针入度,增加了软化点和黏度,说明纤维可以改善沥青胶浆的高温稳定性,也可以改善沥青的高温流变特性和低温韧性;其中纤维素纤维对沥青胶浆的高温流变性能提升效果最佳,聚酯纤维对低温韧性提升效果最明显。

【总页数】3页(P56-58)
【作者】朱子健
【作者单位】山西太长高速公路有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】U414
【相关文献】
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